半導(dǎo)體器件的制作方法
【專利說明】半導(dǎo)體器件
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]包括說明書、附圖和摘要的于2014年2月5日提交的日本專利申請(qǐng)N0.2014-019950的公開的全部?jī)?nèi)容通過引用并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，例如，涉及使用氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體器件。
【背景技術(shù)】
[0004]近年來，關(guān)注由其帶隙比硅(Si)的帶隙大的II1-V族化合物制成的半導(dǎo)體器件。其中，由氮化鎵制成的MISFET的優(yōu)點(diǎn)在于⑴擊穿電場(chǎng)大，⑵電子飽和速率高，(3)導(dǎo)熱率高，(4)可在AlGaN和GaN之間形成優(yōu)異的異質(zhì)結(jié)，以及(5)氮化鎵是無毒且安全性高的材料。
[0005]例如，日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開N0.2009-9993公開了其中具有AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的HFET布置在娃pin 二極管上的半導(dǎo)體器件。
[0006]另外，日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開N0.2010-40814公開了其中pn 二極管連接在GaN-HFET的源電極和漏電極之間的半導(dǎo)體器件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的發(fā)明人從事研宄和開發(fā)使用上述氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體器件，并且積極研宄了半導(dǎo)體器件特性的改進(jìn)。在該過程中，已發(fā)現(xiàn)，使用氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體器件的特性有進(jìn)一步改進(jìn)的空間。
[0008]根據(jù)本說明書和附圖的描述，其它問題和新穎的特征將變得清楚。
[0009]以下，將簡(jiǎn)要描述本申請(qǐng)中公開的實(shí)施例中的典型構(gòu)造的概況。
[0010]根據(jù)本申請(qǐng)中公開的實(shí)施例，提供了一種具有η型層、P型層、溝道層和阻擋層的半導(dǎo)體器件。該半導(dǎo)體器件還包括:柵電極，其布置在溝道層上方；源電極和漏電極，其形成在柵電極兩側(cè)中的阻擋層上方。P型層和源電極通過到達(dá)P型層的通孔內(nèi)的連接部彼此連接。另外，η型層和漏電極通過到達(dá)η型層的通孔內(nèi)的連接部彼此連接。
[0011]根據(jù)本申請(qǐng)中公開的下面典型實(shí)施例中描述的半導(dǎo)體器件，可改進(jìn)半導(dǎo)體器件的特性。
【附圖說明】
[0012]圖1是示意性示出根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的剖視圖；
[0013]圖2是示出根據(jù)第一實(shí)施例的元件的構(gòu)造的電路圖；
[0014]圖3是示出根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的平面圖；
[0015]圖4是示出根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的一個(gè)構(gòu)造的剖視圖；
[0016]圖5是示出根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的另一個(gè)構(gòu)造的剖視圖；
[0017]圖6是示出根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的又一個(gè)構(gòu)造的剖視圖；
[0018]圖7是示出根據(jù)第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖；
[0019]圖8是示出根據(jù)第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖，其示出圖7之后的制造過程的剖視圖；
[0020]圖9是示出根據(jù)第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖；
[0021]圖10是示出根據(jù)第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖；
[0022]圖11是示出根據(jù)第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的平面圖；
[0023]圖12是示出根據(jù)第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖，其示出圖8之后的制造過程的剖視圖；
[0024]圖13是示出根據(jù)第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖，其示出圖9之后的制造過程的剖視圖；
[0025]圖14是示出根據(jù)第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖，其示出圖10之后的制造過程的剖視圖；
[0026]圖15是示出根據(jù)第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的平面圖；
[0027]圖16是示出根據(jù)第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖，其示出圖12之后的制造過程的剖視圖；
[0028]圖17是示出根據(jù)第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖，其示出圖13之后的制造過程的剖視圖；
[0029]圖18是示出根據(jù)第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖，其示出圖14之后的制造過程的剖視圖；
[0030]圖19是示出根據(jù)第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的平面圖；
[0031]圖20是示出根據(jù)第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖，其示出圖16之后的制造過程的剖視圖；
[0032]圖21是示出根據(jù)第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖，其示出圖17之后的制造過程的剖視圖；
[0033]圖22是示出根據(jù)第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖，其示出圖18之后的制造過程的剖視圖；
[0034]圖23是示出根據(jù)第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖，其示出圖20之后的制造過程的剖視圖；
[0035]圖24是示出根據(jù)第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖，其示出圖21之后的制造過程的剖視圖；
[0036]圖25是示出根據(jù)第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖，其示出圖22之后的制造過程的剖視圖；
[0037]圖26是示出根據(jù)第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的平面圖；
[0038]圖27是示出根據(jù)第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖，其示出圖25之后的制造過程的剖視圖；
[0039]圖28是示出根據(jù)第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖，其示意性示出形成側(cè)壁絕緣膜的過程的剖視圖；
[0040]圖29是示出根據(jù)第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖，其示意性示出形成側(cè)壁絕緣膜的過程的剖視圖；
[0041]圖30是示出根據(jù)第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖，其示意性示出形成側(cè)壁絕緣膜的過程的剖視圖；
[0042]圖31是示出根據(jù)第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖，其示出圖23之后的制造過程的剖視圖；
[0043]圖32是示出根據(jù)第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖，其示出圖24之后的制造過程的剖視圖；
[0044]圖33是示出根據(jù)第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖，其示出圖27之后的制造過程的剖視圖；
[0045]圖34是示出根據(jù)第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的平面圖；
[0046]圖35是示意性示出根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的剖視圖；
[0047]圖36是示出根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的平面圖；
[0048]圖37是示出根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的剖視圖；
[0049]圖38是示出根據(jù)第二實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖；
[0050]圖39是示出根據(jù)第二實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖；
[0051]圖40是示出根據(jù)第二實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖，其示出圖39之后的制造過程的剖視圖；
[0052]圖41是示出根據(jù)第二實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖，其示出圖40之后的制造過程的剖視圖；
[0053]圖42是示出根據(jù)第二實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖，其示出圖41之后的制造過程的剖視圖；
[0054]圖43是示出根據(jù)第二實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖，其示出圖42之后的制造過程的剖視圖；
[0055]圖44是示出根據(jù)第二實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖，其示出圖43之后的制造過程的剖視圖；
[0056]圖45是示出根據(jù)第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的剖視圖；
[0057]圖46是示出根據(jù)第三實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖；
[0058]圖47是示出根據(jù)第三實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖，其示出圖46之后的制造過程的剖視圖；
[0059]圖48是示出根據(jù)第三實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖，其示出圖47之后的制造過程的剖視圖；
[0060]圖49是示出根據(jù)第三實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖，其示出圖48之后的制造過程的剖視圖；
[0061]圖50是示出根據(jù)第三實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖，其示出圖49之后的制造過程的剖視圖；
[0062]圖51是示出根據(jù)第三實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖，其示出圖50之后的制造過程的剖視圖；
[0063]圖52是示出根據(jù)第三實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖；
[0064]圖53是示出根據(jù)第三實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的過程的剖視圖；
[0065]圖54是示意性示出根據(jù)第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的剖視圖；
[0066]圖55是示意性示出根據(jù)第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的剖視圖；
[0067]圖56是示意性示出根據(jù)第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的剖視圖；
[0068]圖57是示出根據(jù)第五實(shí)施例的第一示例的半導(dǎo)體器件的主要部分的剖視圖；
[0069]圖58是示出根據(jù)第五實(shí)施例的第二示例的半導(dǎo)體器件的主要部分的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0070]下面的實(shí)施例是根據(jù)需要為了方便起見通過將實(shí)施例分成多個(gè)部分或?qū)嵤├齺砻枋龅?，然而，要理解，除非另外明確聲明，否則這些部分或?qū)嵤├舜瞬⒎遣幌嚓P(guān)，而是其中一個(gè)代表其中另一個(gè)的部分、整體是另一個(gè)的變形形式或細(xì)節(jié)、補(bǔ)充說明等。另外，在參考關(guān)于本發(fā)明下面實(shí)施例的元件的數(shù)字等(包括單位的數(shù)字、數(shù)值、數(shù)量、范圍等)的情況下，除非另外明確聲明并且除非基于理論顯而易見限于指定數(shù)字，否則本發(fā)明不限于指定數(shù)字，而是數(shù)字等要么可不小于指定數(shù)字，要么不大于指定數(shù)字。
[0071]另外，除非另外明確聲明并且除非基于理論顯而易見被認(rèn)為是必需的，否則下面實(shí)施例的構(gòu)成元件(包括作為元件的階段等)不總是必需的。類似地，當(dāng)在下面的實(shí)施例中提到構(gòu)成元件等的各個(gè)形狀和構(gòu)成元件之間的位置關(guān)系等時(shí)，除非另外明確聲明并且除非基于理論顯而易見被認(rèn)為是，否則形狀等包括與之有效地接近或類似的形狀。對(duì)于以上數(shù)字(包括單位的數(shù)字、數(shù)值、數(shù)量、范圍等)，同樣適用。
[0072]下文中，將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。在用于描述實(shí)施例的所有附圖中，相同的構(gòu)件在原理上由類似的參考標(biāo)號(hào)表示，從而省略了對(duì)其的詳細(xì)描述。另外，如果存在多個(gè)類似構(gòu)件(部分)，則在一般名稱的標(biāo)記中添加符號(hào)，以指示各個(gè)或特定部分。另外，在下面的描述中，除非特別需要，否則將不再重復(fù)對(duì)同樣或相同部分的描述。
[0073]另外，在下面的實(shí)施例中使用的一些附圖中，即使在剖視圖中可也省略陰影，以容易理解附圖。另外，即使在平面圖中也可添加陰影，以容易理解附圖。
[0074]另外，在剖視圖和平面圖中，相應(yīng)部分的大小并不對(duì)應(yīng)于真實(shí)裝置的大小，為了便于理解附圖，可相對(duì)大地顯示特定部分。另外，當(dāng)剖視圖對(duì)應(yīng)于平面圖時(shí)，為了便于理解附圖，可相對(duì)大地顯示特定部分。
[0075]第一實(shí)施例
[0076]下文中，將參照附圖詳細(xì)描述根據(jù)這個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件。
[0077](結(jié)構(gòu)描述)
[0078]圖1是示意性示出根據(jù)這個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的剖視圖。圖1中示出的根據(jù)這個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件(半導(dǎo)體元件)是由氮化物半導(dǎo)體制成的MIS(金屬絕緣體半導(dǎo)體)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。半導(dǎo)體器件可被用作高電子迀移率晶體管(HEMT)型功率晶體管。根據(jù)這個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件是所謂的凹柵型半導(dǎo)體器件。
[0079]在根據(jù)這個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，成核層NUC、緩沖層BU、n+層NL、n型層Dn、p型層Dp、溝道下伏層UC、溝道層(也稱為“電子轉(zhuǎn)移層”)CH和阻擋層BA以所述次序在襯底S上制成。成核層NUC由氮化物半導(dǎo)體層形成。緩沖層BU由單層或多層的氮化物半導(dǎo)體層形成，其中，形成深深度的雜質(zhì)被摻雜到氮化物半導(dǎo)體中。在這個(gè)示例中，使用具有多個(gè)氮化物半導(dǎo)體層的超晶格結(jié)構(gòu)(也稱為“超晶格層”)。η+層NL由其中η型雜質(zhì)被摻雜到氮化物半導(dǎo)體中的氮化物半導(dǎo)體層形成。η型層Dn由其中η型雜質(zhì)被摻雜到氮化物半導(dǎo)體中的氮化物半導(dǎo)體層形成，其為η型雜質(zhì)的濃度低于η+層NL的層。P型層Dp由其中P型雜質(zhì)被摻雜到氮化物半導(dǎo)體中的氮化物半導(dǎo)體層形成。溝道下伏層UC是確定上層的平面圖中的晶格常數(shù)的層，在平面方向上的晶格常數(shù)比溝道下伏層UC小的層經(jīng)受拉伸應(yīng)變，在平面方向上的晶格常數(shù)比溝道下伏層UC大的層經(jīng)受壓縮應(yīng)變。溝道層CH由電子親和力比溝道下伏層UC大的氮化物半導(dǎo)體層形成。阻擋層BA由電子親和力比溝道層CH小的氮化物半導(dǎo)體層形成。絕緣膜(未示出)形成在阻擋層BA上。覆蓋層可設(shè)置在絕緣膜(保護(hù)膜)和阻擋層BA之間。覆蓋層由電子親和力比阻擋層BA大的氮化物半導(dǎo)體層形成。
[0080]根據(jù)這個(gè)實(shí)施例的MISFET具有:柵電極GE，其通過柵絕緣膜GI形成；源電極SE和漏電極DE，其在溝道層CH上方，形成在柵電極GE兩側(cè)之間的阻擋層BA上。MISFET形成在被器件隔離區(qū)ISO分區(qū)的有源區(qū)AC中。另外，柵電極GE形成在穿透阻擋層BA的溝槽T內(nèi)，通過柵絕緣膜GI到達(dá)溝道層CH的部分。在器件隔離區(qū)ISO中，其中布置有隨后將描述的源極焊盤SP的區(qū)域可用器件隔離區(qū)ISOS來指示，其中布置有隨后將描述的漏極焊盤DP的區(qū)域可用區(qū)ISOD來指示。
[0081]在溝道層CH和阻擋層BA之間的界面附近，在溝道層CH側(cè)上產(chǎn)生二維電子氣(2DEG)。另外，當(dāng)向柵電極GE施加正電勢(shì)(閾值電勢(shì))時(shí)，在柵絕緣膜GE和溝道層CH之間的界面附近形成溝道。
[0082]通過下面的機(jī)制形成二維電子氣(2DEG)。構(gòu)成溝道層CH和阻擋層BA的氮化物半導(dǎo)體層(在這個(gè)示例中，基于氮化鎵的半導(dǎo)體層)的電子親和力(帶隙)互不相同，阻擋層BA由電子親和力小于溝道層CH的氮化物半導(dǎo)體層形成。為此原因，在這些半導(dǎo)體層的接合表面上產(chǎn)生講電勢(shì)(well potential)。電子積聚在講電勢(shì)內(nèi)，從而在溝道層CH和阻擋層BA之間的界面附近，產(chǎn)生二維電子氣(2DEG)。特別地，在這個(gè)示例中，由于溝道層CH和阻擋層BA由鎵(或鋁)平面生長(zhǎng)的氮化物半導(dǎo)體材料外延形成，因此由于自發(fā)極化效應(yīng)和壓電效應(yīng)，導(dǎo)致在溝道層CH和阻擋層BA的界面上產(chǎn)生固定正極化電荷，電子積聚，以嘗試中和正極化電荷。結(jié)果，更有可能形成二維電子氣(2DEG)。
[0083]在溝道層CH和阻擋層BA之間的界面附近形成的二維電子氣(2DEG)被其中形成柵電極GE的溝槽T劃分。為此原因，在根據(jù)這個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，在沒有向柵電極GE施加正電勢(shì)(閾值電勢(shì))的狀態(tài)下，可保持截止?fàn)顟B(tài)，在向柵電極GE施加正電勢(shì)(閾值電勢(shì))的狀態(tài)下，可保持導(dǎo)通狀態(tài)。以此方式，可進(jìn)行常閉操作。在導(dǎo)通狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)下，源電極SE的電勢(shì)是例如地電勢(shì)。另外，在導(dǎo)通狀態(tài)下，向漏電極DE施加比源電極SE高的電勢(shì)。
[0084]另外，溝道層CH夾在電子親和力比溝道層CH小的阻擋層BA和溝道下伏層UC之間，從而改善電子約束效應(yīng)。結(jié)果，可抑制短溝道效應(yīng)，可提高增益，可提高操作速度。另夕卜，如果溝道下伏層UC響應(yīng)于拉伸應(yīng)力受到應(yīng)變，則由壓電極化和自發(fā)極化造成的負(fù)電荷被引入溝道下伏層UC和溝道層CH之間的界面中。為此原因，閾值電勢(shì)移向正側(cè)。結(jié)果，可改善常閉可操作性。另外，當(dāng)溝道下伏層UC的應(yīng)變減小時(shí)，因?yàn)橛勺园l(fā)極化造成的負(fù)電荷被引入溝道下伏層UC和溝道層CH之間的界面中，所以閾值電勢(shì)移向正側(cè)。結(jié)果，可改善常閉可操作性。
[0085]在這個(gè)實(shí)施例中，布置連接部(也被稱為“通路”)VIAS，VIAS穿透器件隔離區(qū)ISOS并且到達(dá)器件隔離區(qū)ISOS下方的P型層Dp。另外，布置連接部(也被稱為“通路”)VIAD，VIAD穿透器件隔離區(qū)ISOD并且到達(dá)器件隔離區(qū)ISOD下方的η+層NL。η型層Dn通過連接部VIAD連接到漏電極(陰極)DE，P型層Dp通過連接部VIAS連接到源電極(陽(yáng)極)SE。η型層Dn和漏電極(陰極)DE通過η+層NL彼此連接。由ρ型層Dp和η型層Dn形成的pn二極管布置在源電極SE和漏電極DE之間。在圖2中示出元件(MISFET)中的源電極SE、漏電極DE和二極管的關(guān)系。圖2是示出根據(jù)這個(gè)實(shí)施例的元件的構(gòu)造的電路圖。為了防止連接部VIAD和ρ型層Dp之間電連接，在連接部VIAD的側(cè)壁部分上布置側(cè)壁絕緣膜SW?？赏ㄟ^側(cè)壁絕緣膜SW更有效地減小漏極漏電流。
[0086]如上所述，由ρ型層Dp和η型層Dn形成的二極管布置在源電極SE和漏電