制造氮化物電子設(shè)備的方法
【專利摘要】提供一種可降低柵泄漏電流的制造氮化物電子設(shè)備的方法。在時(shí)刻t0將基板產(chǎn)物配置到生長(zhǎng)爐后，將基板溫度上升到攝氏950度。在基板溫度充分穩(wěn)定的時(shí)刻t3，將三甲基鎵及氨提供到生長(zhǎng)爐，生長(zhǎng)i-GaN膜。在時(shí)刻t5，基板溫度達(dá)到攝氏1080度。在基板溫度充分穩(wěn)定的時(shí)刻t6，將三甲基鎵、三甲基鋁及氨提供到生長(zhǎng)爐，生長(zhǎng)i-AlGaN膜。在時(shí)刻t7，停止三甲基鎵及三甲基鋁的供給并停止成膜后，迅速停止對(duì)生長(zhǎng)爐提供氨及氫，并且開始氮的供給，在生長(zhǎng)爐的爐膛中，將氨及氫的氣氛變更為氮的氣氛。形成了氮的氣氛后，在時(shí)刻t8開始基板溫度的降低。
【專利說明】制造氮化物電子設(shè)備的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及ー種制造氮化物電子設(shè)備的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]專利文獻(xiàn)1中記載了一種半導(dǎo)體裝置。該半導(dǎo)體裝置改善夾斷特性、或者提高溝道層的遷移率，是電特性良好的半導(dǎo)體裝置。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0004]專利文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特開2006-286941號(hào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明要解決的問題
[0007]在專利文獻(xiàn)1的構(gòu)成的晶體管的制造中，將n_型GaN層、p型GaN層、及n+型GaN層在導(dǎo)電性基板上依次外延生長(zhǎng)，形成外延生長(zhǎng)疊層后，將從η.型GaN層到η —型GaN層為止的開ロ部在外延生長(zhǎng)疊層的主面上通過蝕刻形成。在該開ロ的側(cè)面依次形成i型GaN層及i型AlGaN層。在開ロ部側(cè)面上的i型GaN層及i型AlGaN層上形成柵絕緣膜及柵極。由于專利文獻(xiàn)1的構(gòu)成的晶體管的制造方法，通過蝕刻形成的開ロ部的側(cè)面的表面狀態(tài)和外延生長(zhǎng)疊層的主面相比不佳。
[0008]根據(jù)發(fā)明人的見解，在作為襯底的外延生長(zhǎng)疊層上形成了斜面后，再生長(zhǎng)用于異質(zhì)結(jié)構(gòu)的i型GaN層及i型AlGaN層。在該再生長(zhǎng)時(shí)，在開ロ部的側(cè)面，因其傾斜及表面平坦性的影響，在再生長(zhǎng)的半導(dǎo)體層上產(chǎn)生表面缺陷。在該設(shè)備構(gòu)造中，在斜面上形成柵絕緣膜后形成柵極的制造方法、及在再生長(zhǎng)層上直接形成柵極的制造方法的任意ー種方法中，該表面缺陷均是柵泄漏產(chǎn)生的原因。
[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種可降低柵泄漏電流的、制造氮化物電子設(shè)備的方法。
[0010]用于解決問題的方法
[0011]本發(fā)明的ー個(gè)側(cè)面涉及的發(fā)明是ー種制造氮化物電子設(shè)備的方法。該方法具有:
(a)將基板配置在生長(zhǎng)爐后，通過將含有氨及III族元素原料的原料氣體提供到生長(zhǎng)爐，從而在上述基板的主面上的溝道層上使載流子供給層在生長(zhǎng)溫度下生長(zhǎng)，形成基板產(chǎn)物的步驟；(b)在上述載流子供給層的生長(zhǎng)完成后，將上述基板產(chǎn)物暴露于上述生長(zhǎng)溫度以下的溫度的預(yù)定氣氛中的步驟；(c)使上述基板產(chǎn)物的溫度在上述預(yù)定氣氛中降低后，從上述生長(zhǎng)爐取出上述基板產(chǎn)物的步驟；(d)在取出上述基板產(chǎn)物后，在上述載流子供給層上形成柵極的步驟。上述溝道層包括第1部分及第2部分，上述第1部分沿著第1基準(zhǔn)面延伸，該第1基準(zhǔn)面相對(duì)于與上述溝道層的上述氮化鎵類半導(dǎo)體的c軸正交的面及上述基板的上述主面傾斜，上述第2部分沿著相對(duì)于上述第1部分傾斜的第2基準(zhǔn)面延伸，上述載流子供給層包括第1部分及第2部分，上述第1部分在上述溝道層的上述第1部分上生長(zhǎng)，上述第2部分在上述溝道層的上述第2部分上生長(zhǎng)，上述柵極形成在上述載流子供給層的上述第1部分上，與上述第1基準(zhǔn)面正交的第1軸和上述氮化鎵類半導(dǎo)體的C軸所成的角度，大于與上述第2基準(zhǔn)面正交的第2軸和上述氮化鎵類半導(dǎo)體的c軸所成的角度，上述載流子供給層的上述III族氮化物半導(dǎo)體的帶隙大于上述溝道層的上述氮化鎵類半導(dǎo)體的帶隙，上述預(yù)定氣氛包括氮且不包括氨，上述溝道層包括氮化鎵類半導(dǎo)體，上述載流子供給層包括III族氮化物半導(dǎo)體。
[0012]根據(jù)該方法，溝道層的第1部分沿著第1基準(zhǔn)面延伸，該第1基準(zhǔn)面相對(duì)于與其氮化鎵類半導(dǎo)體的c軸正交的面及基板的主面這兩方傾斜。并且，溝道層的第2部分相對(duì)于第1部分傾斜延伸。因此，溝道層的第1及第2部分具有彼此不同的面取向。載流子供給層的第1及第2部分分別在溝道層的第1及第2部分上生長(zhǎng)。并且，氮化鎵類半導(dǎo)體的c軸和第1軸所成的角度大于氮化鎵類半導(dǎo)體的c軸和第2軸所成的角度，因此在溝道層及載流子供給層的第1部分上的生長(zhǎng)中，生長(zhǎng)面中的構(gòu)成元素的表面遷移不活躍。因此，第1部分上的生長(zhǎng)中的模式存在成為島狀生長(zhǎng)的傾向。在該模式的生長(zhǎng)中，最終表面的形態(tài)扭曲，結(jié)果使結(jié)晶表面產(chǎn)生缺陷。在載流子供給層的第1部分上形成柵極時(shí)，上述表面缺陷成為柵泄漏電流產(chǎn)生的原因。在該方法中，在載流子供給層的第1部分上形成柵極之前、載流子供給層的生長(zhǎng)完成之后，進(jìn)行在預(yù)定的氣氛中將基板產(chǎn)物暴露于生長(zhǎng)溫度以下的溫度的エ藝。在該エ藝中，預(yù)定氣氛包括氮并不包括氨，因此可對(duì)載流子供給層的第1部分的表面改性，減少因載流子供給層及溝道層的第1部分的傾斜、或其表面平坦性造成的表面缺陷。預(yù)定氣氛可促進(jìn)載流子供給層表面的生長(zhǎng)后的遷移，改善表面平坦性。因此，可降低因表面缺陷產(chǎn)生的柵泄漏電流。
[0013]本發(fā)明的一個(gè)側(cè)面涉及的制造方法中，進(jìn)ー步具有:(e)在上述基板的上述主面上生長(zhǎng)由第1氮化鎵類半導(dǎo)體構(gòu)成的漂移層、由第2氮化鎵類半導(dǎo)體構(gòu)成的電流阻擋層、及由第3氮化鎵類半導(dǎo)體構(gòu)成的接觸層，形成半導(dǎo)體疊層的步驟；(f)在上述半導(dǎo)體疊層的主面上通過干蝕刻形成開ロ的步驟；(g)在上述半導(dǎo)體疊層的上述主面及上述半導(dǎo)體疊層的上述開口上生長(zhǎng)上述溝道層的步驟。上述開ロ具有相對(duì)于上述半導(dǎo)體疊層的上述主面傾斜的側(cè)面，上述開ロ的上述側(cè)面包括上述漂移層的側(cè)面、上述電流阻擋層的側(cè)面、及上述接觸層的側(cè)面，上述溝道層的上述第1部分生長(zhǎng)在上述開ロ的上述側(cè)面上，上述溝道層的上述第2部分生長(zhǎng)在上述半導(dǎo)體疊層的上述主面上，上述第2氮化鎵類半導(dǎo)體的導(dǎo)電型與上述第1氮化鎵類半導(dǎo)體的導(dǎo)電型不同，上述柵極形成在上述電流阻擋層的上述側(cè)面上，上述第2氮化鎵類半導(dǎo)體的導(dǎo)電型與上述第3氮化鎵類半導(dǎo)體的導(dǎo)電型不同。
[0014]根據(jù)該制造方法，用于溝道層及載流子供給層的結(jié)晶再生長(zhǎng)受到作為襯底的開ロ側(cè)面的表面平坦性的影響。溝道層及載流子供給層生長(zhǎng)在開ロ側(cè)面上，該開ロ側(cè)面通過干蝕刻形成。因此，開ロ側(cè)面的表面狀態(tài)的粗糙度較大。溝道層及載流子供給層的第1部分的表面受到襯底的粗糙度的影響。在該方法的上述エ藝中，預(yù)定氣氛包括氮且不包括氨，因此可將載流子供給層的第1部分的表面改性，減少因蝕刻造成的表面粗糙。因此，可降低因表面缺陷產(chǎn)生的柵泄漏電流。
[0015]在本發(fā)明的一個(gè)側(cè)面涉及的制造方法中，上述溝道層及上述載流子供給層的材料是InGaN/AlGaN、GaN/AlGaN、及AlGaN/AIN的任意ー種。在該制造方法中，提供了溝道層及載流子供給層的優(yōu)選組合。
[0016]本發(fā)明的一個(gè)側(cè)面涉及的制造方法中，可進(jìn)ー步具有(h)在上述載流子供給層的生長(zhǎng)完成后，將上述基板產(chǎn)物的溫度維持在上述生長(zhǎng)溫度的同時(shí)，在上述生長(zhǎng)爐中形成上述預(yù)定氣氛的步驟。在上述預(yù)定氣氛提供到上述生長(zhǎng)爐后，開始上述基板產(chǎn)物的溫度的從上述生長(zhǎng)溫度的降低。
[0017]根據(jù)該制造方法，通過在生長(zhǎng)爐中形成預(yù)定的氣氛，可避免最表面的部分長(zhǎng)時(shí)間暴露在氨中。當(dāng)生長(zhǎng)結(jié)束后的氣氛包括氨時(shí)，來自在生長(zhǎng)爐內(nèi)分解的氨的氮原子吸附到最表面部分，妨礙III族原子的表面遷移。另ー方面，在生長(zhǎng)結(jié)束后的氣氛包括氮而不包括氨時(shí)，和氮相比蒸汽壓カ低的III族原子殘留在最表面部分，在最表面上以適當(dāng)?shù)拿芏葎徲郔II族原子。
[0018]并且，溫度降低是在預(yù)定的氣氛中進(jìn)行的，因此在溫度下降過程中也可獲得表面改性的技術(shù)幫助。和氨氣氛相比，在氮?dú)夥罩挟a(chǎn)生氮化物的分解。通過降低溫度，可避免III族原子從最表面超過希望量地分解。
[0019]在本發(fā)明的ー個(gè)側(cè)面涉及的制造方法中，上述基板可包括導(dǎo)電性的自立III族氮化物基板。從外延生長(zhǎng)后的平坦性的觀點(diǎn)考慮，上述自立III族氮化物基板的主面優(yōu)選相對(duì)于上述基板的III族氮化物的C軸在ー 20度到+20度的范圍。該方法進(jìn)ー步具有在上述基板的背面形成漏極的步驟。根據(jù)該制造方法，上述角度范圍適于有用的設(shè)備。
[0020]在本發(fā)明的一個(gè)側(cè)面涉及的制造方法中，上述第1基準(zhǔn)面和上述第2基準(zhǔn)面所成的角度優(yōu)選在5度到40度的范圍。根據(jù)該制造方法，上述角度范圍適于有用的設(shè)備。
[0021]在本發(fā)明的一個(gè)側(cè)面涉及的制造方法中，上述漂移層的上述第1氮化鎵類半導(dǎo)體、上述電流阻擋層的上述第2氮化鎵類半導(dǎo)體、及上述接觸層的第3氮化鎵類半導(dǎo)體是η型GaN/p型GaN/n+型GaN、及η型GaN/p型AlGaN/n+型GaN的任意一種。在該制造方法中，提供ー種漂移層、電流阻擋層及接觸層的優(yōu)選組合。
[0022]本發(fā)明的一個(gè)側(cè)面涉及的制造方法可進(jìn)ー步具有在取出上述基板產(chǎn)物后，在上述半導(dǎo)體疊層的上述主面上形成源極的步驟。上述源極向上述電流阻擋層及上述接觸層提供電位，上述溝道層和上述載流子供給層形成結(jié)，在上述結(jié)中形成ニ維電子氣體層，上述源極提供在上述溝道層中流動(dòng)的載流子。根據(jù)該制造方法，源極向電流阻擋層及接觸層提供電位，因此電流阻擋層作為溝道層的背柵作用。
[0023]在本發(fā)明的一個(gè)側(cè)面涉及的制造方法中，上述柵極可與上述載流子供給層的上述第1部分形成結(jié)。根據(jù)該制造方法，可提供ー種使用與半導(dǎo)體形成肖特基結(jié)的柵極來控制溝道載流子的晶體管。
[0024]本發(fā)明的一個(gè)側(cè)面涉及的制造方法中，可進(jìn)ー步具有:在上述載流子供給層的上述第1部分上形成柵絕緣膜的步驟；以及在上述柵絕緣膜上形成柵極的步驟。上述柵極與上述柵絕緣膜形成結(jié)。根據(jù)該制造方法，可提供ー種具有經(jīng)由絕緣膜控制溝道載流子的柵極的晶體管。
[0025]在本發(fā)明的一個(gè)側(cè)面涉及的制造方法中，上述柵絕緣膜可通過原子層沉積(ALD)法生長(zhǎng)。根據(jù)該制造方法，在柵絕緣膜沉積時(shí)，對(duì)襯底的載流子供給層的破壞較少，有助于進(jìn)ー步降低柵泄漏。
[0026]本發(fā)明的上述目的及其他目的、特征、優(yōu)點(diǎn)從參照附圖進(jìn)行的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的下述詳細(xì)記載可得以明確。
[0027]發(fā)明的效果[0028]如上所述，根據(jù)本發(fā)明，提供一種可降低柵泄漏電流的制造氮化物電子設(shè)備的方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的制造氮化物電子設(shè)備、外延基板、及基板產(chǎn)物的方法中的主要步驟的步驟流程圖。
[0030]圖2是示意表示本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的制造方法中的步驟的圖。
[0031]圖3是示意表示本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的制造方法中的步驟的圖。
[0032]圖4是示意表示本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的制造方法中的步驟的圖。
[0033]圖5是示意表示本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的制造方法中的步驟的圖。
[0034]圖6是示意表示本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的氮化物電子設(shè)備的圖。
[0035]圖7是表示再生長(zhǎng)中的溫度變更時(shí)序的圖。
[0036]圖8是表示基板產(chǎn)物的外延再生長(zhǎng)表面的掃描型電子顯微鏡圖像的圖。
[0037]圖9是表示在實(shí)施例中制造的晶體管的柵-漏間的電流泄漏的測(cè)定的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]本發(fā)明的見解通過參照作為示例表示的附圖并考慮以下詳細(xì)記載可易于理解。接著參照附圖且說明制造本發(fā)明的氮化物電子設(shè)備、外延基板、及基板產(chǎn)物的方法所涉及的實(shí)施方式。在可能的情況下，對(duì)同一部分附加同樣的附圖標(biāo)記。
[0039]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的制造氮化物電子設(shè)備、外延基板、及基板產(chǎn)物的方法中的主要步驟的步驟流程圖。
[0040]在步驟S101中，準(zhǔn)備用于氮化物電子設(shè)備的基板?；寰哂袑?dǎo)電性，例如可由六方晶類的III族氮化物構(gòu)成。自立的III族氮化物半導(dǎo)體基板(以下參照在圖2 (a)中所示的參照標(biāo)記“51”)例如可由GaN、A1N等構(gòu)成?；?1具有主面51a及背面51b。在優(yōu)選實(shí)施例中，該III族氮化物半導(dǎo)體基板51的主面51a可由c面構(gòu)成，但相對(duì)于基板的III族氮化物的c軸，可具有略微的偏移，例如一 20度到+20度范圍的偏移。上述角度范圍對(duì)設(shè)備有利。在圖2 (a)中，顯示表示c軸方向的c軸矢量VC。
[0041]在步驟S102中，將III族氮化物半導(dǎo)體基板51配置在生長(zhǎng)爐(在圖2 (a)中以參照標(biāo)記“ 10a”表示)后，進(jìn)行III族氮化物半導(dǎo)體基板51的熱清洗。熱清洗例如在含有氨及氫的氣氛中通過III族氮化物半導(dǎo)體基板51的熱處理來進(jìn)行。熱處理例如是10分鐘左右。并且，熱處理溫度例如是攝氏1030度左右。爐內(nèi)壓力例如是lOOTorr。
[0042]在步驟S103中，如圖2 (a)所示，在基板51的主面51a上生長(zhǎng)半導(dǎo)體疊層53，形成外延基板E。在半導(dǎo)體疊層53的形成中，在基板51的主面51a上依次生長(zhǎng):由第1導(dǎo)電型氮化鎵類半導(dǎo)體構(gòu)成的漂移層55、由第2導(dǎo)電型氮化鎵類半導(dǎo)體的構(gòu)成的電流阻擋層57、及用于第1導(dǎo)電型氮化鎵類半導(dǎo)體的接觸層59。該生長(zhǎng)例如通過有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)法進(jìn)行。漂移層55例如由厚5 μ m的無摻雜GaN構(gòu)成，電流阻擋層57例如由厚0.5 μ m的Mg摻雜P型GaN構(gòu)成，接觸層59例如由厚0.2 μ m的Si摻雜η.型GaN構(gòu)成。半導(dǎo)體疊層53中的結(jié)61a、61b分別具有和基板51的主面51a的面取向相同的面取向。此時(shí)，半導(dǎo)體疊層53的厚度是5.7μπι。[0043]在步驟S104中，將外延基板E從生長(zhǎng)爐10a取出。之后，在步驟S105中，在半導(dǎo)體疊層53上形成開ロ。首先，如圖2 (b)所示，在步驟S105-1中，以光刻法在半導(dǎo)體疊層53的表面53a上形成掩模63。掩模63例如可由抗蝕膜或娃氧化膜構(gòu)成。掩模63具有開ロ 63a，其規(guī)定在半導(dǎo)體疊層53上形成的開ロ的形狀及位置。以光刻法形成了掩模63后，在步驟S105-2中，將外延基板E配置于圖3 (a)所示的蝕刻裝置10b。使用該裝置10b及掩模63進(jìn)行半導(dǎo)體疊層53的干蝕刻。該干蝕刻例如可以是反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)。作為蝕刻劑可使用氯氣。通過利用了掩模63的蝕刻，在半導(dǎo)體疊層53上形成開ロ 65。作為開ロ形成的結(jié)果，形成包括開ロ 65的半導(dǎo)體疊層53b。
[0044]開ロ 65從表面53a的接觸層59到達(dá)漂移層。開ロ 65由側(cè)面65d及底面65e規(guī)定。在開ロ 65的側(cè)面65d上呈現(xiàn)漂移層55的側(cè)面55a及上表面55b、電流阻擋層57的側(cè)面57a、及接觸層59的側(cè)面59a。在開ロ 65的底面65e上呈現(xiàn)漂移層55的上表面55b。
[0045]在步驟S105-3中，如圖3 (b)所示，去除掩模63。結(jié)果形成了基板產(chǎn)物SP1。在基板產(chǎn)物SP1中，開ロ 65具有第1至第3部分65a、65b、65c。在第1部分65a中，漂移層55的上表面55b (底面65e)露出。在第2部分65b及第3部分65c中，開ロ 65的側(cè)面65d從漂移層55的上表面55b開始到半導(dǎo)體疊層53b的表面53a為止傾斜延伸。
[0046]在圖3(b)中，描繪了單一的開ロ 65,但基板51上排列多個(gè)開ロ。因此，半導(dǎo)體疊層53b對(duì)應(yīng)開ロ 63的形狀而形成臺(tái)地形狀、或者包括凹部(例如槽)的形狀。側(cè)面65d相對(duì)于基板51的主面51a傾斜,并且相對(duì)于半導(dǎo)體疊層53b的表面53a傾斜。側(cè)面65d的具體的傾斜角度可通過蝕刻控制。
[0047]側(cè)面65d的一個(gè)整體上沿著基準(zhǔn)面R11延伸，側(cè)面65d的另ー個(gè)整體上沿著基準(zhǔn)面R12延伸。這些基準(zhǔn)面R11、R12相對(duì)于表示III族氮化物基板51的c軸方向的基準(zhǔn)軸Cx及基板51的主面51a傾斜?；鶞?zhǔn)面R11、R12的法線相對(duì)于c軸傾斜，半導(dǎo)體疊層53b的主面53a沿著基準(zhǔn)面R13延伸?；鶞?zhǔn)面Rll、R12的法線和c軸所成的角度，大于基準(zhǔn)面R13的法線和c軸所成的角度。在優(yōu)選實(shí)施例中，半導(dǎo)體疊層53b的主面53a可與基板51的主面51a實(shí)質(zhì)上平行?；鶞?zhǔn)面R11、R12 (即側(cè)面65d)和基準(zhǔn)面R13 (主面63a、51a)所成的角度例如在5度到40度的范圍內(nèi)。
[0048]在必要的情況下，在溝道層及載流子供給層的生長(zhǎng)前進(jìn)行了基板產(chǎn)物SP1的前處理(例如清洗)后，在步驟S106中，將基板產(chǎn)物SP1配置在生長(zhǎng)爐10a。
[0049]在步驟S107中，將含有氨及III族元素原料的原料氣體G1提供到生長(zhǎng)爐10a，如圖4 (a)所示，在半導(dǎo)體疊層53b的主面53a、開ロ 65的側(cè)面65d及底面65e上，以生長(zhǎng)溫度TG1生長(zhǎng)溝道層69。溝道層69由氮化鎵類半導(dǎo)體構(gòu)成。溝道層68包括第1部分69a、第2部分69b及第3部分69c。第1部分69a在開ロ 65的側(cè)面65d上生長(zhǎng)，沿著基準(zhǔn)面R21延伸。基準(zhǔn)面R21相對(duì)于與溝道層69的氮化鎵類半導(dǎo)體的c軸正交的面及基板51的主面51a傾斜。第2部分69b在半導(dǎo)體疊層53b的主面53a上生長(zhǎng),沿著與c軸正交的基準(zhǔn)面R22延伸。第1部分69a相對(duì)于基準(zhǔn)面R22傾斜。第3部分69c在開ロ 65的底面65e上生長(zhǎng)，沿著基準(zhǔn)面R23延伸。第1部分69a相對(duì)于基準(zhǔn)面R23傾斜。在優(yōu)選實(shí)施例中，基準(zhǔn)面R23和基準(zhǔn)面R22實(shí)質(zhì)上平行，并且，基準(zhǔn)面R23及基準(zhǔn)面R22與基板51的主面51a平行。
[0050]在步驟S108中，將含有氨及III族元素原料的原料氣體G2提供到生長(zhǎng)爐10a，如圖4 (b)所示，在半導(dǎo)體疊層53b的主面53a、開ロ 65的側(cè)面65d及底面65e上，以生長(zhǎng)溫度TG2生長(zhǎng)載流子供給層71。載流子供給層71與溝道層69形成異質(zhì)結(jié)70。載流子供給層71由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成。載流子供給層71包括第1部分71a、第2部分71b及第3部分71c。第1部分71a在開ロ 65的側(cè)面65d上生長(zhǎng)，沿著基準(zhǔn)面R31延伸?；鶞?zhǔn)面R31相對(duì)于與載流子供給層71的氮化鎵類半導(dǎo)體的c軸(朝向和基板51的c軸相同的方向)正交的面及基板51的主面51a傾斜。第2部分71b在半導(dǎo)體疊層53b的主面53a上生長(zhǎng)，沿著基準(zhǔn)面R32延伸。第1部分71a相對(duì)于基準(zhǔn)面R32傾斜。第3部分71c在開ロ 65的底面65e上生長(zhǎng)，沿著基準(zhǔn)面R33延伸。第1部分71a相對(duì)于基準(zhǔn)面R33傾斜。在本實(shí)施例中，基準(zhǔn)面R33和基準(zhǔn)面R32實(shí)質(zhì)上平行，并且，基準(zhǔn)面R33及基準(zhǔn)面R32與基板51的主面51a平行。載流子供給層71的III族氮化物半導(dǎo)體的帶隙大于溝道層69的氮化鎵類半導(dǎo)體的帶隙。
[0051]與基準(zhǔn)面R31正交的第1軸和載流子供給層71的氮化鎵類半導(dǎo)體的c軸所成的第1角度，大于與基準(zhǔn)面R32正交的第2軸和載流子供給層71的氮化鎵類半導(dǎo)體的c軸所成的第2角度。當(dāng)基板51的主面51a為c面及從c面有微小偏移角吋，第2角度是零及微小的角度。第1角度與開ロ 65的側(cè)面65d的傾斜對(duì)應(yīng)，是比第2角度大的角度，因此第1部分69a、7la的傾斜較大。
[0052]在步驟S109中，載流子供給層71的生長(zhǎng)完成后，如圖5 (a)所示，將載流子供給層71的表面71a暴露于載流子供給層71的生長(zhǎng)溫度TG2以下的溫度的預(yù)定氣氛G3中。預(yù)定氣氛包括氮(N2)且不包括氨。
[0053]并且，優(yōu)選在載流子供給層71的生長(zhǎng)完成后，將基板產(chǎn)物SP2的溫度維持在生長(zhǎng)溫度TG2的同時(shí)，在生長(zhǎng)爐10a中形成預(yù)定氣氛。在預(yù)定氣氛提供到生長(zhǎng)爐10a后，使基板產(chǎn)物SP2的溫度從生長(zhǎng)溫度TG2開始降低。根據(jù)該制造方法，通過在生長(zhǎng)爐10中形成預(yù)定氣氛，可避免基板產(chǎn)物SP2的最表面長(zhǎng)時(shí)間暴露于氨中。當(dāng)結(jié)晶生長(zhǎng)結(jié)束后的氣氛含有氨時(shí)，來自在生長(zhǎng)爐10a內(nèi)分解的氨的氮原子吸附于基板產(chǎn)物SP2的最表面，妨礙了 III族原子的表面遷移。另ー方面，結(jié)晶生長(zhǎng)結(jié)束后的氣氛包括氮而不包括氨時(shí)，和氮相比蒸汽壓カ低的III族原子殘留在最表面，在最表面上以適當(dāng)?shù)拿芏葎徲郔II族原子。
[0054]并且，溫度降低在預(yù)定氣氛中進(jìn)行，因此不僅在生長(zhǎng)溫度TG2的期間，而且在溫度下降過程中，也可獲得表面改性的技術(shù)性幫助。和氨氣氛相比，在氮?dú)夥罩械锏姆纸饣钴S。通過溫度的降低，可避免III族原子從最表面超過希望量地分解。
[0055]降低基板產(chǎn)物SP2的溫度并取出基板產(chǎn)物SP1后，在步驟S110中，如圖5 (b)所示，從生長(zhǎng)爐10a取出基板產(chǎn)物SP2。在步驟Sllla或步驟Slllb的電極形成步驟中，在載流子供給層71上形成柵極。具體而言，在電極形成步驟中，進(jìn)行與半導(dǎo)體疊層53b的半導(dǎo)體層57、59形成接觸的源極73的形成、與基板51的背面51b形成接觸的漏極75的形成、柵絕緣膜77的形成、及與柵絕緣膜77形成接觸的柵極79的形成。
[0056]例如，柵絕緣膜77可通過原子層沉積(ALD)法生長(zhǎng)。根據(jù)該制造方法，在柵絕緣膜77沉積時(shí)，對(duì)襯底的載流子供給層的破壞較少，有助于進(jìn)一歩降低柵泄漏。
[0057]可在半導(dǎo)體疊層53b的主面53a上形成源扱。該源極73向電流阻擋層57及接觸層59提供電位。溝道層69和載流子供給層71形成結(jié)70，在結(jié)70上形成ニ維載流子氣體層。源極73提供在溝道層69中流動(dòng)的載流子，載流子經(jīng)由ニ維載流子氣體層流入到漂移層55。根據(jù)該制造方法，源極73向電流阻擋層57及接觸層59提供電位，因此電流阻擋層58相對(duì)于溝道層69作為背柵作用。[0058]根據(jù)該方法，如圖4 (a)所示，溝道層69的第1部分69a沿著基準(zhǔn)面R21延伸，該基準(zhǔn)面R21相對(duì)于與該氮化鎵類半導(dǎo)體的c軸正交的面及基板51的主面51a傾斜。因此，溝道層69的第1及第2部分69a、69b具有彼此不同的面取向。載流子供給層71的第1及第2部分71a、71b分別在溝道層69的第1及第2部分69a、69b上生長(zhǎng)。因開ロ 69的側(cè)面69d傾斜，所以在溝道層6及載流子供給層71的第1部分69a、71a上的生長(zhǎng)中，生長(zhǎng)面中的構(gòu)成元素的表面遷移和第2部分69b、71b上的生長(zhǎng)相比不活躍。因此，第1部分69a、71a上的生長(zhǎng)中的模式存在變?yōu)閸u狀生長(zhǎng)的傾向。在該模式的生長(zhǎng)中，結(jié)晶表面形成缺陷，最終表面的形態(tài)扭曲。在傾斜的第1部分71a上形成柵極79時(shí)，上述表面缺陷成為柵泄漏電流的原因。在該方法中，在載流子供給層71的第1部分71a上形成柵極79之前、載流子供給層71的生長(zhǎng)完成之后，進(jìn)行在實(shí)質(zhì)上由氮構(gòu)成的預(yù)定氣氛中將基板產(chǎn)物SP2暴露于生長(zhǎng)溫度TG2以下的溫度的エ藝。在該エ藝中，預(yù)定氣氛包括氮(N2)而不包括氨，因此可對(duì)載流子供給層71的第1部分71a的表面改性，減少因載流子供給層71及溝道層69的第1部分71a、69a的傾斜、或其表面平坦性造成的表面缺陷。預(yù)定氣氛可促進(jìn)載流子供給層71的表面71a中的生長(zhǎng)后的遷移，改善表面平坦性。因此，可降低因表面缺陷產(chǎn)生的柵泄漏電流。
[0059]并且，根據(jù)該制造方法，用于溝道層69及載流子供給層71的結(jié)晶再生長(zhǎng)受到作為襯底的開ロ側(cè)面65d的表面平坦性的影響。溝道層69及載流子供給層71在開ロ側(cè)面65d上生長(zhǎng)，該開ロ側(cè)面65d通過干蝕刻形成。因此，開ロ側(cè)面65d的表面狀態(tài)的粗糙度較大。溝道層69及載流子供給層71的第1部分69a、71a的表面受到襯底的粗糙度的影響。在上述エ藝中，預(yù)定氣氛包括氮(N2)且不包括氨，因此可將載流子供給層71的第1部分71a的表面改性，減少因蝕刻造成的表面粗糙。因此，可降低因表面缺陷產(chǎn)生的柵泄漏電流。通過持續(xù)進(jìn)行從溝道層69到載流子供給層71的一系列生長(zhǎng)，形成清潔的異質(zhì)結(jié)，并且可改善預(yù)定氣氛下的載流子供給層的表面的平坦性。并且，根據(jù)本實(shí)施方式，可降低電流崩潰。
[0060]在本實(shí)施方式中，可在載流子供給層71的第1部分71a上形成了柵絕緣膜77后，在該柵絕緣膜77上形成柵極79。柵極79與柵絕緣膜77形成結(jié)。根據(jù)該制造方法，可提供ー種具有經(jīng)由絕緣膜77控制溝道載流子的柵極79的晶體管。
[0061]或者，也可不形成柵絕緣膜77而形成與載流子供給層71的第1部分71a形成結(jié)的柵極。根據(jù)該制造方法，可提供ー種使用與半導(dǎo)體形成肖特基結(jié)的柵極來控制溝道載流子的晶體管。
[0062]溝道層69及載流子供給層71的材料可以是InGaN/AlGaN、GaN/AlGaN、及AlGaN/A1N的任意ー種。由此可提供溝道層69及載流子供給層71的優(yōu)選組合。
[0063]漂移層55的氮化鎵類半導(dǎo)體、電流阻擋層57的氮化鎵類半導(dǎo)體、及接觸層59的氮化嫁類半導(dǎo)體，可以是η型GaN/p型GaN/n+型GaN、及η型GaN/p型AlGaN/n+型GaN的任意ー種。由此可提供漂移層55、電流阻擋層57及接觸層59的優(yōu)選組合。
[0064]圖6是表示本實(shí)施方式涉及的氮化物電子設(shè)備的構(gòu)造的附圖。作為氮化物電子設(shè)備的一例，說明異質(zhì)結(jié)晶體管11。異質(zhì)結(jié)晶體管11具有:導(dǎo)電性基板13、半導(dǎo)體疊層15、漂移層17、溝道層19、載流子供給層21、柵極23。導(dǎo)電性基板13具有III族氮化物的主面13a，并且具有III族氮化物的背面13b。III族氮化物主面13a優(yōu)選是c面，為了進(jìn)行良好的結(jié)晶生長(zhǎng)，可具有微小的偏移角。半導(dǎo)體疊層15具有向?qū)щ娦曰?3的主面13a的方向凹陷的開ロ 16。開ロ 16由半導(dǎo)體疊層15上形成的臺(tái)地、凹部或槽規(guī)定。溝道層19由氮化鎵類半導(dǎo)體構(gòu)成，并且設(shè)置在半導(dǎo)體疊層15的開ロ 16內(nèi)。載流子供給層21由III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，并且設(shè)置在半導(dǎo)體疊層15的開ロ 16內(nèi)，并在開ロ 16內(nèi)的溝道層19上延伸。柵極23設(shè)置在載流子供給層21上，在開ロ 16內(nèi)，載流子供給層21位于溝道層19和柵極23之間。溝道層19和載流子供給層21形成異質(zhì)結(jié)20。柵極23控制沿著異質(zhì)結(jié)20的ニ維電子氣體的生成。
[0065]半導(dǎo)體疊層15包括第1導(dǎo)電型氮化鎵類半導(dǎo)體層25、第2導(dǎo)電型氮化鎵類半導(dǎo)體層27、及氮化鎵類半導(dǎo)體層29。第1導(dǎo)電型氮化鎵類半導(dǎo)體層25例如具有η導(dǎo)電性，并設(shè)置在基板13的主面13a上。第2導(dǎo)電型氮化鎵類半導(dǎo)體層27例如具有p導(dǎo)電性，并設(shè)置在導(dǎo)電性基板13的主面13a和第1導(dǎo)電型氮化鎵類半導(dǎo)體層25之間。氮化鎵類半導(dǎo)體層29例如具有η導(dǎo)電性，并設(shè)置在基板13的主面13a上。在第2導(dǎo)電型氮化鎵類半導(dǎo)體層27的側(cè)面和柵極23之間，載流子供給層21及溝道層19延伸。
[0066]第1導(dǎo)電型氮化鎵類半導(dǎo)體層25具有位于半導(dǎo)體疊層15的開ロ 16的側(cè)面16a的端面25a。第2導(dǎo)電型氮化鎵類半導(dǎo)體層27具有位于半導(dǎo)體疊層15的開ロ 16的側(cè)面16a的端面27a。氮化鎵類半導(dǎo)體層29具有位于半導(dǎo)體疊層15的開ロ 16的側(cè)面16a的端面29a。溝道層19設(shè)置在第1導(dǎo)電型氮化鎵類半導(dǎo)體層25的端面25a、第2導(dǎo)電型氮化鎵類半導(dǎo)體層27的端面27a及第1導(dǎo)電型氮化鎵類半導(dǎo)體層29的端面29a及上表面29b上。漂移層17設(shè)置在用于絕緣的氮化鎵類半導(dǎo)體層29的端面29a上，并且設(shè)置在主面13a上。
[0067]如圖6所示，在本實(shí)施例中，開ロ 16的底面16b大致沿著c面(與c軸正交的面)設(shè)置。在圖6中，示出了結(jié)晶坐標(biāo)系CR，基準(zhǔn)軸Cx表示c軸的方向。m面是與結(jié)晶坐標(biāo)系CR的m軸正交的面，a面是與結(jié)晶坐標(biāo)系CR的a軸正交的面。開ロ 16的側(cè)面16a相對(duì)于III族氮化物半導(dǎo)體的a面傾斜，相對(duì)于II族氮化物半導(dǎo)體的m面傾斜，并且相對(duì)于上述III族氮化物半導(dǎo)體的c面傾斜。在本實(shí)施例中，開ロ 16的側(cè)面16a在m軸或a軸的方向上延伸。
[0068]異質(zhì)結(jié)晶體管11可進(jìn)ー步具有與第1導(dǎo)電型氮化鎵類半導(dǎo)體層25連接的源極31。源極31可向第2導(dǎo)電型氮化鎵類半導(dǎo)體層27提供電位。源極31不僅向第1導(dǎo)電型氮化鎵類半導(dǎo)體層25提供電位、而且也向第2導(dǎo)電型氮化鎵類半導(dǎo)體層27提供電位時(shí)，第2導(dǎo)電型氮化鎵類半導(dǎo)體層27的電位使用源極31施加，其變?yōu)榉答伷珘?。這適用于異質(zhì)結(jié)晶體管11的常關(guān)(normally off)動(dòng)作。
[0069]在異質(zhì)結(jié)晶體管11中，可進(jìn)ー步具有設(shè)置在導(dǎo)電性基板13的背面13b的漏極33。漏極33設(shè)置在導(dǎo)電性基板13的背面13b上，因此可使漏極33與柵極23隔離。所以有利于實(shí)現(xiàn)高耐壓。漏極33例如可由Ni/Al構(gòu)成，源極31例如可由Ti/Al構(gòu)成。柵極23例如可由 Ni/Au、Pt/Au、Pd/Au、Mo/Au 等構(gòu)成。
[0070]第1導(dǎo)電型氮化鎵類半導(dǎo)體層25的第1面25b與溝道層19形成結(jié)。第1導(dǎo)電型氮化鎵類半導(dǎo)體層25的第2面25c與第2導(dǎo)電型氮化鎵類半導(dǎo)體層27的第1面27b形成結(jié)。氮化鎵類半導(dǎo)體層29的第1面29b與第2導(dǎo)電型氮化鎵類半導(dǎo)體層27的第2面27c形成結(jié)。氮化鎵類半導(dǎo)體層29的第2面29c與導(dǎo)電性基板13的主面13a形成結(jié)。
[0071]在開ロ 16的側(cè)面16a中，溝道層19的背面與第1導(dǎo)電型氮化鎵類半導(dǎo)體層25的端面25a形成結(jié)。并且，溝道層19的背面與第1導(dǎo)電型氮化鎵類半導(dǎo)體層25的端面25a、及第2導(dǎo)電型氮化鎵類半導(dǎo)體層27的端面27a形成結(jié)。溝道層23的背面與氮化鎵類半導(dǎo)體層29的端面29a形成結(jié)。柵極18與載流子供給層21形成肖特基結(jié)。[0072]以下表示異質(zhì)結(jié)晶體管11的一個(gè)實(shí)施方式。
[0073]導(dǎo)電性基板13:n型GaN (載流子濃度:1 X 1019cm一3)。
[0074]溝道層19:無摻雜GaN (載流子濃度:1 X 1015cm —3、厚度:30nm)。
[0075]載流子供給層21:無摻雜AlGaN (厚度:30nm，A1組分比025)。
[0076]第1導(dǎo)電型氮化鎵類半導(dǎo)體層25:n型GaN (載流子濃度:1 X 1018cm—3、厚度:0.3 μ m)o
[0077]第2導(dǎo)電型氮化鎵類半導(dǎo)體層27:p+型GaN (載流子濃度:1 X 1018cm — 3、厚度:
0.5 μ m)。
[0078]氮化鎵類半導(dǎo)體層29:無摻雜GaN (載流子濃度:1 X 1015cm —3、厚度:5μπι)。
[0079]根據(jù)該異質(zhì)結(jié)晶體管，提供了一種實(shí)用構(gòu)造的一例。通過預(yù)定氣氛中的熱處理的幫助，載流子供給層21的表面的表面粗糙度Rms(或者載流子供給層21和與該載流子供給層21形成結(jié)的上層之間的界面)，小于異質(zhì)結(jié)晶體管中的開ロ 16的側(cè)面16a所涉及的界面的粗糙度。并且，載流子供給層21的表面的表面粗糙度Rms(或者載流子供給層21和與該載流子供給層21形成結(jié)的上層之間的界面)，小于異質(zhì)結(jié)晶體管中的開ロ 16的側(cè)面16a上的溝道層19所涉及的界面的粗糙度。
[0080](實(shí)施例1)
[0081]外延基板的制造
[0082]通過M0CVD法成膜氮化鎵膜。作為鎵原料，使用三甲基鎵。作為氮原料，使用高純度氨。作為載流子氣體，使用純化的氫。高純度氨的純度是99.999%以上，純化氫的純度是99.999995%以上。作為η型摻雜劑使用氫基的硅烷，作為ρ型摻雜劑使用雙環(huán)戊ニ烯基鎂。作為基板使用導(dǎo)電性的氮化鎵基板，該基板的尺寸為2英寸。首先，以攝氏1030度的溫度及l(fā)OOTorr的壓カ在氨和氫氣氛中進(jìn)行基板的清洗。之后升溫為攝氏1050度后，以200Torr的壓力、及1500的V/ III摩爾比成膜氮化鎵層。
[0083]在氮化鎵基板上依次生長(zhǎng):厚5 μ m的η型漂移層、厚0.5 μ m的ρ型電流阻擋層、厚0.2 μ m的η型覆蓋層(接觸層)。漂移層的Si濃度為1 X 1016cm — 3，阻擋層的Mg濃度是1 X 1018cm — 3，覆蓋層的Si濃度是1 X 1018cm —3。通過該成膜，制造出在氮化鎵基板上具有npn構(gòu)造的半導(dǎo)體疊層的外延基板。
[0084]設(shè)備構(gòu)造的制造
[0085]在該外延基板上形成開ロ部。用于該形成的掩模如下制造:在外延膜表面涂布了抗蝕膜后，通過光刻法在抗蝕膜上形成圖案。使用該掩模，在外延基板上通過反應(yīng)性離子蝕刻形成開ロ部，制造出具有開ロ的基板產(chǎn)物。
[0086]在進(jìn)行了抗蝕掩模的去除和基板清洗后，再次將基板導(dǎo)入到M0CVD裝置，根據(jù)圖7所示的溫度變更時(shí)序進(jìn)行再生長(zhǎng)。在圖7 (a)及(b)的時(shí)序中，在時(shí)刻t0將基板產(chǎn)物配置在生長(zhǎng)爐后，注入氫且使基板溫度上升到攝氏400度。在時(shí)刻tl，基板溫度達(dá)到攝氏400度。進(jìn)ー步，在注入氫和氨，并且使基板溫度上升到攝氏950度。在時(shí)刻t2，基板溫度達(dá)到攝氏950度。在基板溫度充分穩(wěn)定的時(shí)刻t3，將三甲基鎵及氨提供到生長(zhǎng)爐，生長(zhǎng)無摻雜GaN (1-GaN)膜。在時(shí)刻t4，停止三甲基鎵的供給，停止該成膜。接著，注入氫和氨且使基板溫度上升到攝氏1080度。在時(shí)刻t5，基板溫度達(dá)到攝氏1080度。在基板溫度充分穩(wěn)定的時(shí)刻t6，將三甲基鎵、三甲基鋁及氨提供到生長(zhǎng)爐，生長(zhǎng)無摻雜AlGaN (i_AlGaN)膜。在時(shí)刻t7，停止三甲基鎵及三甲基鋁的供給，完成該成膜。
[0087]在圖7 (a)的時(shí)序中，在時(shí)刻t8開始基板溫度的降低，該時(shí)刻是停止成膜后仍持續(xù)注入氨及氫的時(shí)刻。基板溫度充分降低后，在時(shí)刻t9從生長(zhǎng)爐中取出基板產(chǎn)物。
[0088]用掃描型電子顯微鏡(SEM)觀察該基板產(chǎn)物的外延再生長(zhǎng)表面。參照?qǐng)D8 (a),顯不出具有AlGaN表面的SEM圖像。圖8 (a)的左上的區(qū)域表不開ロ的底部,右下區(qū)域表不開口外側(cè)區(qū)域(半導(dǎo)體疊層的上表面)，它們之間的帶狀區(qū)域表示開ロ的斜面。該SEM圖像表示和平坦部相比在斜面部集中了表面缺陷。
[0089]在圖7 (b)的時(shí)序中，停止了成膜后，迅速停止對(duì)生長(zhǎng)爐提供氨及氫，并且開始氮(N2)的供給，在生長(zhǎng)爐的爐膛中，將氨及氫的氣氛變更為氮的氣氛。形成了實(shí)質(zhì)上由氮構(gòu)成的氣氛后，在時(shí)刻t8開始基板溫度的降低?；鍦囟瘸浞纸档秃螅跁r(shí)刻t9從生長(zhǎng)爐中取出基板產(chǎn)物。
[0090]在用于上述溝道層的1-GaN膜及用于載流子供給層的i_AlGaN膜的成膜中，為了一定程度抑制對(duì)斜面表面的缺陷導(dǎo)入、且以高純度生長(zhǎng)載流子供給層，可使生長(zhǎng)時(shí)的原料V/ III摩爾比在50至5000的范圍，生長(zhǎng)溫度在攝氏900度至1200度的范圍，生長(zhǎng)壓カ在50Torr 至 760Torr 的范圍。
[0091]用掃描型電子顯微鏡(SEM)觀察該基板產(chǎn)物的外延再生長(zhǎng)表面。參照?qǐng)D8(b),顯示出表示AlGaN表面的SEM圖像。圖8 (b)的左上的區(qū)域表示開ロ的底部,右下區(qū)域表示開口外側(cè)區(qū)域(半導(dǎo)體疊層的上表面)，它們之間的帶狀區(qū)域表示開ロ的斜面。通過比較圖8 (a)及(b)可知，通過成膜后在生長(zhǎng)爐中形成氮?dú)夥?，可改善開ロ底部和開ロ底部之間的開ロ的斜面(帯狀區(qū)域)中的表面形態(tài)，如圖8 (b)所示，斜面部的表面形態(tài)良好。參照?qǐng)D8
(b)，開ロ的底部、開ロ的底部及開ロ的斜面之間，表面形態(tài)沒有較大差異。
[0092]在溝道層及載流子供給層再生長(zhǎng)后，使用光刻法和離子束蒸鍍法，將源極及漏極分別形成在基板產(chǎn)物的正面(外延面)和背面(基板背面)，并且將柵極形成在開ロ部側(cè)面。柵絕緣膜使用厚10nm的氮化鋁(A1203)。
[0093]作為用于氮化物類半導(dǎo)體的絕緣膜，可使用多晶硅氮化物(例如SiN)、硅氧化物(例如Si02)、招氧化物(A1203)、氮化招(A1N)或ニ氧化鉿(Hf02)等。作為成膜法可使用有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)(MOCVD)法、等離子化學(xué)氣相生長(zhǎng)(pCVD)法、濺射法、原子層沉積(ALD)法。例如，通過ALD法成膜鋁氧化物、硅氧化物吋，可低溫形成具有原子等級(jí)的良好平坦性的高純度膜，因此降低了成膜時(shí)對(duì)襯底層的破壞，從而可減小絕緣膜/半導(dǎo)體的結(jié)中的界面態(tài)
山I又Ο
[0094]測(cè)定在上述實(shí)施例中的制造的晶體管的柵-漏間的電流泄漏。參照?qǐng)D9(a)，示出了測(cè)定的設(shè)置。在該連接中，固定漏極電位，并且掃描柵極的偏壓，可測(cè)定柵-漏間的電流泄漏。參照?qǐng)D9 (b)，示出了泄漏電流特性線P、C。因載流子供給層生長(zhǎng)后的氣氛的不同，在柵泄漏電流中呈現(xiàn)差異。通過可提供不含有氨的氮的氣氛，降低了開ロ的斜面中的AlGaN表面的缺陷，結(jié)果降低了柵極形成的電流泄漏。
[0095]并且，在本實(shí)施例中，在柵絕緣膜上形成柵極。為了提供常關(guān)動(dòng)作的晶體管，需要使斜面的1-AlGaN/1-GaN異質(zhì)界面的ニ維電子氣體枯竭，該枯竭例如通過降低AlGaN的膜厚來實(shí)現(xiàn)。并且，需要通過施加?xùn)牌珘菏馆d流子感應(yīng)到異質(zhì)界面。在1-AlGaN表面直接形成了肖特基電極的晶體管中，為了感應(yīng)載流子，向肖特基結(jié)施加正向偏壓，該施加產(chǎn)生柵電流。在本實(shí)施例中，為了避開該柵電流并正確測(cè)定表面處理不同而形成的柵電流，并非在1-AlGaN表面直接形成了肖特基電極的晶體管，而是在AlGaN表面形成柵絕緣膜，并在該絕緣膜上形成柵極。因此，本實(shí)施方式的技術(shù)幫助也可適用于具有肖特基柵極的晶體管。
[0096]在用于使用了導(dǎo)電性基板的縱型晶體管構(gòu)造的npn半導(dǎo)體疊層的斜面上，依次再生長(zhǎng)1-GaN溝道層及1-AlGaN電子供給層。在該斜面的形成中，襯底的斜面只不過是在RIE中通過Ar離子被物理性削去并形成，除了該物理性處理外，未進(jìn)行化學(xué)性處理并露出結(jié)晶面。因此，通過RIE形成的表面和原子比例的凹凸相比相當(dāng)扭曲，例如，RIE表面的表面粗糙度Rms值是2nm (500nm平方)，而被掩模覆蓋未進(jìn)行RIE處理的外延表面、例如c面的外延表面(生長(zhǎng)(As grown)面)的表面粗糙度Rms值為0.3nm (500nm平方)。因此，在GaN溝道層生長(zhǎng)時(shí)，開ロ的傾斜面扭曲，所以溝道層的表面也繼承了襯底的扭曲。因此，AlGaN電子供給層在GaN溝道層的扭曲的表面上生長(zhǎng)。并且，斜面的結(jié)晶取向從C面傾斜，因此襯底表面的每單位面積的原子的自由鍵的個(gè)數(shù)較多。因此抑制了 III族原子(例如鎵、鋁)的遷移，從而結(jié)晶生長(zhǎng)的模式存在島狀生長(zhǎng)的傾向。因此，在開ロ的傾斜面的生長(zhǎng)中，因島狀生長(zhǎng)所引起的表面缺陷導(dǎo)入到結(jié)晶中。在具有該表面缺陷的III族氮化物層的表面上形成柵極或柵絕緣膜吋，缺陷導(dǎo)入到界面、膜中，成為經(jīng)由該缺陷的柵泄漏的原因。
[0097]GaN等氮化物半導(dǎo)體的有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)法下的C面(Ga面)生長(zhǎng)表面,變?yōu)橛赏ㄟ^氨產(chǎn)生的氮原子覆蓋了表面的臺(tái)階的狀態(tài)，在其上吸附III族原子(Ga、A1等)，促進(jìn)生長(zhǎng)。如是外部基板，則III族原子取入到并列的階梯中，或者在C正面中III族原子取入到島狀的階梯中，促進(jìn)生長(zhǎng)。在該生長(zhǎng)時(shí)，在V/III比大的生長(zhǎng)中，被覆表面的N原子的密度變得較大，結(jié)果使III族原子的吸附中心密度増大。通過吸附中心密度的増大，阻礙了遷移。結(jié)果是，產(chǎn)生因島狀生長(zhǎng)造成的形態(tài)扭曲。并且，和GaN相比，在生長(zhǎng)AlGaN時(shí)，和Ga原子相比A1原子與氮原子的鍵合力強(qiáng)，所以A1原子的遷移長(zhǎng)度較短。因此，在包括A1的III族氮化物的生長(zhǎng)中，和GaN的生長(zhǎng)相比，易于導(dǎo)入表面缺陷。
[0098]在含有A1的III族氮化物、例如AlGaN生長(zhǎng)時(shí)，通過降低V/ III摩爾比，可促進(jìn)A1等III族原子的遷移。降低了 V/III摩爾比的生長(zhǎng)條件在有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)法中，來自III族有機(jī)金屬原料的碳雜質(zhì)的混入變得明顯。該混入向AlGaN中導(dǎo)入與較深的載流子形態(tài)相關(guān)的缺陷，該缺陷降低了溝道遷移度。
[0099]在本實(shí)施方式涉及的設(shè)備構(gòu)造的形成中，從電子供給層生長(zhǎng)后的氣氛中排除氨，并且優(yōu)選向該氣氛中只導(dǎo)入氮。在該氣氛中，將III族氮化物的表面暴露于生長(zhǎng)溫度以下的溫度，從而在生長(zhǎng)溫度附近進(jìn)行熱處理，之后進(jìn)行降溫。通過在不含氨而含氮的氣氛中進(jìn)行降溫，促使表面的AlGaN層分解，和氮相比蒸汽壓カ低的III族原子殘留在表面。暴露于氮?dú)夥盏腎II族氮化物的表面變?yōu)楸籌II族原子適當(dāng)覆蓋的狀態(tài)，促進(jìn)了III族原子的遷移。其結(jié)果是，在降溫時(shí)的熱處理中，III族氮化物表面平坦化。但是，替代僅有氮的氣氛而提供僅有氫的氣氛時(shí)，在III族氮化物的表面引起過度分解，因蝕刻造成的表面扭曲和僅有氮的氣氛相比變大。
[0100]在優(yōu)選實(shí)施方式中對(duì)本發(fā)明的原理圖示并進(jìn)行了說明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可知，本發(fā)明在不脫離其原理的情況下可在配置及詳情上進(jìn)行變更。本發(fā)明不限于本實(shí)施方式公開的特定構(gòu)成。因此，對(duì)權(quán)利要求范圍及源自其精神范圍的所有修正及變更請(qǐng)求權(quán)利。
[0101]產(chǎn)業(yè)上的可利用性[0102]如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，可提供一種降低了柵泄漏電流的制造氮化物電子設(shè)備的方法。
[0103]標(biāo)記說明
[0104]10a生長(zhǎng)爐
[0105]11異質(zhì)結(jié)晶體管
[0106]13導(dǎo)電性基板
[0107]15半導(dǎo)體疊層
[0108]16開ロ
[0109]19溝道層
[0110]20異質(zhì)結(jié)
[0111]21阻擋層
[0112]23柵極
[0113]25第1導(dǎo)電型氮化鎵類半導(dǎo)體層
[0114]27第2導(dǎo)電型氮化鎵類半導(dǎo)體層
[0115]29絕緣用氮化鎵類半導(dǎo)體層
[0116]31源極
[0117]33漏極
[0118]CR結(jié)晶坐標(biāo)系
[0119]51III族氮化物半導(dǎo)體基板
[0120]53、53b半導(dǎo)體疊層
[0121]55漂移層
[0122]57電流阻擋層
[0123]57接觸層
[0124]E外延基板
[0125]63掩模
[0126]65開ロ
[0127]65d 側(cè)面
[0128]65e底面
[0129]R11、R12、R13、R31、R32、R33 基準(zhǔn)面
[0130]69溝道層
[0131]71載流子供給層
[0132]73源極
[0133]77柵絕緣膜
[0134]79柵極
【權(quán)利要求】
1.ー種制造氮化物電子設(shè)備的方法，其中， 具有:將基板配置在生長(zhǎng)爐后，通過將含有氨及III族元素原料的原料氣體提供到生長(zhǎng)爐，從而在上述基板的主面上的溝道層上使載流子供給層在生長(zhǎng)溫度下生長(zhǎng)，形成基板產(chǎn)物的步驟； 在上述載流子供給層的生長(zhǎng)完成后，將上述基板產(chǎn)物暴露于上述生長(zhǎng)溫度以下的溫度的預(yù)定氣氛中的步驟； 使上述基板產(chǎn)物的溫度在上述預(yù)定氣氛中降低后，從上述生長(zhǎng)爐取出上述基板產(chǎn)物的步驟；以及 在取出上述基板產(chǎn)物后，在上述載流子供給層上形成柵極的步驟， 上述溝道層包括第1部分及第2部分，上述第1部分沿著第1基準(zhǔn)面延伸，該第1基準(zhǔn)面相對(duì)于與上述溝道層的上述氮化鎵類半導(dǎo)體的c軸正交的面及上述基板的上述主面傾斜，上述第2部分沿著相對(duì)于上述第1部分傾斜的第2基準(zhǔn)面延伸， 上述載流子供給層包括第1部分及第2部分，上述第1部分在上述溝道層的上述第1部分上生長(zhǎng)，上述第2部分在上述溝道層的上述第2部分上生長(zhǎng)， 上述柵極形成在上述載流子供給層的上述第1部分上， 與上述第1基準(zhǔn)面正交的第1軸和上述氮化鎵類半導(dǎo)體的c軸所成的角度，大于與上述第2基準(zhǔn)面正交的第2軸和上述氮化鎵類半導(dǎo)體的c軸所成的角度， 上述載流子供給層的 上述III族氮化物半導(dǎo)體的帶隙大于上述溝道層的上述氮化鎵類半導(dǎo)體的帶隙， 上述預(yù)定氣氛包括氮且不包括氨， 上述溝道層包括氮化鎵類半導(dǎo)體， 上述載流子供給層包括III族氮化物半導(dǎo)體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造氮化物電子設(shè)備的方法，其中， 進(jìn)ー步具有:在上述基板的上述主面上生長(zhǎng)由第1氮化鎵類半導(dǎo)體構(gòu)成的漂移層、由第2氮化鎵類半導(dǎo)體構(gòu)成的電流阻擋層、及由第3氮化鎵類半導(dǎo)體構(gòu)成的接觸層，形成半導(dǎo)體疊層的步驟； 在上述半導(dǎo)體疊層的主面上通過干蝕刻形成開ロ的步驟；以及在上述半導(dǎo)體疊層的上述主面及上述半導(dǎo)體疊層的上述開ロ的表面上生長(zhǎng)上述溝道層的步驟， 上述開ロ具有相對(duì)于上述半導(dǎo)體疊層的上述主面傾斜的側(cè)面， 上述開ロ的上述側(cè)面包括上述漂移層的側(cè)面、上述電流阻擋層的側(cè)面、及上述接觸層的側(cè)面， 上述溝道層的上述第1部分在上述開ロ的上述側(cè)面上生長(zhǎng)， 上述溝道層的上述第2部分在上述半導(dǎo)體疊層的上述主面上生長(zhǎng)， 上述柵極形成在上述電流阻擋層的上述側(cè)面上， 上述第2氮化鎵類半導(dǎo)體的導(dǎo)電型與上述第1氮化鎵類半導(dǎo)體的導(dǎo)電型不同， 上述第2氮化鎵類半導(dǎo)體的導(dǎo)電型與上述第3氮化鎵類半導(dǎo)體的導(dǎo)電型不同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造氮化物電子設(shè)備的方法，其中， 上述溝道層及上述載流子供給層的材料是InGaN/AlGaN、GaN/AlGaN、及AlGaN/AIN的任意ー種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任意一項(xiàng)所述的制造氮化物電子設(shè)備的方法，其中， 進(jìn)ー步具有在上述載流子供給層的生長(zhǎng)完成后，將上述基板產(chǎn)物的溫度維持在上述生長(zhǎng)溫度的同時(shí)，在上述生長(zhǎng)爐中形成上述預(yù)定氣氛的步驟， 在上述預(yù)定氣氛提供到上述生長(zhǎng)爐后，開始上述基板產(chǎn)物的溫度的從上述生長(zhǎng)溫度的降低。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4的任意一項(xiàng)所述的制造氮化物電子設(shè)備的方法，其中， 上述基板由導(dǎo)電性的自立III族氮化物基板構(gòu)成， 上述自立III族氮化物基板的主面相對(duì)于上述基板的III族氮化物的C軸在ー 20度到+20度的范圍內(nèi)， 該方法進(jìn)ー步具有在上述基板的背面形成漏極的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5的任意一項(xiàng)所述的制造氮化物電子設(shè)備的方法，其中， 上述第1基準(zhǔn)面和上 述第2基準(zhǔn)面所成的角度在5度到40度的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造氮化物電子設(shè)備的方法，其中， 上述漂移層的上述第1氮化鎵類半導(dǎo)體、上述電流阻擋層的上述第2氮化鎵類半導(dǎo)體、及上述接觸層的第3氮化鎵類半導(dǎo)體是η型GaN/p型GaN/n+型GaN、及η型GaN/p型AlGaN/n+型GaN的任意一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或7所述的制造氮化物電子設(shè)備的方法，其中， 進(jìn)ー步具有在取出上述基板產(chǎn)物后，在上述半導(dǎo)體疊層的上述主面上形成源極的步驟， 上述源極向上述電流阻擋層及上述接觸層提供電位， 上述溝道層和上述載流子供給層形成結(jié)， 在上述結(jié)中形成ニ維電子氣體層， 上述源極提供在上述溝道層中流動(dòng)的載流子。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8的任意一項(xiàng)所述的制造氮化物電子設(shè)備的方法，其中， 上述柵極與上述載流子供給層的上述第1部分形成結(jié)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8的任意一項(xiàng)所述的制造氮化物電子設(shè)備的方法，其中， 進(jìn)ー步具有:在上述載流子供給層的上述第1部分上形成柵絕緣膜的步驟；以及 在上述柵絕緣膜上形成柵極的步驟， 上述柵極與上述柵絕緣膜形成結(jié)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制造氮化物電子設(shè)備的方法，其中， 上述柵絕緣膜通過原子層沉積(ALD)法生長(zhǎng)。
【文檔編號(hào)】H01L29/812GK103460359SQ201180069623
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2011年4月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月5日
【發(fā)明者】齋藤雄, 岡田政也, 木山誠(chéng) 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社