半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术涉及半导体器件及其制造方法。HEMT和SBD两者形成在氮化物半导体衬底上。氮化物半导体衬底包括HEMT栅结构区和阳极电极区。第一层叠结构至少形成在HEMT栅结构区中，且包括第一至第三氮化物半导体层。至少在阳极电极区的一部分中形成第二层叠结构，且包括第一和第二氮化物半导体层。阳极电极接触第二氮化物半导体层的正面。至少在其中第二氮化物半导体层的正面接触阳极电极的接触区中，第二氮化物半导体层的正面被精加工成第二氮化物半导体层与阳极电极形成肖特基结的表面。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】相关申请的交叉引用本申请要求于2014年7月29日提交的日本专利申请N0.2014-153463的优先权，在此其公开内容通过引用并入本申请。
本文公开了一种在公共氮化物半导体衬底上形成常关场效应晶体管和肖特基势皇二极管的技术。
技术介绍
专利文献1 (日本专利申请公布N0.2011-205029)公开了一种利用控制沿异质结界面产生的二维电子气的栅电极电势在公共氮化物半导体衬底上形成肖特基势皇二极管(以下被称为SBD(肖特基势皇二极管))以及场效应晶体管(以下被称为HEMT(高电子迀移率晶体管))的技术。HEMT容易展现常开特性，因为阈值电压用作负电势。非专利文献1( “采用具有Si衬底上的平面隔离的常关栅注入晶体管的GaN单片反相器IC”，Yasuhiro Uemoto等人，IEDM 09-165-168，2009, IEEE)公开了一种在异质结界面和栅电极之间插入p型氮化物半导体层以实现常关特性的技术，其更容易控制。在专利文献1中，HEMT由SBD保护。虽然专利文献1公开了在公共氮化物半导体衬底上形成HEMT和SBD的技术，但是该技术不采用p型层实现HEMT的常关。虽然非专利文献1公开了通过采用p型层使HEMT常关，但是其中没有将SBD与HEMT 一起使用。非专利文献1公开了使用其中HEMT不必由二极管保护的电路。本说明书公开了一种技术，其在公共氮化物半导体衬底上形成通过采用p型层而常关HEMT和SBD。
技术实现思路
氮化物半导体不能容易地通过在其中注入受主杂质而转变为p型半导体。因此，当制造通过采用p型层而常关的HEMT时，采用其中p型层已经在结晶生长阶段进行结晶生长的层叠衬底。为此，在制造常关HEMT和SBD的过程中，当SBD和通过采用p型层而常关的HEMT形成在公共氮化物半导体衬底上时，准备包括p型层的层叠衬底，且随后在除其中形成HEMT的栅结构的区域之外的区域中执行p型氮化物半导体层的蚀刻和移除。更具体地，在形成SBD的区域中，从其中p型氮化物半导体层已经被蚀刻且已经暴露形成异质结界面的氮化物半导体层的状态制造SBD。在以下说明中，在除其中形成栅结构的区域之外的区域中被蚀刻和移除的p型氮化物半导体层被称为“氮化物半导体移除层”，且在移除氮化物半导体移除层之后暴露的氮化物半导体层被称为“氮化物半导体保留层”。在HEMT区域中，氮化物半导体保留层用作电子供应层。在形成SBD的区域中移除氮化物半导体移除层由此暴露氮化物半导体保留层的情况下，如果与氮化物半导体保留层形成肖特基结的阳极电极以及与氮化物半导体保留层形成欧姆结的阴极电极形成在氮化物半导体保留层上，则应获得SBD。但是，即使实际执行上述操作，也不能获得展现优选的整流特性的SBD。如专利文献1中公开的，能在公共氮化物半导体衬底上形成HEMT和SBD。但是如果实现通过使用P型层而使HEMT常关的技术，则不能获得展现优选的整流特性的SBD。虽然非专利文献1公开了通过采用P型层使HEMT常关的技术，但是采用了不需要二极管的电路，以便应对在采用其中p型层已经结晶生长的层叠衬底时不能获得展现优选的整流特性的SBD的问题。本说明书公开了一种在公共氮化物半导体衬底上形成通过采用p型层而常关的HEMT以及SBD两者的技术。对即使阳极电极和阴极电极形成在通过蚀刻p型氮化物半导体移除层而暴露的氮化物半导体保留层的正面上，也不能获得展现优选的整流特性的SBD的原因进行研究。研究结果发现，当通过蚀刻氮化物半导体移除层暴露氮化物半导体保留层时，对氮化物半导体保留层的暴露表面造成蚀刻损伤，且蚀刻损伤阻碍肖特基结形成在阳极电极和氮化物半导体保留层之间。结果进一步发现，如果实现防止蚀刻损伤出现的技术，防止蚀刻损伤不利地影响暴露表面的技术，和/或修复蚀刻损伤的技术，则变得能够通过在已经通过蚀刻氮化物半导体移除层而暴露的氮化物半导体保留层的正面上形成阳极电极和阴极电极而获得展现优选的整流特性的SBD。由于这种发现，因此已经研发了其中在公共氮化物半导体衬底上形成常关HEMT和SBD两者的新颖的半导体器件。该半导体器件可包括如下结构。氮化物半导体衬底可包括:其中形成HEMT的栅结构的HEMT栅结构区；以及其中形成SBD的阳极电极的阳极电极区。氮化物半导体衬底还可包括:至少在HEMT栅结构区中形成的层叠结构，且包括第一氮化物半导体层，结晶生长在第一氮化物半导体层的正面上的第二氮化物半导体层，以及结晶生长在第二氮化物半导体层的正面上的第三氮化物半导体层。氮化物半导体衬底可还包括至少形成在阳极电极区的一部分中的层叠结构，且包括第一氮化物半导体层和第二氮化物半导体层。更具体地，第三氮化物半导体层至少不存在于阳极电极区的该部分中。SBD的阳极电极可接触第二氮化物半导体层的正面。在上述说明中，第二氮化物半导体的带隙可大于第一氮化物半导体的带隙，且第三氮化物半导体可以是P型。至少在其中第二氮化物半导体层的正面接触阳极电极的接触区中，第二氮化物半导体层的正面可精加工成第二氮化物半导体层与阳极电极形成肖特基结的表面。当第二氮化物半导体层的正面被精加工成与阳极电极形成肖特基结的正面时，可获得展现优选的整流特性的SBD。可获得其中在公共氮化物半导体衬底上形成通过采用p型层而常关的HEMT以及展现优选的整流特性的SBD的半导体器件。例如，当A10膜暴露在第二氮化物半导体层的正面上时，至少在第二氮化物半导体层的正面接触阳极电极的接触区中，第二氮化物半导体层的正面可精加工成与阳极电极形成肖特基结的正面。可替选地，也通过形成包括深层和表面层的第二氮化物半导体层并建立表面层的带隙大于深层的带隙的关系，第二氮化物半导体层的正面可精加工成与阳极电极形成肖特基结的正面。在通过在包括氮气的气体中对半导体衬底执行热处理，通过蚀刻第三氮化物半导体层暴露第二氮化物半导体层之后，第二氮化物半导体层的正面也可精加工成与阳极电极形成肖特基结的正面。可替选地，可通过采用难以对第二氮化物半导体层造成蚀刻损伤的蚀刻方法蚀刻第三氮化物半导体层以暴露第二氮化物半导体层。同样在这种情况下，第二氮化物半导体层的正面可精加工成与阳极电极形成肖特基结的正面。如果在形成阳极电极的阳极电极区中没有移除第三氮化物半导体层，则第二氮化物半导体层的正面可精加工成与阳极电极形成肖特基结的正面。例如，在第三氮化物半导体层的结晶生长过程中，通过防止第三氮化物半导体层在将要形成阳极电极的区域中结晶生长，第二氮化物半导体层的正面可精加工成与阳极电极形成肖特基结的正面。可在其中形成阳极电极的区域的整个区域中移除第三氮化物半导体层。可替选地，在其中形成阳极电极的区域的一部分中，第三氮化物半导体层可层叠在第二氮化物半导体层的正面上。当存在于其中不存在第三氮化物半导体层且阳极电极和第二氮化物半导体层彼此直接接触的接触区中的第二氮化物半导体层的正面被精加工成与阳极电极形成肖特基结的正面时，可获得展现优选的整流特性的SBD。可存在于其中形成了阳极电极的阳极电极区的该部分中的第三氮化物半导体层改善SBD的击穿电压特性。本说明书还公开了一种制造包括了形成在公共氮化物半导体衬底上的HEMT和SBD的半导体器件的方法。制造方法可包括:准备包括结晶生长在第一氮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：氮化物半导体衬底，在该氮化物半导体衬底中形成有高电子迁移率晶体管(HEMT)和肖特基势垒二极管(SBD)这两者，其中，所述氮化物半导体衬底包括：HEMT栅结构区，在该HEMT栅结构区形成所述HEMT的栅结构；以及阳极电极区，在该阳极电极区形成所述SBD的阳极电极，其中，至少在所述HEMT栅结构区中形成第一层叠结构，并且所述第一层叠结构包括第一氮化物半导体层、结晶生长在所述第一氮化物半导体层的正面上的第二氮化物半导体层、以及结晶生长在所述第二氮化物半导体层的正面上的第三氮化物半导体层，至少在所述阳极电极区的一部分中形成第二层叠结构，并且所述第二层叠结构包括所述第一氮化物半导体层和所述第二氮化物半导体层，所述阳极电极与所述第二氮化物半导体层的所述正面相接触，所述第二氮化物半导体层的带隙大于所述第一氮化物半导体层的带隙，所述第三氮化物半导体层是p型，以及至少在所述第二氮化物半导体层的所述正面与所述阳极电极相接触的接触区中，将所述第二氮化物半导体层的所述正面精加工成这样的表面，所述第二氮化物半导体层通过该表面与所述阳极电极形成肖特基结。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：兼近将一，上田博之，富田英干，
申请(专利权)人：株式会社丰田中央研究所，丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP