半導(dǎo)體裝置的制造方法
【專利說明】
[0001] 本申請主張W日本專利申請2014 - 52734號（申請日；2014年3月14日）為基 礎(chǔ)申請的優(yōu)先權(quán)。本申請通過參照該基礎(chǔ)申請而包含基礎(chǔ)申請的全部內(nèi)容。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明的實(shí)施方式涉及半導(dǎo)體裝置。
【背景技術(shù)】
[0003] 在開關(guān)電源、逆變器等的電路中，使用開關(guān)元件、二極管等半導(dǎo)體元件。該些半導(dǎo) 體元件要求高耐壓、低導(dǎo)通電阻。并且，耐壓與導(dǎo)通電阻的關(guān)系具有由元件材料決定的折衷 (trade off)關(guān)系。
[0004] 由于至今為止的技術(shù)開發(fā)的進(jìn)步，半導(dǎo)體元件實(shí)現(xiàn)了接近作為主元件材料的娃的 極限的低導(dǎo)通電阻。為了進(jìn)一步降低導(dǎo)通電阻，需要變更元件材料。通過使用GaN、AlGaN 等氮化物半導(dǎo)體或碳化娃（SiC)等寬禁帶寬度半導(dǎo)體作為開關(guān)元件材料，能夠改善由材料 決定的折衷關(guān)系，顯著實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通電阻。
[000引在使用了 GaN、AlGaN等氮化物半導(dǎo)體的元件中，作為可得到低導(dǎo)通電阻的元件， 例如可 W 舉出使用了 AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)的肥 MT(Hi 曲 Electron Mobility Transistor: 高電子遷移率晶體管）。HEMT通過異質(zhì)結(jié)界面溝道的高遷移率和由極化產(chǎn)生的高電子濃 度，實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通電阻。
[0006] 但是，HEMT由于通過極化產(chǎn)生電子，所W在柵極電極下也存在高濃度的電子。因 此，通常，會(huì)成為闊值電壓為負(fù)的常開型元件。從安全動(dòng)作方面來看，希望闊值電壓為正的 常關(guān)型元件。并且，在常關(guān)型元件中，為了使導(dǎo)通電流增加，希望提高柵極的導(dǎo)通電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提供一種能夠提高柵極的導(dǎo)通電壓的半導(dǎo)體裝置。
[0008] 本發(fā)明的一個(gè)方式的半導(dǎo)體裝置，具備：第一氮化物半導(dǎo)體層；第二氮化物半導(dǎo) 體層，設(shè)置在上述第一氮化物半導(dǎo)體層上，禁帶寬度比上述第一氮化物半導(dǎo)體層的禁帶寬 度大；源極電極，設(shè)置在上述第二氮化物半導(dǎo)體層上；漏極電極，設(shè)置在上述第二氮化物半 導(dǎo)體層上；第H氮化物半導(dǎo)體層，設(shè)置在上述源極電極與上述漏極電極之間的上述第二氮 化物半導(dǎo)體層上，由高雜質(zhì)濃度層和低雜質(zhì)濃度層交替層疊，該高雜質(zhì)濃度層含有P型雜 質(zhì)，該低雜質(zhì)濃度層與上述高雜質(zhì)濃度層相比上述P型雜質(zhì)的濃度更低且禁帶寬度更大， 該第H氮化物半導(dǎo)體層的最下層W及最上層是上述高雜質(zhì)濃度層；W及柵極電極，設(shè)置在 上述第H氮化物半導(dǎo)體層上。
【附圖說明】
[0009] 圖1是實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 本說明書中，對于相同或類似的部件附加同一符號，有將重復(fù)的說明省略的情況。
[0011] 本說明書中，"氮化物半導(dǎo)體"是指例如GaN類半導(dǎo)體。GaN類半導(dǎo)體是指GaN(氮 化嫁）、A1N(氮化鉛）、InN(氮化鋼）W及具備它們的中間組份的半導(dǎo)體的總稱。
[0012] 本說明書中，"非慘雜"表示沒有有意地導(dǎo)入雜質(zhì)。
[0013] 實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置具備：第一氮化物半導(dǎo)體層；第二氮化物半導(dǎo)體層，設(shè)置 在第一氮化物半導(dǎo)體層上，禁帶寬度比第一氮化物半導(dǎo)體層的禁帶寬度大；源極電極，設(shè)置 在第二氮化物半導(dǎo)體層上；漏極電極，設(shè)置在第二氮化物半導(dǎo)體層上；第H氮化物半導(dǎo)體 層，設(shè)置在源極電極與漏極電極之間的第二氮化物半導(dǎo)體層上，由高雜質(zhì)濃度層和低雜質(zhì) 濃度層交替層疊而成，該高雜質(zhì)濃度層含有P型雜質(zhì)，該低雜質(zhì)濃度層與高雜質(zhì)濃度層相 比P型雜質(zhì)的濃度更低且禁帶寬度更大，該第H氮化物半導(dǎo)體層的最下層W及最上層是高 雜質(zhì)濃度層；W及柵極電極，設(shè)置在第H氮化物半導(dǎo)體層上。
[0014]圖1是本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖面圖。本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置是使用 GaN類半導(dǎo)體的肥MT。
[0015] 如圖1所示，半導(dǎo)體裝置（HEMT) 100具備基板10、緩沖層12、溝道層（第一氮化物 半導(dǎo)體層）14、勢壘化arrier)層（第二氮化物半導(dǎo)體層）16、源極電極18、漏極電極20、上 覆層（cap layer)(第H氮化物半導(dǎo)體層）22 W及柵極電極26。
[001引基板10例如由娃儀）形成。除了娃W外，例如也可W應(yīng)用藍(lán)寶石（Al203)或碳化 娃（SiC)。
[0017]在基板10上設(shè)有緩沖層12。緩沖層12具備緩和基板10與溝道層14之間的晶格 不匹配的功能。緩沖層12例如由氮化鉛嫁（Al"Gai_"N(0 < W < 1))的多層結(jié)構(gòu)形成。
[001引在緩沖層12上設(shè)有溝道層14。溝道層14例如是非慘雜的AlzGai_zN(0蘭Z < 1)。 更具體而言，例如是非慘雜的GaN。溝道層14的膜厚例如大于等于0. 5 y m并且小于等于 Sum。
[0019] 在溝道層14上設(shè)有勢壘層16。勢壘層16的禁帶寬度比溝道層14的禁帶寬度大。 勢壘層16例如是非慘雜的AluGai _uN(0 < U蘭1，Z < U)。更具體而言，例如是非慘雜的 Al〇.2(|Gaa.8aN。勢壘層16的膜厚例如大于等于20皿且小于等于50皿。
[0020] 溝道層14與勢壘層16之間成為異質(zhì)結(jié)界面。在HEMT100的導(dǎo)通動(dòng)作時(shí)，在異質(zhì) 結(jié)界面形成二維電子氣而成為載流子。
[0021] 在勢壘層16上形成有源極電極18和漏極電極20。源極電極18和漏極電極20例 如是金屬電極，金屬電極例如是W鉛（A1)為主成分的電極。源極電極18及漏極電極20與 勢壘層16之間優(yōu)選是歐姆接觸。源極電極18與漏極電極20之間的距離例如是18 y m左 右。
[0022] 在勢壘層16上的源極電極18與漏極電極20之間設(shè)有上覆層22。上覆層22具備 將溝道層14的電勢抬升、使HEMT100的闊值上升的功能。
[0023] 上複層22具備由局雜質(zhì)濃度層22a與低雜質(zhì)濃度層2化父替層畳的結(jié)構(gòu)。上複 層22的最下層W及最上層是高雜質(zhì)濃度層22a。
[0024] 圖1中例7]^出局雜質(zhì)濃度層22a是3層、低雜質(zhì)濃度層2化是2層的情況,但層數(shù) 不限于3層和2層。此外，高雜質(zhì)濃度層22a的組份、P型雜質(zhì)濃度、W及膜厚也可W按每 層而不同。同樣，低雜質(zhì)濃度層22b的組份、p型雜質(zhì)濃度、W及膜厚也可W按每層而不同。
[0025] 高雜質(zhì)濃度層22a中含有P型雜質(zhì)。P型雜質(zhì)例如是Mg(鎮(zhèn)）。從使HEMT100的 闊值上升的觀點(diǎn)來看，高雜質(zhì)濃度層22a的P型雜質(zhì)濃度優(yōu)選大于等于1 X l〇i8atoms/cm3。
[0026] 此外，從使上覆層22與柵極電極26之間的結(jié)為歐姆接觸的觀點(diǎn)來看，優(yōu)選的是， 上覆層22中的P型雜質(zhì)的濃度在與柵極電極26相接的最上層的高雜質(zhì)濃度層22a中最大。 最上層的高雜質(zhì)濃度層22a的P型雜質(zhì)濃度優(yōu)選大于等于1 X l〇i9atoms/cm3。
[0027] 高雜質(zhì)濃度層22a例如是P型的AlxGai_xN(0蘭X < 1)。更具體而言，例如是P 型GaN。高雜質(zhì)濃度層22a的膜厚例如大于等于Inm且小于等于lOnm。高雜質(zhì)濃度層22a 是單晶。
[002引雜質(zhì)濃度例如能夠通過SIMS (Secondary Ion Mass SpectrometiT;次級離子質(zhì)譜 法）來分析。
[0029]低雜質(zhì)濃度層2化的P型雜質(zhì)濃度比局雜質(zhì)濃度層22a的P型雜質(zhì)濃度低。此外， 低雜質(zhì)濃度層22b的禁帶寬度比高雜質(zhì)濃度層22a的禁帶寬度大。
[0030] 低雜質(zhì)濃度層2化例如是非慘雜的AlyGai-yNW< Y蘭1，X < Y)。更具體而言，例 如是非慘雜的Ala.4(|Gaa.e(|N。低雜質(zhì)濃度層22b的膜厚例如大于等于Inm且小于等于lOnm。 低雜質(zhì)濃度層2化是單晶。
[0031] 在上覆層22上設(shè)有柵極電極26。柵極電極26例如是金屬電極。金屬電極例如是 做成笛（Pt)和金（Au)的層疊結(jié)構(gòu)的電極。柵極電極26與最上層的高雜質(zhì)濃度層22a之 間優(yōu)選是歐姆接觸。
[0032] 接著，說明本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的一例。
[0033] 首先，準(zhǔn)備基板10、例如Si基板。接著，例如，在Si基板上通過外延生長使緩沖層 12生長。
[0034] 接著，在緩沖層12上，通過外延生長來形成作為溝道層14的非慘雜的GaN、作為勢 壘層16的非慘雜的Aln.2nGan.8oN。
[00巧]接著，通過外延生長使作為高雜質(zhì)濃度層22a的P型GaN、作為低雜質(zhì)濃度層22b 的非慘雜的Alu.4"Gau.wN交替地連續(xù)成膜，從而形成上覆層22。
[0036] 上覆層22例如在勢壘層16表面形成被進(jìn)行了構(gòu)圖的絕緣膜，在勢壘層16表面選 擇性地生長。
[0037] 接著，在勢壘層16表面，通過金屬膜的成膜和構(gòu)圖，形成源極電極18 W及漏極電 極20。此外，通過金屬