相關(guān)申請的交叉參考

2015年12月25日提交的日本專利申請第2015-253628號的公開(包括說明書、附圖和摘要)以引用的方式全部引入本申請。

本發(fā)明涉及半導體器件，并且可優(yōu)選用于例如使用氮化物半導體的半導體器件中。

背景技術(shù)：

近年來，使用iii-v族化合物(其比硅(si)具有更大的帶隙，例如氮化鎵(gan))的半導體器件越來越受到關(guān)注。半導體元件具有p型雜質(zhì)區(qū)域和n型雜質(zhì)區(qū)域。例如，n型misfet在用作溝道區(qū)域的p型雜質(zhì)區(qū)域的兩側(cè)上具有源極區(qū)域和漏極區(qū)域，每個都包括n型雜質(zhì)區(qū)域。n型misfet具有包括這種npn型雜質(zhì)區(qū)域的組成部分(npn組成部分)。

當使用si襯底時，可以容易地通過離子注入工藝來形成該n型或p型雜質(zhì)區(qū)域。然而，難以在gan襯底之上或者在通過離子注入工藝外延生長的gan層中形成p型雜質(zhì)區(qū)域。

因此，例如，在專利文獻1(日本未審查專利申請公開第2011-210780號)中，在通過金屬有機化學氣相沉積工藝或分子束晶體生長工藝摻雜有p型雜質(zhì)的同時通過生長p-gan層、然后通過將si離子注入到p-gan層中形成n⁺-gan區(qū)域，從而形成npn組成部分?，F(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

[專利文獻1]日本未審查專利申請公開第2011-210780號

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明人致力于研究和開發(fā)使用上述氮化物半導體的半導體器件，并且進行艱難的研究來改善其特性。例如，在包括iii-v族化合物的層中(例如，在gan層中)形成np型雜質(zhì)區(qū)域(np組成部分)不像使用硅襯底時那么容易。可以使用在上述專利文獻1中描述的步驟，但是已經(jīng)形成的每個區(qū)域的特性不充分。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如上所述，存在對使用氮化物半導體(具體地，np組成部分)的半導體器件及其制造方法的進一步改進的空間。

其他問題和新特性將從本說明書的描述和附圖中變得明顯。

在本申請中公開優(yōu)選實施例中，下文將簡要描述典型實施例的概況。

根據(jù)在本申請中公開的一個實施例的半導體器件具有形成在襯底之上的氮化物半導體層并且具有n型半導體區(qū)域和p型半導體區(qū)域，其中：氮化物半導體層具有p型雜質(zhì)和n型雜質(zhì)；并且在氮化物半導體層中，p型雜質(zhì)的濃度高于n型雜質(zhì)的濃度。

根據(jù)本申請公開的一個實施例的半導體器件的制造方法包括以下步驟：(a)在襯底之上形成具有p型雜質(zhì)和n型雜質(zhì)的氮化物半導體層；以及(b)將氫引入氮化物半導體層的第一區(qū)域，通過步驟(b)，第一區(qū)域被允許用作n型半導體區(qū)域。

本發(fā)明的優(yōu)點

在根據(jù)本申請公開且在下面描述的典型實施例的半導體器件中，可以改善半導體器件的特性。

在根據(jù)本申請公開且在下文描述的典型實施例的半導體器件的制造方法中，可以制造具有良好特性的半導體器件。

附圖說明

圖1是示出根據(jù)第一實施例的半導體器件的結(jié)構(gòu)的截面圖；

圖2是示意性示出共摻雜(co-doped)層的結(jié)構(gòu)以及形成共摻雜層的步驟的截面圖；

圖3是示出根據(jù)第一實施例的半導體器件的制造步驟的截面圖；

在圖3之后的圖4是示出根據(jù)第一實施例的半導體器件的制造步驟的截面圖；

在圖4之后的圖5是示出根據(jù)第一實施例的半導體器件的制造步驟的截面圖；

在圖5之后的圖6是示出根據(jù)第一實施例的半導體器件的制造步驟的截面圖；

在圖6之后的圖7是示出根據(jù)第一實施例的半導體器件的制造步驟的截面圖；

在圖7之后的圖8是示出根據(jù)第一實施例的半導體器件的制造步驟的截面圖；

在圖8之后的圖9是示出根據(jù)第一實施例的半導體器件的制造步驟的截面圖；

在圖9之后的圖10是示出根據(jù)第一實施例的半導體器件的制造步驟的截面圖；

在圖10之后的圖11是示出根據(jù)第一實施例的半導體器件的制造步驟的截面圖；

圖12是示出根據(jù)第二實施例的半導體器件的結(jié)構(gòu)的截面圖；

圖13是示出根據(jù)第二實施例的半導體器件的制造步驟的截面圖；

在圖13之后的圖14是示出根據(jù)第二實施例的半導體器件的制造步驟的截面圖；

在圖14之后的圖15是示出根據(jù)第二實施例的半導體器件的制造步驟的截面圖；

在圖15之后的圖16是示出根據(jù)第二實施例的半導體器件的制造步驟的截面圖；

圖17是示出根據(jù)第三實施例的半導體器件的制造步驟的截面圖；

圖18是示出根據(jù)第三實施例的半導體器件的制造步驟的截面圖；

在圖18之后的圖19是示出根據(jù)第三實施例的半導體器件的制造步驟的截面圖；

圖20是示出根據(jù)第三實施例的半導體器件的另一制造步驟的截面圖；

在圖19之后的圖21是示出根據(jù)第三實施例的半導體器件的制造步驟的截面圖；

在圖21之后的圖22是示出根據(jù)第三實施例的半導體器件的制造步驟的截面圖；以及

在圖22之后的圖23是示出根據(jù)第三實施例的半導體器件的制造步驟的截面圖。

具體實施方式

如果需要為了方便，將通過將每一個劃分為多個部分或?qū)嵤├枋鲆韵聦嵤├蝗欢?，多個部分或?qū)嵤├皇窍嗷ゲ魂P(guān)聯(lián)，而是它們具有一個是另一個的部分或整個的變形、應用示例、詳細描述或補充描述的關(guān)系，除非另有指定。當在以下實施例中參考元件的數(shù)量等(包括片數(shù)、數(shù)值、量、范圍等)時，數(shù)量不限于特定值，而是可以大于或小于該特定數(shù)值，除非另有明確指定或者當數(shù)值原則上明顯限于特定值。

此外，在以下實施例中，組成(也包括元件步驟等)不是必須是基本的，除非另有指定或者原則上明顯為基本的。類似地，當在以下實施例中參考組成等的形狀和位置關(guān)系等時，還應該包括基本相同或類似于形狀等，除非另有明確指定或者當原則上考慮明顯排除。這同樣適用于前述數(shù)量等(包括片數(shù)、數(shù)值、量和范圍等)。

以下，將參照附圖詳細描述優(yōu)選實施例。在用于說明實施例的所有附圖中，用相同或相關(guān)的參考標號表示相互具有相同功能的構(gòu)件，并且將省略重復描述。當存在多個相似構(gòu)件(部分)時，可以通過向統(tǒng)一的參考標號添加符號來表示各個或特定部分。在以下實施例中，原則上不重復相同或相似部分的描述，除非特別必要。

在實施例使用的附圖中，即使在截面圖中也可以省略陰影，從而使其更容易查看。

在截面圖中，每個部分的大小不對應于實際器件的大小，并且相對較大地示出特定部分以使它們?nèi)菀桌斫狻?/p>

(第一實施例)

以下，將參照附圖詳細描述根據(jù)本實施例的半導體器件。

[結(jié)構(gòu)描述]

圖1是示出根據(jù)本實施例的半導體器件的結(jié)構(gòu)的截面圖。根據(jù)圖1所示實施例的半導體器件(半導體元件)等是使用氮化物半導體的mis(金屬絕緣體半導體)型fet(場效應晶體管)。

在根據(jù)本實施例的半導體器件中，在襯底s之上順次形成成核層nuc和緩沖層bu。

成核層nuc包括氮化物半導體層。緩沖層bu包括一個或多個氮化物半導體層，向其添加形成用于氮化物半導體的深層級的雜質(zhì)。這里，使用包括多個氮化物半導體層的超晶格結(jié)構(gòu)(也稱為超晶格層)。

共摻雜層cd形成在緩沖層bu之上。共摻雜層cd包括氮化物半導體層，其分別具有相對于氮化物半導體顯示出p型的雜質(zhì)和顯示出n型的雜質(zhì)。例如，共摻雜層cd是gan層，其包含作為p型雜質(zhì)的mg和作為n型雜質(zhì)的si。

共摻雜層cd具有p型半導體區(qū)域cdp和n型半導體區(qū)域cdn。因此，將用于p型半導體區(qū)域的cdp和將用作n型半導體區(qū)域的cdn形成在同一層中(同一平面中)(參見圖2中的下部圖)。將用作p型半導體區(qū)域的區(qū)域表示載體主要為空穴的區(qū)域，而將用作n型半導體區(qū)域的區(qū)域表示載體主要為電子的區(qū)域。例如可以通過scm(掃描電容顯微成像)確定半導體區(qū)域的極性(p型或n型)，并且載體的濃度(電子的濃度、空穴的濃度)可以例如通過smm(掃描微波顯微成像)來確定。

圖2是示意性示出共摻雜層的結(jié)構(gòu)和形成共摻雜層的步驟的截面圖。如圖2的上部圖所示，共摻雜層cd例如具有mg(p型雜質(zhì))和si(n型雜質(zhì))。例如可以通過外延生長氮化物半導體層(例如，gan層)同時摻雜有作為p型雜質(zhì)的mg和作為n型雜質(zhì)的si來形成包含作為p型雜質(zhì)的mg和作為n型雜質(zhì)的si的氮化物半導體層。

這里，共摻雜層cd包含大量的mg(p型雜質(zhì))，其多于作為n型雜質(zhì)的si。換言之，共摻雜層cd中的p型雜質(zhì)(這里為mg)的濃度高于n型雜質(zhì)(這里為si)的濃度。此外，換言之，共摻雜層cd中的p型雜質(zhì)(這里為mg)的含量(添加量)大于n型雜質(zhì)(這里為si)的含量(富mg)。例如，可以通過每單位體積的雜質(zhì)元素的量來表示雜質(zhì)的濃度和含量。

因此，通過源于p型雜質(zhì)(這里為mg)的載體(空穴)來消除源于共摻雜層cd中的n型雜質(zhì)(這里為si)的載體(電子)，從而使得共摻雜層cd用作p型半導體區(qū)域(cdp)。

通過在共摻雜層cd中將氫(h)引入將形成n型半導體區(qū)域的區(qū)域(計劃形成n型區(qū)域的區(qū)域)，mg可以被滅活(inactivated)，如圖2的下部圖所示。圖2的下部圖中由虛線包圍的mg表示滅活mg。通過滅活mg，源于p型雜質(zhì)(這里為mg)的載體(空穴)的濃度變得較低，例如零。因此，在引入氫(h)的區(qū)域中，源于共摻雜層cd中的n型雜質(zhì)(這里為si)的載體(電子)變得占主導地位，因此該區(qū)域用作n型半導體區(qū)域cdn，相反，沒有引入氫(h)的區(qū)域保持為p型半導體區(qū)域cdp。不限制引入氫(h)的方法，并且如下所述，可以采用離子注入工藝或固相擴散工藝。

通過如此將氫(h)引入共摻雜層cd，可以在同一層中形成p型半導體區(qū)域cdp和n型半導體區(qū)域cdn。

這里，將總結(jié)共摻雜層cd的結(jié)構(gòu)。

在引入氫(h)之前，共摻雜層cd具有p型雜質(zhì)(這里為mg)和n型雜質(zhì)(這里為si)。p型雜質(zhì)(這里為mg)和n型雜質(zhì)(這里為si)幾乎均勻地包含在共摻雜層cd中。共摻雜層cd中的p型雜質(zhì)(這里為mg)的濃度高于(大于)n型雜質(zhì)(這里為si)的濃度。這些雜質(zhì)被激活。

即便在引入氫(h)之后，共摻雜層cd中的p型雜質(zhì)(這里為mg)和n型雜質(zhì)(這里為si)的每一個的均勻度和濃度不發(fā)生變化。僅改變p型雜質(zhì)(這里為mg)的激活率。

因此，包含p型雜質(zhì)(這里為mg)和n型雜質(zhì)(這里為si)的共摻雜層在本文由“cd”表示，而不管是引入氫(h)之前還是之后。因此，在引入氫(h)之前，共摻雜層cd是具有p型雜質(zhì)(這里為mg)和n型雜質(zhì)(這里為si)的單層，而在引入氫(h)之后，其用作具有p型半導體區(qū)域cdp和n型半導體區(qū)域cdn的層(參見圖2)。

因此，在引入氫(h)之后，共摻雜層cd具有p型半導體區(qū)域cdp和n型半導體區(qū)域cdn。如上所述，例如可以通過scm來確定半導體區(qū)域的極性(p型或n型)。共摻雜層cd具有電子的濃度較高的區(qū)域以及空穴的濃度較高的區(qū)域。電子濃度較高的區(qū)域?qū)趎型半導體區(qū)域cdn，而空穴濃度較高的區(qū)域?qū)趐型半導體區(qū)域cdp。例如可以通過smm來確定載體的濃度(電子的濃度、空穴的濃度)。

在引入氫(h)之后，共摻雜層cd具有包含氫(h)的區(qū)域和不包含氫(h)的區(qū)域。換言之，共摻雜層cd具有氫(h)的濃度較高的區(qū)域和其濃度較低的區(qū)域。包含氫(h)的區(qū)域或者氫(h)的濃度較高的區(qū)域?qū)趎型半導體區(qū)域cdn，而不包含氫(h)的區(qū)域或者氫(h)的濃度較低的區(qū)域?qū)趐型半導體區(qū)域cdp。因此，n型半導體區(qū)域cdn中的氫的濃度高于p型半導體區(qū)域cdp中氫的濃度。此外，換言之，n型半導體區(qū)域cdn中的激活n型雜質(zhì)(這里為si)的濃度低于(小于)p型半導體區(qū)域cdp中的激活p型雜質(zhì)(這里為mg)的濃度。

在引入氫(h)之后，共摻雜層cd具有包含滅活p型雜質(zhì)(這里為mg)的區(qū)域和包含激活p型雜質(zhì)(這里為mg)的區(qū)域。包含滅活p型雜質(zhì)(這里為mg)的區(qū)域?qū)趎型半導體區(qū)域cdn，而包含激活p型雜質(zhì)(這里為mg)的區(qū)域?qū)趐型半導體區(qū)域cdp。共摻雜層cd中的n型雜質(zhì)(這里為si)以激活狀態(tài)幾乎均勻地存在于共摻雜層cd中。

如圖1所示，根據(jù)本實施例的misfet具有經(jīng)由柵極絕緣膜gi形成在共摻雜層cd之上的柵電極ge。misfet還具有在柵電極ge兩側(cè)上形成在共摻雜層cd上方的源電極se和漏電極de。在共摻雜層cd中，p型半導體區(qū)域cdp用作溝道區(qū)域。源電極se和漏電極de分別在p型半導體區(qū)域cdp的兩側(cè)上形成在n型半導體區(qū)域cdn之上。這里，接觸層(雜質(zhì)層)cl形成在n型半導體區(qū)域cdn和源電極se之間以減少耦合電阻。接觸層cl還形成在n型半導體區(qū)域cdn和漏電極de之間以減少耦合電阻。接觸層cl例如包括氮化物半導體層，其包含高濃度的雜質(zhì)。柵電極ge覆蓋有層間絕緣膜il。源電極se和漏電極de中的每一個都形成在層間絕緣膜il中的接觸孔中。

隨后，將參照圖2描述將氫(h)引入共摻雜層cd的將要形成p型半導體區(qū)域的區(qū)域中的方法。引入氫(h)的方法，即僅在部分區(qū)域中滅活mg的方法例如可以通過以下固相擴散工藝和離子注入工藝來例示。

1)固相擴散工藝

例如，包含氫的膜形成在形成有n型半導體區(qū)域cdn的區(qū)域之上。隨后，通過執(zhí)行熱處理從包含氫的膜中將氫(h)引入共摻雜層cd中。通過引入氫(h)，激活的p型雜質(zhì)(這里為mg)被滅活，從而使得該區(qū)域用作n型半導體區(qū)域cdn。

2)離子注入工藝

例如，形成掩模膜，其在形成n型半導體區(qū)域cdn的區(qū)域之上具有開口。隨后，將掩模膜用作掩模，通過離子注入(離子注入技術(shù))氫(h)進入共摻雜層cd，然后通過執(zhí)行熱處理，共摻雜層cd中的p型雜質(zhì)(這里為mg)被滅活。從而，離子注入氫(h)的區(qū)域用作n型半導體區(qū)域cdn。

在描述制造方法的以下段落中將具體描述前述1)和2)的工藝。

[制造方法的描述]

隨后，將參照圖3至圖11描述根據(jù)本實施例的半導體器件的制造方法，并且半導體器件的結(jié)構(gòu)將變得更明顯。圖3至圖11是示出根據(jù)實施例的半導體器件的制造步驟的截面圖。

如圖3所示，在襯底s之上順次形成成核層nuc和緩沖層bu。例如，包括(111)平面暴露的硅(si)的半導體襯底被用作襯底s，并且作為成核層nuc，例如，在襯底之上通過使用mocvd(金屬有機化學氣相沉積)工藝等外延生長氮化鋁(aln)層以具有近似200nm的厚度。

可選地，包括除硅之外的sic、藍寶石等的襯底可用作襯底s。還可以使用包括gan的襯底，并且在這種情況下，可以省略成核層nuc。成核層nuc和在成核層nuc之后形成的氮化物半導體層(iii-v族化合物半導體層)通常均利用iii族元素表面極性來生長(即，在本實施例中，利用鎵表面極性或鋁表面極性來生長)。

隨后，在成核層nuc之上形成超晶格結(jié)構(gòu)作為緩沖層bu，其中，一個接一個地重復層壓包括氮化鎵(gan)層和氮化鋁(aln)層的層壓膜(aln/gan膜)。例如，氮化鎵(gan)層(每個都具有近似20nm的厚度)和氮化鋁(aln)層(每個都具有近似5nm的厚度)交替地通過使用mocvd工藝等來外延生長。例如，前述層壓膜被形成為四十層。例如，通過使用mocvd工藝等，algan層可以作為緩沖層bu的一部分外延生長在超晶格結(jié)構(gòu)之上。algan層的厚度例如近似為1μm。可以任意調(diào)整緩沖層bu的膜結(jié)構(gòu)和每個膜的厚度。例如，不包括超晶格結(jié)構(gòu)的單層膜可用作緩沖層bu?？蛇x地，根據(jù)將要使用的襯底的類型和將要創(chuàng)建的元件的應用，可以省略緩沖層bu。

gan、aln、inn或其混合晶體可用作緩沖層bu的組成材料。除上述層壓膜(aln/gan膜)之外，例如，可以使用重復層壓algan/gan膜的超晶格結(jié)構(gòu)、上述超晶格結(jié)構(gòu)和algan層的組合、inaln層等、或者由algan、inaln等制成的單層?？蛇x地，雜質(zhì)可以被任意添加至形成緩沖層bu的膜中。例如，諸如fe、c、mg、be等的過渡金屬可用作雜質(zhì)。

隨后，如圖4所示，共摻雜層cd形成在緩沖層bu之上。首先形成氮化物半導體層，同時摻雜有p型雜質(zhì)和n型雜質(zhì)(同時它們被引入)。例如，包含p型雜質(zhì)(這里為mg)和n型雜質(zhì)(這里為si)的gan層通過使用例如mocvd工藝來生長。例如，生長層，同時載體氣體和源氣體被引入裝置。包含氮化物半導體層(這里為gan層)的組成元素的氣體被用作源氣體。當形成gan層時，例如，三甲基鎵(tmg)和氨被分別用作用于ga和n的源氣體；二(環(huán)戊二烯基)鎂((c5h5)2mg)被用作用于作為p型雜質(zhì)的mg的源氣體；以及硅烷被用作作為n型雜質(zhì)的si的源氣體。在外延生長工藝中，如上所述，p型雜質(zhì)和n型雜質(zhì)的摻雜量(引入量)可以通過調(diào)整源氣體的流速來容易且精確地調(diào)整。此外，在外延生長工藝中，與離子注入工藝相比，可以形成具有更好特性的氮化物半導體層(這里為gan層)，其中，由于原子的注入而可能引起的晶格缺陷不太可能發(fā)生。

例如，mg的濃度為5×10¹⁸cm^-3且si的濃度為2×10¹⁷cm^-3的gan層被生長為具有近似100nm的厚度。當然，可以根據(jù)應用任意地選擇用于摻雜的雜質(zhì)的類型和濃度以及氮化物半導體的材料和厚度。作為氮化物半導體的材料，除gan之外可以使用aln或inn。還可以使用它們的混合晶體。相對于用于摻雜的雜質(zhì)，例如除si之外的o、s、se等可用作n型雜質(zhì)；以及例如，除mg之外的zn、be、c等可用作p型雜質(zhì)。其中，可以優(yōu)選地使用si和mg。

這里，需要使激活p型雜質(zhì)的濃度高于激活n型雜質(zhì)的濃度(激活n型雜質(zhì)的濃度<激活p型雜質(zhì)的濃度)。考慮到雜質(zhì)的激活率，優(yōu)選調(diào)整將引入到共摻雜層cd中的p型雜質(zhì)(這里為mg)和n型雜質(zhì)(這里為si)中的每一個的量。根據(jù)激活率，將要引入共摻雜層cd中的p型雜質(zhì)(這里為mg)的濃度大于n型雜質(zhì)(這里為si)的濃度的例如2倍以上，更優(yōu)選地5倍以上，更優(yōu)選地10倍以上。還優(yōu)選地，使得p型雜質(zhì)(這里為mg)的濃度在5×10¹⁷cm^-3至2×10¹⁹cm^-3的范圍內(nèi)。此外，優(yōu)選地，使n型雜質(zhì)(這里為si)的濃度在5×10¹⁶cm^-3至2×10¹⁸cm^-3的范圍內(nèi)。當它們在這些范圍內(nèi)時，氮化物半導體層(例如，gan層)可以外延生長，同時p型雜質(zhì)(這里為mg)和n型雜質(zhì)(這里為si)被精確地引入共摻雜層cd中。

隨后，例如，如圖5所示，通過使用mocvd工藝等在共摻雜層cd之上外延生長包含n型雜質(zhì)的gan層作為接觸層cl。例如，si被用作n型雜質(zhì)。例如，氮化鎵層被沉積為具有近似50nm的厚度，同時摻雜有si。當然，可以根據(jù)應用任意地選擇用于摻雜的雜質(zhì)的類型和濃度以及氮化物半導體的材料和厚度。作為氮化物半導體的材料，可以使用除gan之外的aln或inn。還可以使用它們的混合晶體。例如，可以使用ingan層、algan層、inaln層等。相對于用于摻雜的雜質(zhì)，例如，可以將除si之外的o、s、se等用作n型雜質(zhì)；并且例如，除mg之外的zn、be、c等可用作p型雜質(zhì)。

隨后，執(zhí)行熱處理，用于激活共摻雜層cd中的p型雜質(zhì)(這里為mg)。例如，在800℃的氮氣氛中執(zhí)行熱處理器30分鐘。從而，p型雜質(zhì)(這里為mg)被激活。n型雜質(zhì)(這里為si)容易被激活，并且已經(jīng)被激活的不需要經(jīng)受熱處理。

隨后，如圖6所示，形成用于將氫(h)引入共摻雜層cd的膜。包含高濃度氫的絕緣膜ilh形成為氫引入膜。例如，通過使用pecvd(等離子體增強氣相沉積)工藝等，包含高濃度氫的氮化硅膜形成為具有近似100nm的厚度。這里，氮化硅膜(sin膜)被用作絕緣膜，但是可以使用除sin膜之外的sio2膜、sion膜、sioc膜、al2o3膜、hfo2膜、zro2膜等。還可以使用有機絕緣膜等。在無機膜(諸如sin膜)的情況下，當通過cvd工藝等形成膜時，通過將氫化合物氣體用作源氣體以及將氫用作載氣來將氫引入膜中。當包含氫作為成分的膜被用作有機絕緣膜時，可以從膜中釋放氫。還優(yōu)選地，使用容易去除的膜作為包含高濃度氫的絕緣膜ilh。

隨后，覆蓋絕緣膜ilc形成在包含高濃度氫的絕緣膜ilh之上。例如，通過使用大氣壓cvd工藝，氧化硅膜被形成為具有近似200nm的厚度。氧化硅膜(sio2膜)在這里被用作絕緣膜，但是除此之外，可以使用sin膜、sion膜、sioc膜、al2o3膜、hfo2膜、zro2膜等。還可以使用有機絕緣膜等。作為覆蓋絕緣膜ilc，可以使用氫(h)難以通過其中的膜。通過如此使用氫(h)難以通過其中的膜作為覆蓋絕緣膜ilc，可以減少從包含高濃度氫的絕緣膜ilh的上表面?zhèn)柔尫诺臍?h)的量，從而使得氫(h)被有效地引入下表面?zhèn)?，即進入共摻雜層cd。此外，優(yōu)選使用氫(h)難以通過其中且可以容易去除的膜來作為覆蓋絕緣膜ilc。

隨后，如圖7所示，在包括含有高濃度氫的絕緣膜ilh和覆蓋絕緣膜ilc的層壓膜中，通過使用光刻和蝕刻技術(shù)去除將形成用作溝道層的p型半導體區(qū)域cdp的區(qū)域之上的層壓膜。即，光刻膠膜(未示出)形成在層壓膜之上，并且去除將形成用作溝道層的p型半導體區(qū)域cdp的區(qū)域之上的光刻膠膜。隨后，通過將光刻膠膜用作掩模來去除層壓膜。例如，通過將包含cf4的氣體用作主要成分的干蝕刻來去除層壓膜。之后，移除光刻膠膜。如上所述，通過使用具有期望形狀的膜作為掩模來蝕刻下部膜被稱為圖案化。

隨后，通過執(zhí)行熱處理，經(jīng)由接觸層cl將氫(h)從包含高濃度氫的絕緣膜ilh引入到共摻雜層cd中。例如，在600℃的溫度下執(zhí)行熱處理30分鐘。從而，經(jīng)由接觸層cl，絕緣膜ilh中的氫(h)被擴散到共摻雜層cd中。通過氫(h)的引入，激活p型雜質(zhì)(這里為mg)被滅活。在這種情況下，n型雜質(zhì)(這里為si)不通過氫(h)滅活。從而，在引入氫(h)的區(qū)域中，mg被滅活，并且該區(qū)域用作n型半導體區(qū)域cdn(參見圖8和圖2)。即，可以形成npn組成部分，其中，用作溝道層的p型半導體區(qū)域cdp和位于區(qū)域cdp兩側(cè)上的n型半導體區(qū)域cdn形成在同一層中。這里，接觸層(n型gan)cl傳輸氫(h)。氫原子較小，并且氫(h)可以擴散通過該層。例如，氫可以擴散通過氮化物半導體層(gan、aln、inn、ingan、algan、inaln)。另一方面，sin膜、sion膜、sioc膜、al2o3膜、hfo2膜、zro2膜等(每個都包含低含量的氫)可防止氫(h)的擴散。

這里，可以在形成接觸層(n型gan)cl之前執(zhí)行將氫(h)引入共摻雜層cd中的步驟。然而，如上所述，利用iii族元素表面極性(即，在該實施例中的情況下，鎵表面極性或鋁表面極性)來生長所有氮化物半導體層，因此優(yōu)選地，通過連續(xù)生長來形成氮化物半導體層。因此，優(yōu)選地，在形成接觸層cl之后，經(jīng)由接觸層cl將氫(h)引入共摻雜層cd中。

此后，去除上述層壓膜(ilc、ilh)。例如，通過使用hf水溶液的濕蝕刻來去除層壓膜。

隨后，如圖9所示，通過使用光刻和蝕刻技術(shù)去除用作溝道層的p型半導體區(qū)域cdp之上的接觸層cl。即，通過去除部分接觸層cl來形成開口。通過例如使用包含bcl3的氣體作為主要成分的干蝕刻來去除部分接觸層cl。當執(zhí)行該蝕刻時，形成開口，使得用作溝道層的p型半導體區(qū)域cdp與漏電極de的側(cè)面上的接觸層cl之間的距離大于用作溝道層的p型半導體區(qū)域cd與源電極se的側(cè)面上的接觸層cl之間的距離。從而，溝道層(柵電極ge)與漏電極de之間的距離可以固定，從而允許改善擊穿電壓。

隨后，如圖10所示，經(jīng)由柵極絕緣膜gi，柵電極ge形成在用作溝道層的p型半導體區(qū)域cdp中。例如，作為柵極絕緣膜gi，通過使用ald(原子層沉積)工藝等，在包括接觸層cl中的開口內(nèi)的接觸層cl之上將氧化鋁膜(al2o3膜)沉積為具有近似50nm的厚度。

作為柵極絕緣膜gi，可使用除氧化鋁膜之外的氧化硅膜或介電常數(shù)大于氧化硅膜的高介電常數(shù)膜。作為高介電常數(shù)膜，可以使用sin膜、sion膜(氮氧化硅膜)、zro2膜(氧化鋯膜)或基于鉿的絕緣膜(諸如hfo2膜(氧化鉿膜)、鉿鋁酸膜、hfon膜(氮氧化鉿膜)、hfsio膜(硅化鉿膜)、hfsion膜(氮氧化鉿硅膜)或hfalo膜)。在這種情況下，選擇帶隙大于最外側(cè)的半導體層且電子親和性小于最外側(cè)的半導體層的膜。此外，柵極絕緣膜gi影響可施加于柵電極ge的電壓和閾值電壓，因此需要通過適當?shù)乜紤]擊穿電壓、介電常數(shù)、膜厚度等來設(shè)計柵極絕緣膜gi。

隨后，作為導電膜(柵電極ge的組成材料)，例如，通過使用濺射工藝等在柵極絕緣膜之上將tin(氮化鈦)膜沉積為具有近似200nm的厚度?？梢匀我獾卣{(diào)整柵電極ge的組成材料和厚度。作為柵電極ge，可以使用除tin之外的向其添加摻雜物(諸如b或p)的多晶硅?？蛇x地，可以使用它們的ti、al、ni、pt、au、si化合物或者它們的n化合物?？蛇x地，可以使用層壓由這些材料制成的膜的多層膜。

隨后，通過使用光刻技術(shù)在形成柵電極的區(qū)域中形成光刻膠膜(未示出)，然后通過將光刻膠膜用作掩模蝕刻tin膜來形成柵電極ge。通過例如使用含有cl2的氣體作為主要成分的干蝕刻來蝕刻tin膜。此后，去除光刻膠膜。隨后，通過將另一光刻膠膜(未示出)用作掩模來蝕刻位于柵電極(tin膜)ge下方的氧化鋁膜。通過例如使用包含bcl3的氣體作為主要成分的干蝕刻來蝕刻氧化鋁膜?？蛇x地，通過使用相同的光刻膠膜來同時處理柵電極ge和柵極絕緣膜gi。

隨后，如圖11所示，層間絕緣膜il形成在柵電極ge和接觸層cl之上。作為層間絕緣膜il，例如，通過使用大氣壓cvd工藝等將氧化硅膜沉積為具有近似500nm的厚度。可以任意地調(diào)整層間絕緣膜il的組成材料和厚度。作為層間絕緣膜il，例如，可以使用包括多種類型的絕緣膜的層壓膜。作為層間絕緣膜il，優(yōu)選使用帶隙大于最外側(cè)的半導體層且電子親和性小于最外側(cè)的半導體層的膜。此外，優(yōu)選使用具有與柵電極、源電極和漏電極等的材料較低反應率的膜。作為層間絕緣膜il，例如，可以使用氧化硅膜之外的sin膜(氮化硅)、sion膜(氧化硅膜)、al2o3膜、zro2膜(氧化鋯膜)、hfo2膜(氧化鉿膜)等。

隨后，通過使用光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)，在層間絕緣膜中形成接觸孔。例如，在層間絕緣膜il之上形成光刻膠膜(未示出)，其在每個源電極耦合區(qū)域和漏電極耦合區(qū)域中具有開口。隨后，將光刻膠用作掩模，通過蝕刻層間絕緣膜來形成接觸孔。例如，通過將包含sf6的氣體用作主要成分的干蝕刻來蝕刻層間絕緣膜il。

隨后，在接觸孔中形成源電極se和漏電極de(參見圖1)。例如，導電膜形成在包括接觸孔內(nèi)側(cè)的層間絕緣膜il之上。作為導電膜，例如，形成al/ti膜。例如，通過使用濺射工藝等在包括接觸孔內(nèi)側(cè)的層間絕緣膜il之上將ti膜形成為具有近似50nm的厚度，并且進一步通過使用濺射工藝等在ti膜之上將al膜形成為具有近似1000nm的厚度。隨后，執(zhí)行熱處理。例如，在500℃的溫度下執(zhí)行熱處理30分鐘。從而，可以在導電膜(al/ti膜)和下部層之間形成歐姆接觸。

隨后，在將要形成源電極se和漏電極de的區(qū)域中形成光刻膠膜(未示出)，并且通過將光刻膠膜(未示出)用作掩模來蝕刻導電膜(al/ti膜)。例如，通過將包含cl2的氣體用作主要成分的干蝕刻來蝕刻導電膜(al/ti膜)。

可以任意地調(diào)整形成源電極se和漏電極de的導電膜的組成材料和厚度。這種導電膜優(yōu)選通過使用歐姆接觸氮化物半導體層的材料來形成。具體地，在本實施例中，接觸層cl設(shè)置在n型半導體區(qū)域cdn與源電極se之間以及n型半導體區(qū)域cdn與漏電極de之間，因此大多數(shù)導電材料可以歐姆接觸。因此，可以從大范圍的材料中選擇形成源電極se和漏電極de的導電膜的材料。作為形成源電極se和漏電極de的導電膜的材料，例如可以使用ti、al、mo、nb、v、它們的混合(合金)、si化合物或者n化合物。可選地，可以使用由這些材料形成的膜被層壓的多層膜。

此后，絕緣膜可以形成在包括源電極se和漏電極de的頂部的層間絕緣膜il之上，并且進一步可以形成上部線。此外，包括絕緣膜的保護膜形成在最上面的線之上。

通過上述步驟，可以形成根據(jù)本實施例的半導體器件。這里，上述步驟是一個示例，并且根據(jù)實施例的半導體器件可以通過除上述步驟之外的步驟來制造。

在本實施例中，如上所述，氫從包含高濃度氫的絕緣膜ilh引入到作為包含p型雜質(zhì)和n型雜質(zhì)的氮化物半導體層的共摻雜層cd的部分區(qū)域中，因此可以滅活該區(qū)域中的p型雜質(zhì)。從而，滅活區(qū)域用作n型半導體區(qū)域cdn，而未滅活區(qū)域保持作為p型半導體區(qū)域cdp。因此，n型半導體區(qū)域cdn和p型半導體區(qū)域cdp可形成在同一層中。這些區(qū)域中的雜質(zhì)通過外延生長以晶體布置在理想位置，并且不通過使用可能破壞晶體的工藝(諸如離子注入)來實施，因此可以實現(xiàn)良好的半導體特性。

例如，如下所述，通過使用離子注入工藝或再生長工藝，n型半導體區(qū)域cdn和p型半導體區(qū)域cdp可形成在同一層中。將與這些工藝相比來描述本實施例的優(yōu)點。

(1)通過使用離子注入工藝，n型半導體區(qū)域cdn和p型半導體區(qū)域cdp可形成在同一層中。然而，1)在注入的原子穿過其中的區(qū)域中，其中注入離子的層中的晶體被破壞，因此劣化了膜的結(jié)晶度和質(zhì)量。在這種情況下，通過1200℃以上的高溫熱處理來在一定程度上恢復這些特性，但是不完全恢復；并且當想要保持膜的結(jié)晶度和質(zhì)量時，離子應該注入到淺部分中，因此不能夠形成每一個都具有期望厚度的n型半導體區(qū)域cdn和p型半導體區(qū)域cdp。此外，2)在離子注入中，難以控制注射量或注射能量，并且在當前條件下，例如，具有相對較低濃度的半導體區(qū)域(例如，n型半導體區(qū)域，n區(qū)域，具有1×10¹⁸cm^-3以下的濃度)。此外，3)在離子注入中，需要注入的雜質(zhì)統(tǒng)計地分布，并且注入少量離子的區(qū)域具有高阻抗等，這會導致半導體區(qū)域(cdn、cdp)的特性的變化。

相反，在本實施例中，1)不需要離子注入p型雜質(zhì)(這里為mg)和n型雜質(zhì)(這里為si)，因此可以避免由這些雜質(zhì)的離子注入所可能引起的損傷。此外，在外延生長中，可以容易地控制將要形成的膜的厚度，因此可以形成厚度范圍從小到大的膜，每一個都具有良好的特性。此外，2)在外延生長中，可以通過源氣體的流速來容易地調(diào)整p型雜質(zhì)(這里為mg)和n型雜質(zhì)(這里為si)的濃度。此外，通過p型雜質(zhì)(這里為mg)和n型雜質(zhì)(這里為si)濃度之間的差異來確定雜質(zhì)的濃度，因此可以容易地調(diào)整從低到高的大范圍的雜質(zhì)的濃度。具體地，可以容易地形成具有低雜質(zhì)濃度的區(qū)域，其中低雜質(zhì)濃度是用于增加半導體元件的擊穿電壓的必要條件。另外，3)在外延生長中，可以將p型雜質(zhì)(這里為mg)的濃度和n型雜質(zhì)(這里為si)的濃度控制為幾乎均勻，因此可以抑制可能由p型雜質(zhì)(這里為mg)或n型雜質(zhì)(這里為si)的分布的變化所引起的特性變化。當p型雜質(zhì)(這里為mg)或n型雜質(zhì)(這里為si)的濃度用于以梯度分布時，可以容易地通過調(diào)整用于p型雜質(zhì)或n型雜質(zhì)的源氣體的流速來實現(xiàn)。

(2)通過使用再生長工藝，可以在同一層中形成n型半導體區(qū)域cdn和p型半導體區(qū)域cdp。例如，在外延生長n型半導體區(qū)域cdn之后，通過去除將要形成p型半導體區(qū)域cdp的區(qū)域中去除n型半導體區(qū)域cdn來形成開口，此后在開口中外延地生長(再生長)p型半導體區(qū)域cdp。通過這種工藝，還可以在同一層中形成n型半導體區(qū)域cdn和p型半導體區(qū)域cdp。然而，在再生長工藝中，發(fā)生再生長的界面中可能引起晶體的不連續(xù)的平面，因此不能獲得具有良好特性的半導體器件。相反，在本實施例中，可以連續(xù)地形成層壓氮化物半導體層；在層之間的界面中不太可能引起不連續(xù)的平面；并且可以避免再生長步驟，從而不會引起源于再生長步驟的不連續(xù)的平面。

在本實施例中，如上所述，通過簡單的步驟在同一層中精確形成n型半導體區(qū)域cdn和p型半導體區(qū)域cdp。此外，每個形成的n型半導體區(qū)域cdn和p型半導體區(qū)域cdp的特性也變得良好。

(應用示例)

在前述制造步驟中，將氫(h)從包含高濃度氫的膜擴散到共摻雜層cd中的步驟(所謂的固相擴散步驟)被描述為示例，但氫(h)可以通過離子注入步驟引入共摻雜層cd中。

在這種情況下，將要形成掩模膜(例如，氧化硅膜)，其覆蓋將要形成用作溝道層的p型半導體區(qū)域cdp的區(qū)域并且在將要形成n型半導體區(qū)域cdn的區(qū)域中具有開口，并且通過將掩模膜用作掩模來將氫(h)離子注入到共摻雜層cd中，來代替形成包括含有高濃度氫的絕緣膜ilh并覆蓋絕緣膜ilc的層壓膜的步驟(參見圖6和圖7)。此后，執(zhí)行熱處理，使得通過氫(h)滅活被激活的p型雜質(zhì)(這里為mg)。

這里，氫原子(h)較小且輕，因此其可以深入地注入，即使在低能量下。此外，由于氫原子(h)輕且小并且可以利用低能量進行離子注入，所以可以執(zhí)行離子注入而不破壞注入氫原子的層中的晶體。

即使在如此通過離子注入工藝形成n型半導體區(qū)域cdn和p型半導體區(qū)域cdp的情況下，也可以得到與通過固相擴散工藝形成的情況相同的效果。

在本應用示例中，通過離子注入工藝，氫(h)被直接引入到共摻雜層中；然而，氫(h)還可以離子注入到共摻雜層之上的膜中，并且從膜熱擴散到共摻雜層。

(第二實施例)

在第一實施例中，將具有npn組成部分(n型半導體區(qū)域cdn/p型半導體區(qū)域cdp/n型半導體區(qū)域cdn)的水平misfet被描述為示例，但是在同一層中形成的不同導電類型之間的結(jié)部分(pn結(jié)部分)的應用示例不應限于上述水平misfet。在同一層中存在具有pn結(jié)部分的各種類型的半導體元件，但是在本實施例中將描述示例，其中，半導體元件被應用于垂直misfet。

[結(jié)構(gòu)描述]

圖12是示出根據(jù)本實施例的半導體器件的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖12所示根據(jù)本實施例的半導體器件(半導體元件)是使用氮化物半導體的垂直misfet。

在根據(jù)本實施例的半導體器件中，第一n^-層nl1形成在襯底s之上。第一n^-層nl1包括氮化物半導體層。

共摻雜層cd形成在第一n^-層nl1之上。共摻雜層cd包括氮化物半導體層，其具有相對于氮化物半導體顯示出p型的雜質(zhì)和顯示出n型的雜質(zhì)。共摻雜層cd例如是gan層，其包含作為p型雜質(zhì)的mg和作為n型雜質(zhì)的si。

共摻雜層cd具有p型半導體區(qū)域cdp和n型半導體區(qū)域cdn。具體地，共摻雜層cd具有位于柵電極ge下方的n型半導體區(qū)域cdn以及位于n型半導體區(qū)域cdn兩側(cè)的p型半導體區(qū)域cdp。因此，將用作p型半導體區(qū)域的cdp和將用作n型半導體區(qū)域的cdn形成在同一層中(參見圖2的下部圖)。將用作p型半導體區(qū)域的區(qū)域表示載體主要為空穴的區(qū)域，并且將用作n型半導體區(qū)域的區(qū)域表示載體主要為電子的區(qū)域。例如可以通過scm確定半導體區(qū)域的極性(p型或n型)，并且例如可以通過smm來確定載體的濃度(電子的濃度、空穴的濃度)。

這里，共摻雜層cd包含的p型雜質(zhì)mg的量大于n型雜質(zhì)si的量，這類似于第一實施例。換言之，共摻雜層cd中的p型雜質(zhì)(這里為mg)的濃度大于n型雜質(zhì)(這里為si)的濃度。因此，通過源于p型雜質(zhì)(這里為mg)的載體(空穴)來取消源于共摻雜層cd中的n型雜質(zhì)(這里為si)的載體(電子)，從而允許共摻雜層cd用作p型半導體區(qū)域。

通過將氫(h)引入到共摻雜層cd中將要形成n型半導體區(qū)域的區(qū)域，mg可以被滅活(參見圖2)。通過滅活mg，源于p型雜質(zhì)(這里為mg)的載體(空穴)的濃度變得較低，例如為零。因此，在引入氫(h)的區(qū)域中，源于共摻雜層cd中的n型雜質(zhì)(這里為si)的載體(電子)變得占主導地位，因此該區(qū)域用作n型半導體區(qū)域cdn。不限制用于引入氫(h)的工藝，但是如第一實施例所述，可以使用離子注入工藝或固相擴散工藝。

第二n^-層(也稱為載體行進層)nl2形成在共摻雜層cd之上。第二n^-層nl2包括氮化物半導體層。阻擋層l形成在第二n^-層nl2之上。阻擋層l包括氮化物半導體層。稍后描述的源電極se形成在包括第二n^-層nl2和阻擋層l的層壓膜的兩側(cè)上。源電極se電耦合至p型半導體區(qū)域cdp。

柵電極ge經(jīng)由柵極絕緣膜gi形成在阻擋層l之上。兩個源電極se分別形成在柵電極ge的兩側(cè)上。即，源電極se形成在p型半導體區(qū)域cdp之上，以接觸包括第二n^-層nl2和阻擋層l的層壓膜的側(cè)壁。漏電極de形成在襯底s的后表面之上。

在圖12所示的垂直misfet中，當電位施加于柵電極ge時，電子經(jīng)由共摻雜層cd中的n型半導體區(qū)域cdn從源電極se流動至漏電極de。

通過如此將氫(h)引入共摻雜層cd，可以在同一層中形成p型半導體區(qū)域cdp和n型半導體區(qū)域cdn。

[制造方法的描述]

隨后，將參照圖13至圖16描述根據(jù)本實施例的半導體器件的制造方法，并且半導體器件的結(jié)構(gòu)將變得更清楚。圖13至圖16是示出根據(jù)本實施例的半導體器件的制造步驟的截面圖。

如圖13所示，第一n^-層nl1、共摻雜層cd、第二n^-層nl2和阻擋層l順次形成在襯底s之上。這些層包括氮化物半導體層。

包括含有n型雜質(zhì)的gan的半導體襯底(n+gan襯底)被用作襯底s，并且例如，通過使用mocvd工藝等，包含n型雜質(zhì)的gan層作為第一n^-層nl1外延生長在襯底s之上。氮化鎵層被沉積為具有近似3μm的厚度，同時例如摻雜有作為n型雜質(zhì)的si。沉積膜中si的濃度例如被設(shè)置為近似1×10¹⁶(1e16)cm^-3。此后形成的所有第一n^-層nl1和氮化物半導體層(iii-v族化合物半導體層)通常利用iii族元素表面極性(即，在本實施例中，鎵表面極性或鋁表面極性)來生長。

隨后，共摻雜層cd形成在第一n^-層nl之上。首先形成氮化物半導體層，同時摻雜有p型雜質(zhì)和n型雜質(zhì)(在它們被引入時)。例如，通過使用mocvd工藝來生長包含p型雜質(zhì)(這里為mg)和n型雜質(zhì)(這里為si)的gan層。例如，在載氣和源氣體被引入裝置的同時生長該層。作為載氣，使用氫氣、氮氣或它們的混合氣體。作為源氣體，使用包含氮化物半導體層(這里為gan層)的組成元素的氣體或者包含p型雜質(zhì)和n型雜質(zhì)的組成元素的氣體，這類似于第一實施例。

例如，gan層(其中mg的濃度(摻雜量)為1×10¹⁸cm^-3且si的濃度為1×10¹⁶cm^-3)被生長為具有近似500nm的厚度。當然，可以根據(jù)應用任意地選擇用于摻雜的雜質(zhì)的類型和濃度以及氮化物半導體的材料和厚度。作為氮化物半導體的材料，使用除gan之外的aln或inn。還可以使用它們的混合晶體。對于用于摻雜的雜質(zhì)，例如，除si之外的s、se等可用作n型雜質(zhì)；并且例如，除mg之外的be、c等可用作p型雜質(zhì)。其中，可優(yōu)選使用si和mg。

這里，需要使激活p型雜質(zhì)的濃度高于激活n型雜質(zhì)的濃度(激活n型雜質(zhì)的濃度<激活p型雜質(zhì)的濃度)。優(yōu)選地，考慮到它們的激活率，調(diào)整引入到共摻雜層cd中的p型雜質(zhì)(這里為mg)和n型雜質(zhì)(這里為si)中的每一個的量。

隨后，例如，通過使用mocvd工藝等，在共摻雜層cd之上外延生長包含n型雜質(zhì)的gan層作為第二n^-層nl2。例如，氮化鎵層被沉積具有近似50nm的厚度，同時摻雜有作為n型雜質(zhì)的si。沉積膜中si的濃度例如設(shè)置為近似1×10¹⁶(1e16)cm^-3。

隨后，例如，通過使用mocvd工藝等，在第二n^-層nl2之上外延生長algan層作為阻擋層l。例如，具有0.2的al組成率的algan層被沉積為具有近似20nm的厚度。

隨后，執(zhí)行用于激活共摻雜層cd中的p型雜質(zhì)(這里為mg)的熱處理。例如，在800℃的氮氣氛中執(zhí)行熱處理30分鐘。從而，激活p型雜質(zhì)(這里為mg)。這里，容易地激活n型雜質(zhì)(這里為si)，并且已經(jīng)激活而不需要經(jīng)受熱處理。

隨后，包括含有高濃度氫的絕緣膜ilh和覆蓋絕緣膜ilc的層壓膜(未示出，參見圖7)形成在將要形成n型半導體區(qū)域cdn的區(qū)域之上。層壓膜可以類似于第一實施例形成。隨后，通過執(zhí)行熱處理將氫(h)引入共摻雜層cd。通過引入氫(h)，激活的p型雜質(zhì)(這里為mg)被滅活，從而允許該區(qū)域用作n型半導體區(qū)域cdn(圖14)?？蛇x地，如第一實施例所述，通過使用離子注入工藝，氫(h)可以引入到共摻雜層cd中。

隨后，如圖15所述，經(jīng)由柵極絕緣膜gi，柵電極ge形成在n型半導體區(qū)域cdn上方的阻擋層l之上。例如，可以與第一實施例相同的方式，可以形成柵極絕緣膜gi和柵電極ge。隨后，圖案化第二n^-層nl2和阻擋層l(圖16)。

隨后，兩個源電極se形成在柵電極ge的兩側(cè)上，并且進一步，漏電極de形成在襯底s的后表面之上(參見圖12)。這些電極可以通過形成導電膜并圖案化它們來形成。可選地，可以在柵電極ge之上形成層間絕緣膜之后形成源電極se。

通過上述步驟，可以形成根據(jù)本實施例的半導體器件。這里，上述步驟是一個示例，并且根據(jù)本實施例的半導體器件可以通過除上述步驟之外的步驟來制造。

此外，在本實施例中，通過如此將氫從包含高濃度氫的絕緣膜引入到共摻雜層cd(其是包含p型雜質(zhì)和n型雜質(zhì)的氮化物半導體層)的部分區(qū)域中，區(qū)域中的p型雜質(zhì)可以被滅活。從而，滅活區(qū)域用作n型半導體區(qū)域cdn，同時未滅活區(qū)域保持作為p型半導體區(qū)域cdp。因此，可以在同一層中形成n型半導體區(qū)域cdn和p型半導體區(qū)域cdp。這些區(qū)域中的雜質(zhì)通過外延生長以晶體布置在理想位置，并且不通過使用可能破壞晶體的工藝(諸如離子注入)來實施，因此可以實現(xiàn)良好的半導體特性。此外，如第一實施例所述，與通過使用離子注入工藝或再生長工藝在同一層中形成n型半導體區(qū)域cdn和p型半導體區(qū)域cdp的情況相比可以顯示出各種優(yōu)勢。

此外，在根據(jù)本實施例的半導體器件中，可以利用第一n^-層nl1和共摻雜層cd來實現(xiàn)較大的擊穿電壓。例如，通過具有3μm厚度的第一n^-層nl1和具有500nm厚度的共摻雜層cd，可以將半導體器件的擊穿電壓固定為900v以上，假設(shè)gan的理論擊穿電壓為3mv/cm。從而，可以減少源電極se和柵電極ge之間的距離，從而使得減小了半導體元件的面積。

(第三實施例)

在本實施例中，將描述形成在同一層中的不同導電類型之間的結(jié)部分(pn結(jié)部分)被應用于功率misfet中的超結(jié)結(jié)構(gòu)部分。

[結(jié)構(gòu)描述]

圖17是示出根據(jù)本實施例的半導體器件的結(jié)構(gòu)的截面圖。根據(jù)本實施例的半導體器件(半導體元件)是采用超結(jié)結(jié)構(gòu)的垂直功率misfet。

在根據(jù)本實施例的半導體器件中，n^-層nl形成在襯底s之上。n^-層nl包括氮化物半導體層。

共摻雜層cd形成在n^-層nl之上。共摻雜層cd包括氮化物半導體層，其具有分別相對于氮化物半導體顯示出p型的雜質(zhì)和顯示出n型的雜質(zhì)。共摻雜層cd例如是包含作為p型雜質(zhì)的mg和作為n型雜質(zhì)的si的gan層。共摻雜層cd的厚度例如近似為5μm。

共摻雜層cd具有p型半導體區(qū)域cdp以及n型半導體區(qū)域cdn1和cdn2。具體地，共摻雜層cd具有位于柵電極ge下方的n型半導體區(qū)域cdn1以及位于n型半導體區(qū)域cdn1兩側(cè)的p型半導體區(qū)域cdp。共摻雜層cd還具有位于柵電極ge之間的n型半導體區(qū)域cdn2。將用作p型半導體區(qū)域的cdp以及將用作n型半導體區(qū)域的cdn1和cdn2由此形成在同一層中。將用作p型半導體區(qū)域的區(qū)域表示載體主要為空穴的區(qū)域，以及將用作n型半導體區(qū)域的區(qū)域表示載體主要為電子的區(qū)域。半導體區(qū)域的極性(p型或n型)例如可以通過scm來確定，并且例如可以通過smm確定載體的濃度(電子的濃度，空穴的濃度)。

這里，共摻雜層cd包含的作為p型雜質(zhì)的mg的量大于作為n型雜質(zhì)的si的量，這類似于第一實施例。換言之，共摻雜層cd中的p型雜質(zhì)(這里為mg)的濃度高于n型雜質(zhì)(這里為si)的濃度。因此，通過源于p型雜質(zhì)(這里為mg)的載體(空穴)來取消引入h之前源于共摻雜層cd中的n型雜質(zhì)(這里為si)的載體(電子)，從而使得共摻雜層cd用作p型半導體區(qū)域(cdp)。

這里，共摻雜層cd具有多個p型半導體區(qū)域(也稱為p型列區(qū)域或p型柱)cdp以及多個n型半導體區(qū)域(也稱為n型列區(qū)域或n型柱)cdn1。交替地布置p型半導體區(qū)域cdp和n型半導體區(qū)域cdn1。周期性地布置p型半導體區(qū)域cdp和n型半導體區(qū)域cdn的這種結(jié)構(gòu)被稱為超結(jié)結(jié)構(gòu)(sj組成部分)。通過這種結(jié)構(gòu)，耗盡層橫向地從p型半導體區(qū)域cdp和n型半導體區(qū)域cdn1之間的邊界區(qū)域延伸，即從pn結(jié)開始縱向延伸，因此可以使擊穿電壓穩(wěn)定。

功率misfet具有經(jīng)由柵極絕緣膜gi布置在n型半導體區(qū)域cdn1之上的柵電極ge。例如，氧化硅膜可用作柵極絕緣膜gi。如上所述，n型半導體區(qū)域cdn2形成在柵電極ge之間。

柵電極ge覆蓋有層間絕緣膜il。源電極se形成在n型半導體區(qū)域cdn2之上，以及漏電極de形成在襯底s的后表面之上。

此外，在本實施例中，通過將氫(h)引入到共摻雜層cd中，如此可以在同一層中形成p型半導體區(qū)域cdp以及n型半導體區(qū)域cdn1和cdn2。

[制造方法的描述]

隨后，將參照圖18至圖23描述根據(jù)本實施例的半導體器件的制造方法，并且半導體器件的結(jié)構(gòu)將變得清楚。圖18至圖23均是示出根據(jù)本實施例的半導體器件的制造步驟的截面圖。

如圖18所示，n^-層nl和共摻雜層cd順次形成在襯底s之上。這些層包括氮化物半導體層。

例如，包括含有n型雜質(zhì)的gan的半導體襯底(n⁺gan襯底)被用作襯底，并且例如，通過使用mocvd工藝等，在襯底s之上外延生長包含n型雜質(zhì)的gan層作為n^-層nl。例如，沉積氮化鎵層，同時摻雜有作為n型雜質(zhì)的si。此后形成的所有n^-層nl和氮化物半導體層(iii-v族化合物半導體層)通常利用iii族元素表面極性(即，在本實施例中，鎵表面極性或鋁表面極性)來生長。

隨后，共摻雜層cd形成在n^-層nl之上。首先形成氮化物半導體層，同時摻雜有p型雜質(zhì)和n型雜質(zhì)(在它們被引入時)。例如，包含p型雜質(zhì)(這里為mg)和n型雜質(zhì)(這里為si)的gan層例如通過使用mocvd工藝來生長。例如，生長該層，同時載氣和源氣體被引入裝置。作為源氣體，使用包含氮化物半導體層(這里為gan層)的組成元素的氣體或者包含p型雜質(zhì)和n型雜質(zhì)的組成元素的氣體，這類似于第一實施例。

例如，mg的濃度(摻雜量)為1×10¹⁸cm^-3且si的濃度為1×10¹⁶cm^-3的gan層被生長為具有近似5μm的厚度。當然，可以根據(jù)應用任意地選擇用于摻雜的雜質(zhì)的類型和濃度以及氮化物半導體的材料和厚度。作為氮化物半導體的材料，使用除gan之外的aln或inn。還可以使用它們的混合晶體。對于用于摻雜的雜質(zhì)，例如，除si之外的s、se等可用作n型雜質(zhì)；并且例如，除mg之外的be、c等可用作p型雜質(zhì)。其中，可優(yōu)選使用si和mg。

這里，需要使激活p型雜質(zhì)的濃度高于激活n型雜質(zhì)的濃度(激活n型雜質(zhì)的濃度<激活p型雜質(zhì)的濃度)。優(yōu)選地，考慮到它們的激活率，調(diào)整引入到共摻雜層cd中的p型雜質(zhì)(這里為mg)和n型雜質(zhì)(這里為si)中的每一個的量。

隨后，執(zhí)行用于激活共摻雜層cd中的p型雜質(zhì)(這里為mg)的熱處理。例如，在800℃的氮氣氛中執(zhí)行熱處理30分鐘。從而，激活p型雜質(zhì)(這里為mg)。容易地激活n型雜質(zhì)(這里為si)，并且已經(jīng)激活的不需要經(jīng)受熱處理。

隨后，在將形成n型半導體區(qū)域cdn的區(qū)域之上形成包括含有高濃度氫的絕緣膜和覆蓋絕緣膜的層壓膜(未示出，參見圖7)。層壓膜可以類似于第一實施例來形成。隨后，通過執(zhí)行熱處理將氫(h)引入到共摻雜層cd中。通過引入氫(h)，激活的p型雜質(zhì)(這里為mg)被滅活，從而使得該區(qū)域用作n型半導體區(qū)域cdn(圖19)?？蛇x地，如第一實施例所述，通過使用離子注入工藝，氫(h)可以被引入共摻雜層cd中。

當共摻雜層cd的厚度較大時，可以多次(例如，2次)執(zhí)行引入氫(h)的步驟。如圖20所示，例如，gan層被生長為具有近似2.5μm的厚度，使得氫(h)從包含高濃度氫的絕緣膜(未示出)引入，并且進一步，gan層(cd)被生長為具有近似2.5μm的厚度，使得氫(h)從包含高濃度氫的絕緣膜(未示出)引入(參見圖19)。

隨后，如圖21所示，柵電極ge經(jīng)由柵極絕緣膜gi形成在n型半導體區(qū)域cdn1之上。以與第一實施例相同的方式，例如可以形成柵極絕緣膜gi和柵電極ge。

隨后，如圖22所示，通過將柵電極ge用作掩模，在柵電極ge之間離子注入氫(h)。此后，由于熱處理通過氫(h)合并滅活被激活的p型雜質(zhì)(這里為mg)，并且n型半導體區(qū)域cdn2形成在柵電極ge之間，并且在p型半導體區(qū)域cdp的上部分中。

隨后，如圖23所示，層間絕緣膜il形成在柵電極ge之上，然后通過去除n型半導體區(qū)域cdn2之上的層間絕緣膜il來形成開口。隨后，導電膜沉積在包括開口內(nèi)側(cè)的層間絕緣膜il之上，并且圖案化導電膜，從而形成源電極se。隨后，漏電極de形成在襯底s的后表面之上(參見圖17)。

通過上述步驟，可以形成根據(jù)本實施例的半導體器件。上述步驟是一個示例，并且可以通過除上述步驟之外的步驟來制造根據(jù)本實施例的半導體器件。

此外，在本實施例中，通過如此將氫引入到共摻雜層cd(包含p型雜質(zhì)和n型雜質(zhì)的氮化物半導體層)的部分區(qū)域中，可以滅活該區(qū)域中的p型雜質(zhì)。從而，滅活區(qū)域用作n型半導體區(qū)域cdn1和cdn2，并且未滅活區(qū)域保持作為p型半導體區(qū)域cdp，因此可以在同一層中形成n型半導體區(qū)域cdn1和cdn2以及p型半導體區(qū)域cdp。這些區(qū)域中的雜質(zhì)通過外延生長以晶體布置在理想位置，并且不通過使用可能破壞晶體的工藝(諸如離子注入)來實施，因此可以實現(xiàn)良好的半導體特性。此外，如第一實施例所述，與通過使用離子注入工藝或再生長工藝形成在同一層中的n型半導體區(qū)域和p型半導體區(qū)域的情況相比可以顯示出各種優(yōu)勢。

在上述步驟中，通過固相擴散工藝形成n型半導體區(qū)域cdn1，并且通過離子注入工藝形成n型半導體區(qū)域cdn2；然而，可以通過離子注入工藝來形成n型半導體區(qū)域cdn1，而通過固相擴散工藝形成n型半導體區(qū)域cdn2?？蛇x地，可以通過固相擴散工藝或離子注入工藝來形成n型半導體區(qū)域cdn1和cdn2。

上文基于優(yōu)選實施例具體描述了發(fā)明人做出的本發(fā)明；然而，不需要說，本發(fā)明不應限于優(yōu)選實施例，并且在不背離本發(fā)明的精神的范圍內(nèi)可以對本發(fā)明進行各種修改。

例如，在上面的第一至第三實施例中，misfet被主要描述為示例，但是存在在相同層中具有pn結(jié)部分的各種類型的半導體元件。這些pn結(jié)部分可應用于各種半導體器件(諸如功率電子器件)、高頻放大器件、用于切換電源或反相器等的電路、功率模塊和高頻放大器。