半導(dǎo)體器件及其制造方法
【專利摘要】提供半導(dǎo)體器件及其制造方法。半導(dǎo)體器件具備含有III族元素的第1氮化物半導(dǎo)體層、第2氮化物半導(dǎo)體層、第3氮化物半導(dǎo)體層、絕緣膜、歐姆電極和肖特基電極。第2氮化物半導(dǎo)體層設(shè)在第1氮化物半導(dǎo)體層上，帶隙大于第1氮化物半導(dǎo)體層。第3氮化物半導(dǎo)體層設(shè)在第2氮化物半導(dǎo)體層上。絕緣膜與第3氮化物半導(dǎo)體層相接地設(shè)在第3氮化物半導(dǎo)體層上。歐姆電極與第2氮化物半導(dǎo)體層歐姆接觸。肖特基電極與第2氮化物半導(dǎo)體層肖特基接觸。歐姆電極和肖特基電極之間的第3氮化物半導(dǎo)體層的表面區(qū)域，含有與第3氮化物半導(dǎo)體層的構(gòu)成元素為異種的元素，該元素的濃度高于第3氮化物半導(dǎo)體層的比表面區(qū)域還靠第2氮化物半導(dǎo)體層側(cè)的區(qū)域。
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體器件及其制造方法
[0001]關(guān)聯(lián)申請(qǐng)
[0002]本申請(qǐng)基于2012年9月20日提交的在先日本專利申請(qǐng)第2012-207234號(hào)，并要求其優(yōu)先權(quán)，在此作為參照并入其全部?jī)?nèi)容。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0004]由于以地球溫暖化為代表的環(huán)境污染和資源枯竭的問(wèn)題等，系統(tǒng)的節(jié)能化的重要性正在增大。伴隨該動(dòng)向，在通過(guò)實(shí)際的設(shè)備使用被發(fā)電并供給的電能時(shí)的電力變換效率的提高帶來(lái)的節(jié)能效果最近很被關(guān)注。為了提高電力變換的效率，要求提高用于變換電路中的開關(guān)器件的性能。
[0005]這樣的開關(guān)器件使用功率半導(dǎo)體器件，為了提高電力變換電路的性能要求提高功率半導(dǎo)體器件的性能?，F(xiàn)在廣為使用的硅功率半導(dǎo)體器件的性能，通過(guò)近年的技術(shù)發(fā)展，已到達(dá)被作為硅的材料的特性限制的程度。
[0006]這樣的背景下，近年來(lái)，通過(guò)將半導(dǎo)體材料換成新的材料，達(dá)成功率器件的性能提高這樣的研究開發(fā)盛行。作為該新材料的有力候補(bǔ)，例舉氮化鎵系材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供漏電流小的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
[0008]根據(jù)實(shí)施方式，半導(dǎo)體器件具備含有III族元素的第I氮化物半導(dǎo)體層、含有III族元素的第2氮化物半導(dǎo)體層、含有III族元素的第3氮化物半導(dǎo)體層、絕緣膜、歐姆電極和肖特基電極。上述第2氮化物半導(dǎo)體層設(shè)在上述第I氮化物半導(dǎo)體層上，帶隙大于上述第I氮化物半導(dǎo)體層的帶隙。上述第3氮化物半導(dǎo)體層設(shè)在上述第2氮化物半導(dǎo)體層上。上述絕緣膜與上述第3氮化物半導(dǎo)體層相接，設(shè)在上述第3氮化物半導(dǎo)體層上。上述歐姆電極與上述第2氮化物半導(dǎo)體層歐姆接觸。上述肖特基電極與上述第2氮化物半導(dǎo)體層肖特基接觸。上述歐姆電極和上述肖特基電極之間的上述第3氮化物半導(dǎo)體層的表面區(qū)域，以高于上述第3氮化物半導(dǎo)體層的比上述表面區(qū)域還靠上述第2氮化物半導(dǎo)體層側(cè)的區(qū)域的濃度，包含與上述第3氮化物半導(dǎo)體層的構(gòu)成元素為異種的元素。
[0009]根據(jù)實(shí)施方式，能提供漏電流小的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是第I實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的示意截面圖。
[0011]圖2A?圖4B是示出第I實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的制造方法的示意截面圖。
[0012]圖5A及圖5B是示出第I實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的其它制造方法的示意截面圖。
[0013]圖6A及圖6B是第I實(shí)施方式的變形例的半導(dǎo)體器件的示意截面圖。[0014]圖7A及圖7B是第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的示意截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下，參照附圖，對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。而且，各附圖中，對(duì)相同要素賦予相同符號(hào)。
[0016](第I實(shí)施方式)
[0017]圖1是第I實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件51的示意截面圖。在第I實(shí)施方式中，作為半導(dǎo)體器件51，例示出肖特基勢(shì)壘二極管。
[0018]第I實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件51具有作為第I氮化物半導(dǎo)體層的溝道層3與作為帶隙比溝道層3的帶隙大的第2氮化物半導(dǎo)體層的勢(shì)壘層4的異質(zhì)結(jié)構(gòu)造。
[0019]溝道層3在襯底I上間隔著緩沖層2設(shè)置，勢(shì)壘層4設(shè)在溝道層3上。
[0020]在勢(shì)壘層4上，設(shè)置作為第3氮化物半導(dǎo)體層的蓋層5(cap layer)。蓋層5也相對(duì)于勢(shì)壘層4形成異質(zhì)結(jié)。蓋層5覆蓋并保護(hù)勢(shì)壘層4的上表面進(jìn)行保護(hù)。
[0021]溝道層3、勢(shì)壘層4及蓋層5是含有III族元素的氮化物半導(dǎo)體層。溝道層3、勢(shì)壘層4及蓋層5，例如包含作為III族元素的鎵(Ga)、鋁(Al)、銦(In)等，是用InxAlyGa1 —x-yN (Ο^χ?^l,x + y^ I)表示的氮化物半導(dǎo)體。
[0022]例如，溝道層3是非摻雜的GaN層，勢(shì)壘層4是η型AlGaN層，蓋層5是η型或非慘雜的GaN層。
[0023]在襯底I及緩沖層2中，使用含有III族元素的氮化物半導(dǎo)體的適合于外延生長(zhǎng)的材料。襯底I例如可以使用藍(lán)寶石、SiC`、S1、GaN等。緩沖層2例如可以使用AlN、AlGaN
坐寸ο
[0024]蓋層5如后所述形成于勢(shì)壘層4的整個(gè)面。之后，除去蓋層5的一部分，露出勢(shì)壘層4的一部分。在露出了該勢(shì)魚層4的部分之上,設(shè)有正電極7和負(fù)電極8。
[0025]正電極7是與勢(shì)壘層4肖特基接觸的肖特基電極。負(fù)電極8是與勢(shì)壘層4歐姆接觸的歐姆電極。
[0026]正電極7覆蓋勢(shì)壘層4的表面和蓋層5的表面的臺(tái)階部，正電極7的一部分抵觸于蓋層5的表面上。負(fù)電極8在與正電極7分離的位置覆蓋勢(shì)魚層4的表面和蓋層5的表面的臺(tái)階部，負(fù)電極8的一部分抵觸于蓋層5的表面上。
[0027]在蓋層5上、正電極7上及負(fù)電極8上，設(shè)有絕緣膜6。絕緣膜6是無(wú)機(jī)膜，例如是氮化硅膜?；蛘撸部梢允褂醚趸枘?、氮氧化硅膜作為絕緣膜6。
[0028]絕緣膜6與蓋層5的表面相接，覆蓋并保護(hù)蓋層5的表面。正電極7的一部分及負(fù)電極8的一部分從絕緣膜6露出，連接到未圖示的布線層。
[0029]在溝道層3和勢(shì)壘層4的異質(zhì)結(jié)構(gòu)造中，勢(shì)壘層4的晶格常數(shù)比溝道層3的晶格常數(shù)小，所以在勢(shì)壘層4發(fā)生彎曲。通過(guò)基于該彎曲的壓電效應(yīng)，在勢(shì)壘層4內(nèi)產(chǎn)生壓電極化，在溝道層3的與勢(shì)壘層4的界面附近分布二維電子氣。該二維電子氣為肖特基勢(shì)壘二極管的正電極7和負(fù)電極8間的電流路徑。通過(guò)正電極7和勢(shì)壘層4的接合(結(jié))而產(chǎn)生的肖特基勢(shì)壘，得到二極管的整流作用。
[0030]實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件51例如適合于電力變換用途的功率器件。在功率器件中，在耐壓和導(dǎo)通電阻之間，有由元件材料決定的折中的關(guān)系。根據(jù)實(shí)施方式，通過(guò)使用帶隙比硅寬的氮化物半導(dǎo)體，能比硅改善由材料決定的耐壓和導(dǎo)通電阻的折中關(guān)系，低導(dǎo)通電阻化及高耐壓化是可能的。
[0031]而且，根據(jù)實(shí)施方式，在正電極7和負(fù)電極8之間與絕緣膜6相接的蓋層5的表面區(qū)域，通過(guò)離子注入法，注入與蓋層5的構(gòu)成元素為異種或同種的元素。在圖中，用虛線示意性地表示被離子注入的元素分布的區(qū)域9。
[0032]被離子注入的蓋層5的表面區(qū)域，是距離蓋層5和絕緣膜6的界面例如為2?20nm程度的深度的區(qū)域。
[0033]蓋層5的構(gòu)成元素例如是鎵(Ga)、鋁(Al)、銦(In)、氮(N)等，與注入到蓋層5的表面區(qū)域中的蓋層5的構(gòu)成元素為異種的元素，例如是硼B(yǎng)、氬(Ar)、鐵(Fe)、氟(F)、氯(Cl)
坐寸ο
[0034]上述異種元素限制注入到蓋層5的表面區(qū)域，未到達(dá)蓋層5之下的勢(shì)壘層4。而且，在離子注入后，不進(jìn)行使注入的元素?cái)U(kuò)散的退火。
[0035]因此，在蓋層5的厚度方向上，上述異種元素的濃度變化，蓋層5的表面區(qū)域的異種元素濃度比蓋層5的表面區(qū)域之下的勢(shì)壘層4側(cè)的區(qū)域的異種元素濃度還高。在蓋層5的表面區(qū)域之下的區(qū)域，基本不含通過(guò)離子注入法注入的上述異種元素。
[0036]而且，在蓋層5中，雖然含有成膜時(shí)的原料帶來(lái)的異種元素(例如碳、氫等)，但這些元素的濃度在厚度方向上基本不變。
[0037]而且，如后所述，在蓋層5上形成了絕緣膜6之后，從絕緣膜6的上表面?zhèn)冗M(jìn)行離子注入。通過(guò)此時(shí)的注入深度控制的偏差，含有上述異種元素的區(qū)域，夾著蓋層5和絕緣膜6的界面而擴(kuò)散并分布到蓋層5的表面區(qū)域及絕緣膜6的蓋層5側(cè)的區(qū)域。
[0038]在被離子注入的區(qū)域9，因元素被打入時(shí)的沖擊，蓋層5的結(jié)晶及在蓋層5和絕緣膜6的界面存在的成為階躍傳導(dǎo)的原因的界面能級(jí)被破壞，成為具有高的絕緣性的區(qū)域。因而，能大幅降低正電極7和負(fù)電極8之間的通過(guò)蓋層5和絕緣膜6的界面的漏電流。
[0039]在溝道層3及勢(shì)壘層4中不離子注入，溝道層3及勢(shì)壘層4具有高的結(jié)晶性。因此，電流路徑(二維電子氣)不受離子注入的影響，肖特基勢(shì)壘二極管的導(dǎo)通電阻不受離子注入的影響。
[0040]而且，通過(guò)破壞在蓋層5和絕緣膜6的界面存在的界面能級(jí)，能抑制在施加高電壓時(shí)電子被上述界面能級(jí)捕捉而使導(dǎo)通電阻增加的現(xiàn)象(電流崩潰現(xiàn)象)。
[0041]在蓋層5的表面區(qū)域不限于注入與蓋層5的構(gòu)成元素為異種的元素，也可以注入與蓋層5的構(gòu)成元素為同種的元素。這種情況下，在被離子注入的區(qū)域9中，也因打入元素時(shí)的沖擊，蓋層5的結(jié)晶及在蓋層5和絕緣膜6的界面存在的界面能級(jí)被破壞，成為具有高的絕緣性的區(qū)域。因而，能大幅降低正電極7和負(fù)電極8之間的通過(guò)蓋層5和絕緣膜6的界面的漏電流。而且，也能抑制電流崩潰現(xiàn)象。
[0042]作為與蓋層5的構(gòu)成元素為同種的元素例如氮(N)，通過(guò)離子注入被注入到蓋層5的表面區(qū)域中。氮被限制注入到蓋層5的表面區(qū)域中，所以蓋層5的表面區(qū)域的氮濃度變得高于比該表面區(qū)域還靠勢(shì)壘層4側(cè)的區(qū)域的氮濃度。
[0043]因此，在蓋層5的表面區(qū)域，III族元素(例如Ga)和氮的組成比，從成膜時(shí)的組成比發(fā)生變化。在正電極7和負(fù)電極8之間與絕緣膜6相接的蓋層5的表面區(qū)域的III族元素與氮的鍵合(Ga — N鍵合)數(shù)，變得少于比蓋層5的表面區(qū)域還靠勢(shì)壘層4側(cè)的區(qū)域的III族元素與氮的鍵合(Ga — N鍵合)數(shù)。
[0044]能通過(guò)例如XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy)法，分析 Ga — N 鍵合峰的半值寬度和峰強(qiáng)度，從而檢測(cè)出蓋層5的Ga — N鍵合數(shù)。
[0045]在XPS法中，對(duì)樣品表面照射X線，檢測(cè)所放出的光電子。放出的光電子是作為對(duì)象的原子的內(nèi)殼電子所引起的，其能量按每個(gè)元素確定，所以通過(guò)對(duì)通過(guò)X線照射而放出的光電子的能量分布進(jìn)行測(cè)定，能得到與樣品表面的元素的種類、存在量、化學(xué)鍵合狀態(tài)有關(guān)的見解。
[0046]接著，參照?qǐng)D2A?圖4B，對(duì)第I實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件51的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。
[0047]在襯底I 上，如圖 2A 所不，通過(guò)例如 MOCVD (metal organic chemical vapordeposition)法，依次外延生長(zhǎng)緩沖層2、溝道層3、勢(shì)壘層4及蓋層5。
[0048]在形成蓋層5之后，如圖2B所示，刻蝕蓋層5的一部分來(lái)形成凹部21。通過(guò)例如使用氯系氣體的RIE (Reactive 1n Etching)法,到勢(shì)魚層4的厚度方向的中途為止進(jìn)行刻蝕。在凹部21的底部，勢(shì)壘層4露出。
[0049]在凹部21內(nèi)，如圖3A所示，形成作為歐姆電極的負(fù)電極8。負(fù)電極8例如是在凹部21的內(nèi)壁形成的鈦膜和形成在該鈦膜上的鋁膜的疊層膜。
[0050]用將未圖示的抗蝕劑膜作為掩膜的蒸鍍法形成該疊層膜后，將疊層膜的不要部分與抗蝕劑膜一起除去(舉離)，在凹部21內(nèi)殘留疊層膜作為負(fù)電極8。
[0051]之后，例如基于RTA (Rapid Thermal Annealing)法的750°C的退火進(jìn)行30秒期間。通過(guò)該退火，降低負(fù)電極8和勢(shì)壘層4的接觸電阻，負(fù)電極8與勢(shì)壘層4歐姆接觸。
[0052]形成負(fù)電極8之后，如圖3B所示，將蓋層5的其他一部分刻蝕來(lái)形成凹部22。例如，通過(guò)使用了氯系氣體的RIE法，到勢(shì)壘層4的厚度方向的中途為止進(jìn)行刻蝕。在凹部22的底部，勢(shì)壘層4露出。
[0053]在凹部22內(nèi)，如圖4A所示，形成作為肖特基電極的正電極7。正電極7是例如在凹部22的內(nèi)壁形成的鎳膜和形成在該鎳膜上的金膜的疊層膜。
[0054]用將未圖示的抗蝕劑膜作為掩膜的蒸鍍法形成該疊層膜后，將疊層膜的不要部分與抗蝕劑膜一起除去(舉離)，在凹部22內(nèi)殘留疊層膜作為正電極7。
[0055]在得到負(fù)電極8和勢(shì)壘層4的歐姆接觸的退火之后，形成正電極7。因此，通過(guò)得到負(fù)電極8和勢(shì)壘層4的歐姆接觸的退火，正電極7和勢(shì)壘層4不歐姆接觸，正電極7和勢(shì)壘層4的肖特基接觸被維持。
[0056]而且，凹部22也可以如圖6A所示到達(dá)溝道層3，正電極7也可以與溝道層3肖特
基接觸。
[0057]形成正電極7后，如圖4B所示，在蓋層5上、正電極7上及負(fù)電極8上形成絕緣膜
6。通過(guò)例如CVD (Chemical Vapor Deposition)法形成氮化娃膜作為絕緣膜6。
[0058]形成絕緣膜6后，從絕緣膜6的上表面?zhèn)龋谡姌O7和負(fù)電極8之間與絕緣膜6相接的蓋層5的表面區(qū)域，通過(guò)離子注入法來(lái)注入上述的元素。
[0059]這樣一來(lái)，如圖1所示，在蓋層5的表面區(qū)域及其表面區(qū)域相鄰的絕緣膜6的與蓋層5的界面?zhèn)鹊膮^(qū)域，通過(guò)離子注入，形成結(jié)晶及界面能級(jí)被破壞的區(qū)域9。
[0060]而且，也可以如圖5A所示，在形成絕緣膜6前，在蓋層5的表面區(qū)域中離子注入上述元素，之后,如圖5B所示,形成絕緣膜6。[0061]這種情況下，如圖5B所示，被離子注入的區(qū)域9，雖然形成于蓋層5的表面，但不形成于絕緣膜6。
[0062]在離子注入后不進(jìn)行退火。然后，根據(jù)實(shí)施方式，在得到負(fù)電極8和勢(shì)壘層4的歐姆接觸的退火之后，在蓋層5的表面區(qū)域進(jìn)行離子注入。因此，被離子注入的元素不因退火而擴(kuò)散。因而，注入的元素被限制在蓋層5的表面區(qū)域，對(duì)電流路徑的形成做出貢獻(xiàn)的溝道層3及勢(shì)壘層4不受離子注入的影響，結(jié)晶性不受損，不招致導(dǎo)通電阻的增大。
[0063]被離子注入的區(qū)域9不限于跨正電極7和負(fù)電極8之間的蓋層5的表面區(qū)域的整個(gè)面來(lái)形成。被離子注入的區(qū)域9也可以如圖6B所示，選擇性地形成于正電極7附近的蓋層5的表面區(qū)域和負(fù)電極8附近的蓋層5的表面區(qū)域。
[0064]這種情況下，能對(duì)通過(guò)蓋層5和絕緣膜6的界面的電流漏電路徑的一部分，賦予結(jié)晶及界面能級(jí)的破壞帶來(lái)的高的絕緣性。而且，成為電流崩潰現(xiàn)象的原因的高電壓施加時(shí)的電子的捕獲，在電極附近容易發(fā)生，所以電極附近的界面能級(jí)的破壞對(duì)于電流崩潰現(xiàn)象的抑制是有效的。
[0065]根據(jù)以上說(shuō)明的第I實(shí)施方式，能提供不使對(duì)導(dǎo)通時(shí)的電流路徑的形成做出貢獻(xiàn)的溝道層3及勢(shì)壘層4的性能劣化，且漏電流小的肖特基勢(shì)壘二極管。
[0066](第2實(shí)施方式)
[0067]圖7A是第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件61的示意截面圖。在第2實(shí)施方式中，作為半導(dǎo)體器件61，例示出肖特基柵極晶體管。
[0068]第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件61，作為歐姆電極設(shè)有漏電極11和源電極12，作為肖特基電極設(shè)有柵電極13這點(diǎn)，與第I實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件(肖特基二極管)51不同。
[0069]有時(shí)在第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件61中，對(duì)與第I實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件51相同的要素賦予相同符號(hào)，并省略其詳細(xì)說(shuō)明。
[0070]第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件61具有作為第I氮化物半導(dǎo)體層的溝道層3與帶隙比溝道層3的帶隙大的作為第2氮化物半導(dǎo)體層的勢(shì)壘層4的異質(zhì)結(jié)構(gòu)造。
[0071]溝道層3間隔著緩沖層2設(shè)置在襯底I上，勢(shì)壘層4設(shè)在溝道層3上。在勢(shì)壘層4上，設(shè)有作為第3氮化物半導(dǎo)體層的蓋層5。
[0072]與第I實(shí)施方式一樣在勢(shì)壘層4的整個(gè)面形成蓋層5之后，將一部分除去。在除去了蓋層5的一部分的凹部?jī)?nèi)，設(shè)置漏電極11、源電極12及柵電極13。
[0073]漏電極11、源電極12及柵電極13相互分離，在漏電極11和源電極12之間設(shè)有柵電極13。
[0074]漏電極11、源電極12及柵電極13分別覆蓋勢(shì)壘層4的表面和蓋層5的表面的臺(tái)階部，各電極11、12、13的一部分抵觸于蓋層5的表面上。
[0075]在蓋層5上、漏電極11上、源電極12上及柵電極13上，設(shè)有絕緣膜6。絕緣膜6例如是氮化硅膜。
[0076]絕緣膜6與蓋層5的表面相接，覆蓋并保護(hù)蓋層5的表面。各電極11、12、13的一部分從絕緣膜6露出，連接到未圖示的布線層。
[0077]在第2實(shí)施方式中，分布在溝道層3的與勢(shì)壘層4的界面附近的二維電子氣，為肖特基柵極晶體管的電流路徑。通過(guò)控制施加在柵電極13上的柵極電壓，柵電極13下的二維電子氣濃度增減，能控制漏電極11和源電極12之間流動(dòng)的電流。[0078]在第2實(shí)施方式中，也在各電極間與絕緣膜6相接的蓋層5的表面區(qū)域，通過(guò)離子注入法，注入與蓋層5的構(gòu)成元素為異種或同種的元素。即，于在源電極12和柵電極13之間與絕緣膜6相接的蓋層5的表面區(qū)域、及在柵電極13和漏電極11之間與絕緣膜6相接的蓋層5的表面區(qū)域，形成被離子注入的區(qū)域9。
[0079]與蓋層5為異種或同種的元素，限制注入到蓋層5的表面區(qū)域，不到達(dá)蓋層5之下的勢(shì)壘層4。而且，在離子注入后，不進(jìn)行使注入的元素?cái)U(kuò)散的退火。
[0080]在蓋層5上形成絕緣膜6后，從絕緣膜6的上表面?zhèn)冗M(jìn)行離子注入的情況下，因此時(shí)的注入深度控制的偏差，離子注入?yún)^(qū)域9夾著蓋層5和絕緣膜6的界面而擴(kuò)展并分布到蓋層5的表面區(qū)域及絕緣膜6的在蓋層5側(cè)的區(qū)域。
[0081]或者，在形成絕緣膜6前在蓋層5的表面區(qū)域進(jìn)行離子注入的情況下，不在絕緣膜6形成離子注入?yún)^(qū)域9。
[0082]在第2實(shí)施方式中，也在被離子注入的區(qū)域9，因元素被打入時(shí)的沖擊，蓋層5的結(jié)晶及在蓋層5和絕緣膜6的界面存在的界面能級(jí)被破壞，成為具有高的絕緣性的區(qū)域。因而，能大幅減少在柵電極13和漏電極11間及在柵電極13和源電極12間的通過(guò)蓋層5和絕緣膜6的界面的漏電流。
[0083]不在溝道層3及勢(shì)壘層4進(jìn)行離子注入，溝道層3及勢(shì)壘層4具有高的結(jié)晶性。因此，電流路徑(二維電子氣)不受離子注入的影響，肖特基柵極晶體管的導(dǎo)通電阻不受離子注入的影響。
[0084]而且，在蓋層5和絕緣膜6的界面存在的界面能級(jí)被破壞，從而能抑制施加高電壓時(shí)的電流崩潰現(xiàn)象。
[0085]在第2實(shí)施方式中，也在歐姆電極的退火之后，形成肖特基電極，進(jìn)而在之后，在蓋層5的表面區(qū)域進(jìn)行離子注入。
[0086]S卩，形成漏電極11和源電極12之后，通過(guò)退火，得到漏電極11和勢(shì)壘層4的歐姆接觸，得到源電極12和勢(shì)壘層4的歐姆接觸。
[0087]之后，形成柵電極13，所以得到歐姆電極和勢(shì)壘層4的歐姆接觸，從而柵電極13和勢(shì)壘層4不歐姆接觸，維持柵電極13和勢(shì)壘層4的肖特基接觸。
[0088]而且，離子注入的元素不通過(guò)上述退火而擴(kuò)散。因而，注入的元素限制于蓋層5的表面區(qū)域，對(duì)電流路徑的形成做出貢獻(xiàn)的溝道層3及勢(shì)壘層4不受離子注入的影響，不破壞結(jié)晶性，不招致導(dǎo)通電阻的增大。
[0089]而且，在第2實(shí)施方式中，被離子注入的區(qū)域9也不限于跨歐姆電極和肖特基電極之間的蓋層5的表面區(qū)域的整個(gè)面來(lái)形成。被離子注入的區(qū)域9如圖7B所示，例如，也可以選擇性地形成于柵電極13附近的蓋層5的表面區(qū)域和漏電極11附近的蓋層5的表面區(qū)域。
[0090]以上，雖然說(shuō)明了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方式，但這些實(shí)施方式只是作為例子而提示的，無(wú)意于限定發(fā)明的范圍。這些新的實(shí)施方式，能以其他各種形態(tài)實(shí)施，在不脫離發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)，可以進(jìn)行各種省略、置換、變更。這些實(shí)施方式及其變化，都包含在發(fā)明的范圍和主旨內(nèi)，而且包含在與權(quán)利要求所記載的發(fā)明等同的范圍內(nèi)。而且，上述各實(shí)施方式可以相互組合來(lái)實(shí)施。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，具備: 第I氮化物半導(dǎo)體層，含有III族元素； 第2氮化物半導(dǎo)體層，設(shè)在上述第I氮化物半導(dǎo)體層上，帶隙大于上述第I氮化物半導(dǎo)體層的帶隙，含有III族元素； 第3氮化物半導(dǎo)體層，設(shè)在上述第2氮化物半導(dǎo)體層上，含有III族元素； 絕緣膜，與上述第3氮化物半導(dǎo)體層相接，設(shè)在上述第3氮化物半導(dǎo)體層上； 歐姆電極，與上述第2氮化物半導(dǎo)體層歐姆接觸；及 肖特基電極，與上述第2氮化物半導(dǎo)體層肖特基接觸； 上述歐姆電極和上述肖特基電極之間的上述第3氮化物半導(dǎo)體層的表面區(qū)域，以高于上述第3氮化物半導(dǎo)體層的比上述表面區(qū)域還靠上述第2氮化物半導(dǎo)體層側(cè)的區(qū)域的濃度，含有與上述第3氮化物半導(dǎo)體層的構(gòu)成元素為異種的元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1記載的半導(dǎo)體器件，其中， 上述異種的元素是硼、氬、鐵、氟或氯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1記載的半導(dǎo)體器件，其中， 含有上述異種的元素的區(qū)域，夾著上述第3氮化物半導(dǎo)體層和上述絕緣膜的界面，向上述第3氮化物半導(dǎo)體層的上述表面區(qū)域及上述絕緣膜的上述第3氮化物半導(dǎo)體層側(cè)的區(qū)域擴(kuò)展。
4.根據(jù)權(quán)利要求1記載的半導(dǎo)體器件,其中， 上述歐姆電極和上述肖特基電極之間的上述第3氮化物半導(dǎo)體層的表面區(qū)域的上述III族元素與氮的鍵合數(shù)，少于上述第3氮化物半導(dǎo)體層的比上述表面區(qū)域還靠上述第2氮化物半導(dǎo)體層側(cè)的區(qū)域的上述III族元素與氮的鍵合數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4記載的半導(dǎo)體器件，其中， 上述第3氮化物半導(dǎo)體層的上述表面區(qū)域的氮濃度，高于比上述表面區(qū)域還靠上述第2氮化物半導(dǎo)體層側(cè)的上述區(qū)域的氮濃度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1記載的半導(dǎo)體器件，其中， 上述絕緣膜是氮化硅膜、氧化硅膜或氮氧化硅膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1記載的半導(dǎo)體器件，其中， 上述第I氮化物半導(dǎo)體層、上述第2氮化物半導(dǎo)體層及上述第3氮化物半導(dǎo)體層，用InxAlyGa1 _x_yN 表示，其中，O ^ x ^ I,O ^ y ^ I, x + y ^ I。
8.根據(jù)權(quán)利要求1記載的半導(dǎo)體器件，其中， 上述半導(dǎo)體器件是具有正電極作為上述肖特基電極、并具有負(fù)電極作為上述歐姆電極的肖特基勢(shì)壘二極管。
9.根據(jù)權(quán)利要求1記載的半導(dǎo)體器件，其中， 上述半導(dǎo)體器件是具有漏電極及源電極作為上述歐姆電極、并具有設(shè)置在上述漏電極和上述源電極之間的的柵電極作為上述肖特基電極的肖特基柵極晶體管。
10.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，具備: 第I氮化物半導(dǎo)體層，含有III族元素； 第2氮化物半導(dǎo)體層，設(shè)在上述第I氮化物半導(dǎo)體層上，帶隙大于上述第I氮化物半導(dǎo)體層的帶隙，含有III族元素；第3氮化物半導(dǎo)體層，設(shè)在上述第2氮化物半導(dǎo)體層上，含有III族元素； 絕緣膜，與上述第3氮化物半導(dǎo)體層相接，設(shè)在上述第3氮化物半導(dǎo)體層上； 歐姆電極，與上述第2氮化物半導(dǎo)體層歐姆接觸；及 肖特基電極，與上述第2氮化物半導(dǎo)體層肖特基接觸； 上述歐姆電極和上述肖特基電極之間的上述第3氮化物半導(dǎo)體層的表面區(qū)域的上述III族元素與氮的鍵合數(shù)，少于上述第3氮化物半導(dǎo)體層的比上述表面區(qū)域還靠上述第2氮化物半導(dǎo)體層側(cè)的區(qū)域的上述III族元素與氮的鍵合數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10記載的半導(dǎo)體器件，其中， 上述第3氮化物半導(dǎo)體層的上述表面區(qū)域的氮濃度，高于比上述表面區(qū)域還靠上述第2氮化物半導(dǎo)體層側(cè)的上述區(qū)域的氮濃度。
12.根據(jù)權(quán)利要求10記載的半導(dǎo)體器件，其中， 上述絕緣膜是氮化硅膜、氧化硅膜或氮氧化硅膜。
13.根據(jù)權(quán)利要求10記載的半導(dǎo)體器件，其中， 上述第I氮化物半導(dǎo)體層、上述第2氮化物半導(dǎo)體層及上述第3氮化物半導(dǎo)體層，用InxAlyGa1 — x — yN 表示，其中，OSxS I, O ^ y ^ I, x + y ^ I。
14.根據(jù)權(quán)利要求10記載的半導(dǎo)體器件，其中， 上述半導(dǎo)體器件是具有正電極作為上述肖特基電極、并具有負(fù)電極作為上述歐姆電極的肖特基勢(shì)壘二極管。
15.根據(jù)權(quán)利要求10記載的半導(dǎo)體器件，其中， 上述半導(dǎo)體器件是具有漏電極及源電極作為上述歐姆電極、并具有設(shè)置在上述漏電極和上述源電極之間的的柵電極作為上述肖特基電極的肖特基柵極晶體管。
16.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，具備以下工序: 在含有III族元素的第I氮化物半導(dǎo)體層上，形成帶隙大于上述第I氮化物半導(dǎo)體層的帶隙、含有III族元素的第2氮化物半導(dǎo)體層； 在上述第2氮化物半導(dǎo)體層上，形成含有III族元素的第3氮化物半導(dǎo)體層； 在上述第3氮化物半導(dǎo)體層上，形成與上述第3氮化物半導(dǎo)體層相接的絕緣膜； 形成與上述第2氮化物半導(dǎo)體層歐姆接觸的歐姆電極； 形成與上述第2氮化物半導(dǎo)體層肖特基接觸的肖特基電極 '及在上述第3氮化物半導(dǎo)體層的表面區(qū)域，通過(guò)離子注入法，注入與上述第3氮化物半導(dǎo)體層的構(gòu)成元素為異種或同種的元素。
17.根據(jù)權(quán)利要求16記載的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中， 還具備在形成了上述歐姆電極之后進(jìn)行退火的工序； 上述退火之后，形成上述肖特基電極。
18.根據(jù)權(quán)利要求16記載的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中， 還具備在形成了上述歐姆電極之后進(jìn)行退火的工序； 上述退火之后，在上述第3氮化物半導(dǎo)體層的上述表面區(qū)域，注入上述元素。
19.根據(jù)權(quán)利要求16記載的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中， 在上述第3氮化物半導(dǎo)體層上形成了上述絕緣膜之后，在將上述第3氮化物半導(dǎo)體層和上述絕緣膜的界面夾著的上述第3氮化物半導(dǎo)體層的上述表面區(qū)域及上述絕緣膜的上述第3氮化物半導(dǎo)體層側(cè)的區(qū)域注入上述元素。
20.根據(jù)權(quán)利要求16記載的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中， 在上述第3氮化物半導(dǎo)體層上形成上述絕緣膜之前，在上述第3氮化物半導(dǎo)體層的上述表面區(qū)域注入上述元素。
【文檔編號(hào)】H01L29/812GK103681884SQ201310070533
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月20日
【發(fā)明者】吉岡啟, 齊藤泰伸, 藤本英俊, 大野哲也, 仲敏行 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝