半导体装置的制造方法
【专利说明】半导体装置
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请享受以日本专利申请2014 — 52733号(申请日:2014年3月14日)为基础申请的优先权。本申请通过参照该基础申请而包含基础申请的全部内容。
技术领域
[0003]本发明的实施方式涉及半导体装置。
【背景技术】
[0004]在开关电源和变换器等的电路中，使用开关元件和二极管等的半导体元件。这些半导体元件要求高耐压/低导通电阻。此外，耐压和导通电阻的关系具有由元件材料决定的权衡关系。
[0005]通过至今为止的技术开发的进步，半导体元件在作为主要的元件材料的硅的靠近界限之内实现了低导通电阻。为了进一步降低导通电阻，需要进行元件材料的变更。通过使用GaN、AlGaN等的氮化物半导体、碳化硅(SiC)等的宽禁带半导体作为开关元件材料，能够改善由材料决定的权衡关系，能够飞跃性地实现低导通电阻化。
[0006]使用了 GaN、AlGaN等的氮化物半导体的元件中，作为可得到低导通电阻的元件，能够举出例如使用了 AlGaN/GaN 异质构造的 HEMT (High Electron Mobility Transistor,高电子迁移率晶体管)。HEMT通过异质结界面沟道的高迁移率和由分极产生的高电子浓度，实现低导通电阻。
[0007]但是，HEMT通过分极使电子产生，所以在栅极电极下也存在高浓度的电子。因此，通常成为栅极阈值电压为负值的常开启型元件。在安全动作方面，栅极阈值电压为正值的常关断型元件被期望。例如为了实现常关断型元件，有在栅极电极下设置P型的半导体层的方法。通过该方法，有栅极泄露电流增大的担心。
【发明内容】
[0008]本发明提供一种降低栅极泄露电流的半导体装置。
[0009]本发明的一方式的半导体装置具备第一氮化物半导体层、设置在上述第一氮化物半导体层上且禁带比上述第一氮化物半导体层大的第二氮化物半导体层、设置在上述第二氮化物半导体层上的源极电极、设置在上述第二氮化物半导体层上的漏极电极、设置在上述源极电极与上述漏极电极之间的上述第二氮化物半导体层上且杂质浓度为lX1017atoms/cm3以下且禁带比上述第二氮化物半导体层小的第三氮化物半导体层、设置在上述第三氮化物半导体层上的P型的第四氮化物半导体层、和设置在上述第四氮化物半导体层上的栅极电极。
【附图说明】
[0010]图1是第一实施方式的半导体装置的模式剖面图。
[0011]图2是第二实施方式的半导体装置的模式剖面图。
[0012]图3是第二实施方式的变形例的半导体装置的模式剖面图。
【具体实施方式】
[0013]本说明书中，有对相同或类似的部件附加相同的符号并将重复的说明省略的情况。
[0014]本说明书中，“氮化物半导体”是例如GaN类半导体。GaN类半导体是GaN(氮化镓)、A1N(氮化铝)、InN(氮化铟)以及具备它们的中间组分的半导体的总称。
[0015]本说明书中，“非掺杂”是指，没有有意地导入杂质。
[0016](第一实施方式)
[0017]本实施方式的半导体装置具备第一氮化物半导体层、设置在第一氮化物半导体层上且禁带比第一氮化物半导体层大的第二氮化物半导体层、设置在第二氮化物半导体层上的源极电极、设置在第二氮化物半导体层上的漏极电极、设置在源极电极与漏极电极之间的第二氮化物半导体层上且杂质浓度为lX1017atomS/Cm3以下且禁带比第二氮化物半导体层小的第三氮化物半导体层、设置在第三氮化物半导体层上的P型的第四氮化物半导体层、和设置在第四氮化物半导体层上的栅极电极。
[0018]图1是本实施方式的半导体装置的模式剖面图。本实施方式的半导体装置是使用了 GaN类半导体的HEMT。
[0019]如图1所示，半导体装置(HEMT) 100具备基板10、缓冲层12、沟道层(第一氮化物半导体层)14、阻挡层(第二氮化物半导体层)16、源极电极18、漏极电极20、第一覆盖层(第三氮化物半导体层)22、第二覆盖层(第四氮化物半导体层)24以及栅极电极26。
[0020]基板10例如由硅(Si)形成。除了硅以外还能够采用例如蓝宝石(Al2O3)、碳化硅(SiC)。
[0021]基板10上设置缓冲层12。缓冲层12具备缓和基板10与沟道层14之间的晶格不匹配的功能。缓冲层12由例如氮化铝镓(AlwGa1-WN(0 <ff < I))的多层构造形成。
[0022]缓冲层12上设置沟道层14。沟道层14是例如非掺杂的AlxGa1 — XN(0< X < I)。更具体来说，例如是非掺杂的GaN。沟道层14的膜厚例如是0.5 μ m以上3 μ m以下。
[0023]沟道层14上设置阻挡层16。阻挡层16的禁带比沟道层14的禁带大。阻挡层16是例如非掺杂的AlyGa1 —YN(O < Y彡1，X < Y)。更具体来说，例如是非掺杂的Ala2Gaa8N。阻挡层16的膜厚是例如20nm以上50nm以下。
[0024]沟道层14与阻挡层16之间为异质结界面。HEMT100的导通动作时，在异质结界面形成二维电子气，成为载流子。
[0025]阻挡层16上形成源极电极18和漏极电极20。源极电极18和漏极电极20例如是金属电极，金属电极例如是以铝(Al)为主成分的电极。优选的是，源极电极18以及漏极电极20与阻挡层16之间是欧姆接触。源极电极18与漏极电极20的距离例如是18 μ m左右。
[0026]在阻挡层16上的源极电极18与漏极电极20之间设置第一覆盖层22。第一覆盖层22作为高电阻层而具备抑制栅极泄露电流的功能。
[0027]弟一復盖层22的杂质浓度是I X 10 atoms/cm以下。弟一復盖层22有杂质浓度为lX1017atomS/Cm3以下的区域。根据将第一覆盖层22设为高电阻的观点，杂质浓度为I X 1016atoms/cm3以下是优选的，为I X 1015atoms/cm3以下是更加优选的。
[0028]杂质浓度能够通过例如SIMS (Secondary 1n Mass Spectrometry, 二次离子质谱法)进行分析。
[0029]第一覆盖层22的禁带比沟道层14的禁带小。第一覆盖层22例如是非掺杂的AlzGa1 — ZN(O彡Z < 1，Y > Z)。更具体来说，例如是非掺杂的GaN。第一覆盖层22的膜厚例如是Inm以上1nm以下。第一覆盖层22是单晶体。
[0030]第一覆盖层22上具备P型的第二覆盖层24。p型的第二覆盖层24具备将沟道层14的电势抬高、使HEMT100的阈值上升的功能。
[0031]第二覆盖层24例如是P型的AluGa^NOXUC I)。更具体来说，例如是P型GaN。第二覆盖层24的膜厚例如是5nm以上500nm以下。
[0032]第二覆盖层24中含有的P型杂质例如是Mg(镁)。根据将沟道层14的电势抬高的观点，第二覆盖层24中的P型杂质的浓度为I X 1018atoms/cm3以上是优选的，为I X 1019atoms/cm3以上是更加优选的。第二覆盖层24是单晶体。
[0033]第二覆盖层24上设置栅极电极26。栅极电极26例如是金属电极。金属电极例如是以白金(Pt)和金(Au)的层叠构造为主的电极。栅极电极26与P型的第二覆盖层24之间为欧姆接触是优选的。
[0034]接着，说明本实施方式的半导体装置的制造方法的一例。
[0035]首先，准备基板10例如Si基板。接着，例如在Si基板上通过外延生长使缓冲层12生长。
[0036]接着，在缓冲层12上通过外延生长形成作为沟道层14的非掺杂的GaN、作为阻挡层16的非掺杂的Alci 2Gaci 8I
[0037]接着，通过外延生长将作为第一覆盖层22的非掺杂GaN、作为第二覆盖层24的p型GaN连续地成膜。例如将GaN的源气体向在外延生长装置内保持的基板10供给，形成非掺杂GaN。
[0038]之后，通过将Mg的源气体添加到GaN的源气体，将非掺杂的GaN和p型GaN连续地成膜。第一覆盖层22和第二覆盖层24例如在阻挡层16表面形成图案化的绝缘膜，选择性地生长在阻挡层16表面。
[0039]接着，在阻挡层16表面通过金属膜的成膜和图案化而形成源极电极18以及漏极电极20。此外，通过金属膜的成膜和图案化，在第二覆盖层24上形成栅极电极26。
[0040]上述，通过制造方法制造图1所示的半导体装置100。
[0041]接着，说明本实施方式的半导体装置100的作用以及效果。
[0042]本实施方式的HEMT100中，在栅极电极26的正下方存在P型的第二覆盖层24，从而沟道层14的电势抬高。因此，抑制二维电子气的产生，HEMT