特表 2023-517772 ノーマリオフ型デバイスおよびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-04-26

(54)【発明の名称】ノーマリオフ型デバイスおよびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/338 20060101AFI20230419BHJP

   H01L 21/265 20060101ALI20230419BHJP

【ＦＩ】

H01L29/80 H

H01L21/265 601Q

H01L21/265 F

H01L29/80 F

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022557065

(86)(22)【出願日】2021-03-03

(85)【翻訳文提出日】2022-09-20

(86)【国際出願番号】 CN2021078958

(87)【国際公開番号】W WO2021258770

(87)【国際公開日】2021-12-30

(31)【優先権主張番号】202021204318.9

(32)【優先日】2020-06-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522184383

【氏名又は名称】広東致能科技有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】黎子蘭

【テーマコード（参考）】

5F102

【Ｆターム（参考）】

5F102GB01

5F102GC01

5F102GD01

5F102GD10

5F102GJ03

5F102GJ10

5F102GK04

5F102GL04

5F102GL18

5F102GM04

5F102GQ01

5F102GR07

5F102GR09

5F102HC01

5F102HC07

5F102HC10

5F102HC21

(57)【要約】

本出願は、半導体の技術分野に属し、ノーマリオフ型デバイスおよびその製造方法を提供する。該ノーマリオフ型デバイスは、基板と、基板と接続する、第１のＰ型窒化物層と改質層とを含むエピタキシャル層と、第１のＰ型窒化物層および改質層のそれぞれと接続する障壁層と、障壁層と接続するゲート電極、並びに改質層と接続するソース電極およびドレイン電極と、を備え、改質層が第１のＰ型窒化物層の両側位置し、改質層が所定領域の第２のＰ型窒化物層を改質することにより形成されるものであり、第１のＰ型窒化物層と第２のＰ型窒化物層とが同期にエピタキシャル成長して形成されるものである。一部の領域で改質する方式がより容易に実現されるため、一部の領域のみに有効なＰ型および所要のデバイス構造を形成することをより容易に実現できる。本出願に係るノーマリオフ型デバイスにより、閾値電圧がより高く、ゲート漏れ電流がより低い効果を有する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板と接続する、第１のＰ型窒化物層と改質層とを含むエピタキシャル層と、
前記第１のＰ型窒化物層および前記改質層のそれぞれと接続する障壁層と、
前記障壁層と接続するゲート電極、並びに前記改質層と接続するソース電極およびドレイン電極と、を備え、
前記改質層が前記第１のＰ型窒化物層の両側に位置し、前記改質層が、所定領域の第２のＰ型窒化物層を改質することにより形成されるものであり、前記第１のＰ型窒化物層と前記第２のＰ型窒化物層とが同期にエピタキシャル成長して形成されるものである
ことを特徴とするノーマリオフ型デバイス。

【請求項2】

前記ノーマリオフ型デバイスは、バッファ層をさらに備え、前記バッファ層が前記基板とエピタキシャル層との間に形成される
ことを特徴とする請求項１に記載のノーマリオフ型デバイス。

【請求項3】

ソース電極領域、およびソース電極とドレイン電極との間の領域に位置する改質層の高さが前記第１のＰ型窒化物層の高さよりも低く、
前記改質層が前記第２のＰ型窒化物層および前記障壁層のそれぞれと接続するように、前記ソース電極領域、およびソース電極とドレイン電極との間の領域に位置する改質層が前記第２のＰ型窒化物層を部分的に改質することにより形成され、
前記ノーマリオフ型デバイスは、ボディ電極をさらに備え、前記ボディ電極が前記第２のＰ型窒化物層および前記ソース電極のそれぞれと接続する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のノーマリオフ型デバイス。

【請求項4】

前記第２のＰ型窒化物層のドーピング濃度は、エピタキシャル成長方向に沿って可変であることを特徴とする請求項３に記載のノーマリオフ型デバイス。

【請求項5】

前記第２のＰ型窒化物層のドーピング濃度は、エピタキシャル成長方向に沿って減少するようになることを特徴とする請求項４に記載のノーマリオフ型デバイス。

【請求項6】

前記第２のＰ型窒化物層のドーピング濃度は、エピタキシャル成長方向に沿って減少してから増加するようになることを特徴とする請求項４に記載のノーマリオフ型デバイス。

【請求項7】

前記ノーマリオフ型デバイスは、取付領域を備え、
前記取付領域が、前記障壁層、および前記ソース電極領域に位置する改質層を貫通して形成されるものであり、
前記ボディ電極が前記取付領域に設置される
ことを特徴とする請求項３～６のいずれか１項に記載のノーマリオフ型デバイス。

【請求項8】

前記ノーマリオフ型デバイスは、絶縁層をさらに備え、前記絶縁層が前記ゲート電極と前記障壁層との間に位置する
ことを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載のノーマリオフ型デバイス。

【請求項9】

前記ノーマリオフ型デバイスは、チャネル層をさらに備え、
前記チャネル層の一面が前記第１のＰ型窒化物および前記改質層のそれぞれと接続し、前記チャネル層の他面が前記障壁層、前記ソース電極および前記ドレイン電極と接続する
ことを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載のノーマリオフ型デバイス。

【請求項10】

基板を用意するステップ１と、
前記基板の成長面に沿って、第１のＰ型窒化物層と、前記第１のＰ型窒化物層の両側に位置し、かつ前記第１のＰ型窒化物層と同一平面に位置する第２のＰ型窒化物層とを含むエピタキシャル層を形成するステップ２と、
前記第２のＰ型窒化物層を改質して、前記第１のＰ型窒化物層の両側に改質層を形成するステップ３と、
前記第１のＰ型窒化物層および前記改質層の前記基板から離間する側に沿って障壁層を形成するステップ４と、
ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極を形成するステップ５を、を含む
ことを特徴とするノーマリオフ型デバイスの製造方法。

【請求項11】

基板の成長面に沿ってエピタキシャル層を形成するステップ２は、
前記基板の成長面に沿ってバッファ層を成長させるステップと、
前記バッファ層の表面で前記エピタキシャル層を成長させるステップと、を含む
ことを特徴とする請求項１０に記載の製造方法。

【請求項12】

前記ステップ３は、
前記第１のＰ型窒化物層の表面に沿ってマスクを形成するステップと、
前記第２のＰ型窒化物層が完全に改質されるまで、イオン注入の方式を用いて前記第２のＰ型窒化物層を改質するステップと、
マスクを除去するステップと、を含む
ことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の製造方法。

【請求項13】

マスクを除去するステップの後に、熱処理を行うことを特徴とする請求項１２に記載の製造方法。

【請求項14】

ステップ４の前に、チャネル層をエピタキシャル成長させることを特徴とする請求項１３に記載の製造方法。

【請求項15】

前記ゲート電極と前記障壁層との間に絶縁層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０～１３のいずれか１項に記載の製造方法。

【請求項16】

前記ステップ３は、
前記第１のＰ型窒化物層の表面に沿ってマスクを形成するステップと、
イオン注入の方式を用いてソース電極領域およびゲート電極とソース電極との間の領域の第２のＰ型窒化物層を部分的に改質するステップと、
ドレイン電極領域およびゲート電極とドレイン電極との間の領域に位置する第２のＰ型窒化物層が完全に改質されるまで、イオン注入の方式を用いてドレイン電極領域およびゲート電極とドレイン電極との間の領域に位置する第２のＰ型窒化物層を全部改質するステップと、
マスクを除去するステップと、を含み、
前記ステップ５の後に、第２のＰ型窒化物層および前記ソース電極のそれぞれと接続するボディ電極を形成するステップをさらに含む
ことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の製造方法。

【請求項17】

ドレイン電極領域およびゲート電極とドレイン電極との間の領域に位置する第２のＰ型窒化物層が完全に改質されるまで、イオン注入の方式を用いてドレイン電極領域およびゲート電極とドレイン電極との間の領域に位置する第２のＰ型窒化物層を改質するステップステップの前に、
マスクを除去し、同時に、ゲート電極領域、ゲート電極とソース電極との間の領域およびソース電極領域を覆うように新しいマスクを形成するステップをさらに含む
ことを特徴とする請求項１６に記載の製造方法。

【請求項18】

前記部分的な改質よび前記全部改質は、それぞれ異なるエネルギーおよびドーズ量を使用して第２のＰ型窒化物層にイオンを注入することによって行われる
ことを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載の製造方法。

【請求項19】

前記全部改質におけるイオン注入に使用するエネルギーおよびドーズ量が、前記部分的な改質におけるイオン注入に使用するエネルギーおよびドーズ量よりも大きい
ことを特徴とする請求項１８に記載の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、半導体の技術分野に属し、具体的に、ノーマリオフ型デバイスおよびその製造方法に関する。

【0002】

関係出願の相互参照
本出願は、２０２０年６月２４日に中国専利局に提出された、出願番号が２０２０２１２０４３１８．９であり、名称が「ノーマリオフ型デバイス」である中国出願に基づいて優先権を主張し、その内容のすべては本出願に参照として取り込まれる。

【背景技術】

【0003】

現在、ノーマリオフ型デバイスを製造するプロセスは、通常、障壁層にＰ－型窒化物半導体ゲート電極を形成するように行われる。障壁層の絶縁性が劣るため、比較的大きいゲート電流が発生してしまうことがある。また、障壁層で隔てられるため、ゲート電極がチャネルから遠く離れ、比較的に高い閾値電圧を得ることに不利である。

【0004】

上記のように、従来技術中において、ノーマリオフ型デバイスは、閾値電圧が比較的に低く、ゲート漏れ電流が比較的に大きい問題がある。

【発明の概要】

【0005】

本出願は、閾値電圧が比較的に低く、ゲート漏れ電流が比較的に大きい問題を解決できるノーマリオフ型デバイスおよびその製造方法を提供する。

【0006】

本出願は、下記の技術案を採用して上記の問題を解決する。

【0007】

一局面として、本出願に係るノーマリオフ型デバイスは、基板と、前記基板と接続する、第１のＰ型窒化物層と改質層とを含むエピタキシャル層と、前記第１のＰ型窒化物層および前記改質層のそれぞれと接続する障壁層と、前記障壁層と接続するゲート電極、並びに前記改質層と接続するソース電極およびドレイン電極と、を備え、前記改質層が前記第１のＰ型窒化物層の両側に位置し、前記改質層が所定領域の第２のＰ型窒化物層を改質することにより形成されるものであり、前記第１のＰ型窒化物層と前記第２のＰ型窒化物層とが同期にエピタキシャル成長して形成されるものである。

【0008】

任意選択で、前記ソース電極領域、およびソース電極とドレイン電極との間の領域に位置する改質層の高さが前記第１のＰ型窒化物層の高さよりも低く、前記改質層が前記第２のＰ型窒化物層および前記障壁層のそれぞれと接続するように、前記ソース電極領域、およびソース電極とドレイン電極との間の領域に位置する改質層が前記第２のＰ型窒化物層を部分的に改質することにより形成され、前記ノーマリオフ型デバイスは、ボディ電極をさらに備え、前記ボディ電極が前記第２のＰ型窒化物層および前記ソース電極のそれぞれと接続する。

【0009】

任意選択で、前記第２のＰ型窒化物層のドーピング濃度は、エピタキシャル成長方向に沿って可変である。

【0010】

任意選択で、前記第２のＰ型窒化物層のドーピング濃度は、エピタキシャル成長方向に沿って減少するようになる。

【0011】

任意選択で、前記第２のＰ型窒化物層のドーピング濃度は、エピタキシャル成長方向に沿って減少してから増加するようになる。

【0012】

任意選択で、前記ノーマリオフ型デバイスは、取付領域を備え、前記取付領域が、前記障壁層、および前記ソース電極領域に位置する改質層を貫通して形成されるものであり、前記ボディ電極が前記取付領域に設置される。

【0013】

任意選択で、前記ノーマリオフ型デバイスは、絶縁層をさらに備え、前記絶縁層が前記ゲート電極と前記障壁層との間に位置する。

【0014】

任意選択で、前記ノーマリオフ型デバイスは、チャネル層をさらに備え、前記チャネル層の一面が前記第１のＰ型窒化物および前記改質層のそれぞれと接続し、前記チャネル層の他面が前記障壁層、前記ソース電極および前記ドレイン電極と接続する。

【0015】

他の局面として、本出願に係るノーマリオフ型デバイス製造方法は、基板を用意するステップと、前記基板の成長面に沿って、第１のＰ型窒化物層と、前記第１のＰ型窒化物層の両側に位置し、前記第１のＰ型窒化物層と同期にエピタキシャル成長して形成される第２のＰ型窒化物層とを含むエピタキシャル層を形成するステップと、前記第２のＰ型窒化物層を改質して、前記第１のＰ型窒化物層の両側に改質層を形成するステップと、前記第１のＰ型窒化物層および前記改質層の前記基板から離間する側に沿って障壁層を形成するステップと、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極を形成するステップと、を含む。

【0016】

任意選択で、前記第２のＰ型窒化物層を改質して、前記第１のＰ型窒化物層の両側に改質層を形成するステップは、前記第１のＰ型窒化物層の表面に沿ってマスクを形成するステップと、前記第２のＰ型窒化物層が完全に改質されるように、イオン注入の方式を用いてソース電極領域およびゲート電極とソース電極との間の領域の前記第２のＰ型窒化物層を改質するステップと、マスクを除去するステップと、を含む。

【0017】

任意選択で、マスクを除去するステップの後に、熱処理を行う。

【0018】

任意選択で、障壁層を形成する前に、チャネル層をエピタキシャル成長させる。

【0019】

任意選択で、前記ゲート電極と前記障壁層との間に絶縁層を形成する。

【0020】

任意選択で、イオン注入の方式を用いてソース電極領域およびゲート電極とソース電極との間の領域の前記第２のＰ型窒化物層を改質するステップは、イオン注入の方式を用いて前記第２のＰ型窒化物層にＳｉ、Ｇｅ、ＮまたはＡｒを注入するステップを含む。

【0021】

任意選択で、前記第２のＰ型窒化物層を改質して、前記第１のＰ型窒化物層の両側のそれぞれに改質層を形成するステップは、前記第１のＰ型窒化物層の表面に沿ってマスクを形成するステップと、イオン注入の方式を用いて前記第２のＰ型窒化物層を部分的に改質するステップと、ドレイン電極領域およびゲート電極とドレイン電極との間の領域に位置する第２のＰ型窒化物層が完全に改質されるまで、イオン注入の方式を用いてドレイン電極領域およびゲート電極とドレイン電極との間の領域に位置する第２のＰ型窒化物層を改質するステップと、マスクを除去するステップと、を含む。

【0022】

任意選択で、ドレイン電極領域およびゲート電極とドレイン電極との間の領域に位置する第２のＰ型窒化物層が完全に改質されるまで、イオン注入の方式を用いてドレイン電極領域およびゲート電極とドレイン電極との間の領域に位置する第２のＰ型窒化物層を改質するステップの前に、マスクを除去し、同時に、ゲート電極領域、ゲート電極とソース電極との間の領域およびソース電極領域を覆うように新しいマスクを形成するステップをさらに含む。

【0023】

前記ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極を形成するステップの後に、前記第２のＰ型窒化物層および前記ソース電極のそれぞれと接続するボディ電極を形成するステップをさらに含む。

【0024】

任意選択で、イオン注入の方式を用いて前記第２のＰ型窒化物層を部分的に改質するステップは、第１エネルギーおよびドーズ量に基づいて第２のＰ型窒化物層にイオンを注入するステップを含む。

【0025】

ドレイン電極領域に位置する第２のＰ型窒化物層が完全に改質されるまで、イオン注入の方式を用いてドレイン電極領域に位置する第２のＰ型窒化物層を改質するステップは、第２エネルギーおよびドーズ量に基づいて前記第２のＰ型窒化物層にイオンを注入するステップを含む。

【0026】

前記第１エネルギーおよびドーズ量は、前記第２エネルギーおよびドーズ量よりも低い。

【0027】

本出願の上記の目的、特徴および利点をより明瞭にするため、以下、例を挙げて、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0028】

本出願の技術案をより明瞭に説明するため、以下、説明に必要な図面を簡単に説明する。説明する図面は、本出願のいくつかの実施形態を示すものにすぎず、範囲を限定するものではない。当業者は、発明能力を用いなくても、これらの図面をもとに他の関連図面を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】本出願に係るノーマリオフ型デバイスの断面図である。

【図2】本出願に係るノーマリオフ型デバイスの選択可能な構造の断面図である。

【図3】本出願に係るノーマリオフ型デバイスの選択可能な構造の断面図である。

【図4】本出願に係るノーマリオフ型デバイスの選択可能な構造の断面図である。

【図5】本出願に係るノーマリオフ型デバイスの製造方法のフローチャートである。

【図6】本出願に係る図２におけるステップＳ１０６の選択可能な実施ステップのフローチャートである。

【図7】本出願に係るノーマリオフ型デバイスの選択可能な構造の断面図である。

【図8】本出願に係るノーマリオフ型デバイスの選択可能な構造の製造方法のフローチャートである。

【図9】本出願に係る図５におけるステップＳ２０６の選択可能な実施ステップのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0030】

本出願の目的、技術案および利点をより明瞭にするため、以下、本出願における図面を参照しながら、本出願における技術案を明瞭かつ完全に説明し、説明される実施形態が本出願の一部の実施形態にすぎず、すべての実施形態ではないことは無論である。ここで図面を用いて示した本出願における部品は、様々な配置方法で配置、設計することができる。

【0031】

このため、以下の図面に示された本出願の実施形態に対する詳細な説明は、本出願の選択された実施形態を示すものにすぎず、保護しようとする本出願の範囲を限定するものではない。本出願の実施形態をもとに、当業者が発明能力を用いることなく得たすべての他の実施形態も、本出願の保護範囲に属する。

【0032】

なお、同様な符号は、図面において同様なものを示すので、１つの図面で定義された場合、他の図面でさらに定義、解釈することが不要になる。そして、本出願の説明において、「第１」、「第２」などの用語は、区別して説明するためのものにすぎず、相対重要性を明示または暗示するものではない。

【0033】

なお、本明細書において、第１および第２などのような関係用語は、1つのエンティティ若しくはアクションを別のエンティティ若しくはアクションから、必ずしもそのようなエンティティ若しくはアクション間に如何なる事実上のそのような関係または順序を要求または暗示することなく、区別するためのものにすぎない。なお、「有する」、「含む」といった用語およびそれらの任意の変化形は、非排他的な包含を網羅するように意図される。よって、一連の要素を含むプロセス、方法、物品または装置は、必ずしもこれらの要素に限定されず、明記されない、またはこれらのプロセス、方法、物品または装置に対して固有の他の要素を含んでもよい。特に断りがない限り、「～を含む」という表現で限定された要素について、前記要素を含むプロセス、方法、物品または装置がその他の同様な要素を有している状況を除外しない。

【0034】

本出願の説明において、「上」、「下」、「内」、「外」などの用語で表された方向または位置関係は、図面に基づくものであり、または該出願製品の通常の配置方向または位置関係であり、本出願を簡単、簡略に説明するためのものにすぎず、該当装置または要素が、必ずしも特定の方向を有したり、特定の方向に構成、操作されたり、することを明示または暗示するものではないため、本出願を限定するものではないと理解すべきである。

【0035】

本出願の説明において、明確な定義や限定がない限り、用語の「設置」、「接続」を広義に理解すべきである。例えば、固定接続でもよいし、取外し可能な接続でもよいし、一体的な接続でもよい。そして、機械的な接続でもよいし、電気的な接続でもよい。また、直接接続してもよいし、中間物を介して間接的に接続してもよいし、２つの素子の内部が連通してもよい。当業者は、本出願における上記用語の具体的な意味を、具体的な状況に応じて理解することができる。

【0036】

以下、図面を参照しながら、本出願の選択可能な実施形態を詳細に説明する。矛盾がない限り、下記の特徴を相互結合させることができる。

【0037】

背景技術に記載されたように、現在、ノーマリオフ型デバイスを製造するプロセスは、通常、障壁層にＰ－型窒化物半導体ゲート電極を形成するように行われる。障壁層の絶縁性が劣るため、比較的に大きいゲート電流が発生してしまうことがある。また、障壁層で隔てられるため、ゲート電極がチャネルから遠く離れ、比較的に高い閾値電圧を得ることに不利である。

【0038】

本出願は、上記の状況に鑑みて、一部の領域のＰ型窒化物層を改質層に改質することにより、プロセスをより容易に実現できるとともに、ノーマリオフ型デバイスの閾値電圧を上げ、ノーマリオフ型デバイスのゲート漏れ電流を低減できるノーマリオフ型デバイスを提供する。

【0039】

以下、本出願に係るノーマリオフ型デバイスを例示的に説明する。

【0040】

図１に示すように、選択可能な実施形態において、該ノーマリオフ型デバイス１００は、基板１１０と、エピタキシャル層と、障壁層１６０と、電極とを備える。エピタキシャル層は、第１のＰ型窒化物層１３０と改質層１４０とを含み、改質層１４０が第１のＰ型窒化物層１３０の両側に位置する。本出願に係る改質層１４０は、所定領域の第２のＰ型窒化物層を改質することにより形成されるものであり、第１のＰ型窒化物層１３０と第２のＰ型窒化物層とが同期にエピタキシャル成長して形成されるものである。また、第１のＰ型窒化物層１３０と改質層１４０とが同じ層に位置する。

【0041】

本出願において、基板１１０の材料に対して限定しなく、例えば、基板１１０が、サファイア基板１１０、シリコン基板１１０などであってもよい。

【0042】

任意選択で、図２に示すように、本出願に係るエピタキシャル層は、バッファ層１２０をさらに含む。製造過程において、まず基板１１０の成長面に沿ってバッファ層１２０を成長させ、そしてバッファ層１２０の表面でＰ型窒化物層を成長させる。任意選択で、バッファ層を設けなくてもよく、すなわち、基板１１０の成長面に沿って直接Ｐ型窒化物層を成長させることも可能である。

【0043】

本出願に記載のバッファ層１２０がＧａＮ層であり、Ｐ型窒化物層がＰ型ＧａＮ層である。なお、Ｐ型ＡｌＧａＮ層などの他の材料であってもよい。説明を容易にするため、本出願に係るＰ型窒化物層は、第１のＰ型窒化物層１３０と第２のＰ型窒化物層とを含む。第１のＰ型窒化物層１３０がゲート電極領域に位置する。第２のＰ型窒化物層が、ソース電極領域、ゲート電極とソース電極との間の領域、ドレイン電極領域およびゲート電極とドレイン電極との間の領域のそれぞれに位置し、且つ第２のＰ型窒化物層が第１のＰ型窒化物層１３０の両側に位置する。

【0044】

なお、第１のＰ型窒化物層１３０と第２のＰ型窒化物層とは、実際に、同時に成長して形成されるものであるため、両方のドーピング濃度が同じである。一実施形態として、第１のＰ型窒化物層１３０と第２のＰ型窒化物層とは、高さも同じである。

【0045】

また、本出願に記載の改質とは、第２のＰ型窒化物層の活性を変え、すなわち活性なＰ型ＧａＮをＮ型または高抵抗状態または絶縁型に変えることを指す。一実施形態として、例えば、Ｓｉ、ＧｅなどのＮ型不純物を注入するようなイオン注入の方式を用いて第２のＰ型窒化物層の性質を変える。また、イオン注入を用いて該Ｐ型ＧａＮを高抵抗状態または絶縁状態にしてもよい。注入する選択可能な不純物がＮ、Ａｒなどを含む。

【0046】

なお、上記の構造をもとに、障壁層１６０を成長させ、このとき、第２のＰ型窒化物層がすでに改質され、障壁層１６０と接触するＰ型窒化物層が第１のＰ型窒化物層１３０のみである。そして、障壁層１６０にゲート電極を形成するとともに、両側の改質層１４０が露出するまで両側の障壁層１６０をエッチングし、そしてソース電極およびドレイン電極をそれぞれ形成する。本出願に係る障壁層１６０の材料は、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮまたはＡｌＩｎＧａＮであってもよい。

【0047】

なお、改質された領域においてＰ型窒化物層による二次元電子ガスの空乏化が発生することがない。このため、比較的によい輸送性質が保証される。また、イオン注入の方式を用いて第１のＰ型窒化物層１３０を形成する場合、結晶構造を損傷することが発生しやすい。これに対して、本出願において、材料成長法を用いて第１のＰ型窒化物層１３０を形成するので、結晶構造の損傷を招きにくい。また、イオン注入でＮ型ドーピングを注入する方法を用いて、一部の領域のＰ型窒化物層をＮ型または絶縁型に改質することを容易に実現できる。これによって、一部の領域のみに有効なＰ型窒化物層および所要のデバイス構造を形成することを実現できる。

【0048】

そして、上記の設置方式によれば、二次元電子ガスが部分的または全部空乏化されることがないため、デバイスのオン抵抗の増加が発生しない。また、第１のＰ型窒化物層１３０がドレイン電極から離れて設置されるため、デバイスの破壊電圧がより高い。

【0049】

選択可能な実施形態として、第１のＰ型窒化物層１３０または注入された不純物の散乱などを低減し、チャネル電子の移動度を向上させるため、図３に示すように、本出願に係るノーマリオフ型デバイス１００は、チャネル層１５０をさらに備える。チャネル層１５０の一面が第１のＰ型窒化物および改質層１４０のそれぞれと接続し、チャネル層１５０の他面が障壁層１６０、ソース電極およびドレイン電極と接続する。本出願において、ゲート電極は、障壁層によって隔てられてチャネルから遠く離れたことがないため、より比較的に高い閾値電圧を得ることに有利である。

【0050】

そして、デバイスをより安定にするため、図４に示すように、障壁層１６０にパッシベーション層１７０をさらに形成してもよい。また、ゲート漏れ電流を低減するため、ゲート電極と障壁層１６０との間に位置する絶縁層（図示しない）をさらに形成してもよい。

【0051】

該構造をもとに、本出願は、ノーマリオフ型デバイスの製造方法を提供する。図５に示すように、該方法は、下記のステップを含む。

【0052】

ステップＳ１０２において、基板を用意する。

【0053】

ステップＳ１０４において、基板の成長面に沿って、エピタキシャル層を形成し、エピタキシャル層が、第１のＰ型窒化物層と第２のＰ型窒化物層とを含み、第２のＰ型窒化物層が第１のＰ型窒化物層の両側に位置し、第１のＰ型窒化物層および第２のＰ型窒化物層が同一平面に位置する。

【0054】

ステップＳ１０６において、第２のＰ型窒化物層を改質して、第１のＰ型窒化物層の両側に改質層を形成する。

【0055】

ステップＳ１０８において、第１のＰ型窒化物層および改質層の基板から離間する側に沿って障壁層を形成する（障壁層は、第１のＰ型窒化物層および改質層の上方に位置する）。

【0056】

ステップＳ１１０において、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極を形成する。

【0057】

任意選択で、ステップＳ１０４における基板の成長面に沿ってエピタキシャル層を形成するステップは、
基板の成長面に沿ってバッファ層を成長させるステップＳ１０４１と、
バッファ層の表面でエピタキシャル層を成長させるステップＳ１０４２と、を含む。

【0058】

任意選択で、図６に示すように、ステップＳ１０６は、
第１のＰ型窒化物層の表面に沿ってマスクを形成するステップＳ１０６１と、
第２のＰ型窒化物層が完全に改質されるまで、イオン注入の方式を用いて第２のＰ型窒化物層を改質するステップＳ１０６２と、
マスクを除去するステップＳ１０６３と、を含む。

【0059】

なお、イオン注入による損傷を軽減するため、マスクを除去したあと熱処理などを行ってもよい。

【0060】

また、ステップＳ１０６２において、イオン注入の方式を用いて第２のＰ型窒化物層にＳｉ、Ｇｅ、ＮまたはＡｒを注入してもよい。Ｓｉ、ＧｅなどのＮ型不純物を注入する場合、第２のＰ型窒化物層をＮ型に改質することができ、Ｎ、Ａｒなどの不純物を注入する場合、第２のＰ型窒化物層を高抵抗状態または絶縁状態に改質することができる。

【0061】

任意選択で、第１のＰ型窒化物層または注入された不純物による散乱などを低減し、チャネル電子の移動度を向上させるため、障壁層を形成する前に、１層のチャネル層を先にエピタキシャル成長させてもよい。また、デバイスをより安定にするため、通常、障壁層にパッシベーション層を形成する。また、ゲート漏れ電流を低減するため、ゲート電極と障壁層との間に絶縁層を形成してもよい。

【0062】

上記の構造において、第１のＰ型窒化物層１３０のみが存在し、かつ該領域の第１のＰ型窒化物層１３０が外部電極と接続していないため、デバイスの閾値電圧が不安定になることがある。

【0063】

上記の状況に鑑みて、デバイスの閾値電圧をより安定にするため、本出願は、ノーマリオフ型デバイス１００のもう１種の構造をさらに提供する。以下、上記の構造と相違した部分のみを説明し、共通点が上記の内容を参照することができる。

【0064】

図７に示すように、一実施形態において、ドレイン電極領域、およびゲート電極とドレイン電極との間の領域に位置する改質層１４０の高さは、第１のＰ型窒化物層１３０の高さと同じであり、ソース電極領域、およびゲート電極とソース電極との間の領域に位置する改質層１４０の高さは、第１のＰ型窒化物層１３０の高さよりも低く、かつソース電極領域、およびゲート電極とソース電極との間の領域に位置する改質層１４０が、改質層１４０が第２のＰ型窒化物層および障壁層１６０のそれぞれと接続するように、第２のＰ型窒化物層を部分的に改質することにより形成されるものである。そして、ノーマリオフ型デバイス１００は、ボディ電極１８０をさらに備え、ボディ電極１８０が第２のＰ型窒化物層およびソース電極のそれぞれと接続する。

【0065】

なお、該構造において、ソース電極領域、およびゲート電極とソース電極との間の領域の第２のＰ型窒化物層の一部を残し、第２のＰ型窒化物層の上部のみを改質することで、第２のＰ型窒化物層の下部と第１のＰ型窒化物層１３０との電気的接続により、その電位を制御することができる。実際の作製過程において、先にゲート電極領域でマスクを形成し、そして両側の第２のＰ型窒化物層を改質する。このとき、イオン注入のエネルギーおよびドーズ量が比較的に低いため、第２のＰ型窒化物層の上部のみが性質が変えられ、第２のＰ型窒化物層の下部がそのまま活性層として存在することになる。

【0066】

そして、マスクを除去し、同時に、ゲート電極領域、ゲート電極とソース電極との間の領域およびソース電極領域を覆うように新しいマスクを形成する。さらに、高エネルギーおよび高ドーズ量でイオンをドレイン電極領域、およびゲート電極とドレイン電極との間の領域に注入して、ドレイン電極領域およびゲート電極とドレイン電極との間の領域の第２のＰ型窒化物層を全部Ｎ型または絶縁型に改質する。最後、マスクを除去する。

【0067】

任意選択で、電極が形成されたあと、ソース電極領域に対してエッチングを行って取付領域を形成する。取付領域が障壁層１６０、およびソース電極領域に位置する改質層１４０を貫通して形成されるものであり、ボディ電極１８０が取付領域に設置される。

【0068】

任意選択で、ドレイン電極領域およびゲート電極とドレイン電極との間の領域の第２のＰ型窒化物層に対して同じ処理を行うことができる。つまり、ドレイン電極領域およびゲート電極とドレイン電極との間の領域に位置する改質層が第２のＰ型窒化物層および障壁層１６０のそれぞれと接続するように、ドレイン電極領域およびゲート電極とドレイン電極との間の領域の第２のＰ型窒化物層を部分的に改質してもよい。

【0069】

なお、改質効果およびボディ電極との接触効果をよりよいにするため、本出願に係る第２のＰ型窒化物層のドーピング濃度は、エピタキシャル成長方向に沿って可変である。例えば、任意選択で、第２のＰ型窒化物層のドーピング濃度は、エピタキシャル成長方向に沿って減少し、つまり、第２のＰ型窒化物層において、バッファ層に近接する側のドーピング濃度が比較的に高く、バッファ層から離間する側のドーピング濃度が比較的に低くする。この場合、ボディ電極と第２のＰ型窒化物層とが良好なオーミック接触を形成するように、取付領域が、直接該高濃度領域まで延在するように形成される。また、任意選択で、第２のＰ型窒化物層のドーピング濃度は、エピタキシャル成長方向に沿って減少してから増加する。つまり、第２のＰ型窒化物層において、バッファ層に近接する側のドーピング濃度が比較的に高く、中間領域のドーピング濃度が比較的に低く、バッファ層から離間する側のドーピング濃度も比較的に高くする。この場合、取付領域を形成するとき、ボディ電極と第２のＰ型窒化物層とが良好なオーミック接触を形成するように、取付領域が、バッファ層に近接する高濃度領域まで延在するように形成される。また、第２のＰ型窒化物層の上部を改質するとき、高濃度ドーピングを用いるため、ゲート電極の下方の改質されていないＰ型窒化物領域のドーピング濃度が比較的に高いので、比較的に高い閾値電圧を得ることができる。

【0070】

また、本出願は、上記の構造を有するノーマリオフ型デバイスの製造方法をさらに提供する。図８に示すように、該方法は、下記のステップを含む。

【0071】

ステップＳ２０２において、基板を用意する。

【0072】

ステップＳ２０４において、基板の成長面に沿って、エピタキシャル層を形成し、エピタキシャル層が、第１のＰ型窒化物層と第２のＰ型窒化物層とを含み、第２のＰ型窒化物層が第１のＰ型窒化物層の両側に位置し、第１のＰ型窒化物層と第２のＰ型窒化物層とが同期にエピタキシャル成長して形成されるものである。

【0073】

ステップＳ２０６において、第２のＰ型窒化物層を改質して、第１のＰ型窒化物層の両側に改質層を形成する。

【0074】

ステップＳ２０８において、第１のＰ型窒化物層および改質層の基板から離間する側に沿って障壁層を形成する。

【0075】

ステップＳ２１０において、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極を形成する。

【0076】

ステップＳ２１２において、第２のＰ型窒化物層およびソース電極のそれぞれと接続するボディ電極を形成する。

【0077】

任意選択で、ステップＳ２０４における基板の成長面に沿ってエピタキシャル層を形成するステップは、
基板の成長面に沿ってバッファ層を成長させるステップＳ２０４１と、
バッファ層の表面でエピタキシャル層を成長させるステップＳ２０４２と、を含む。

【0078】

任意選択で、図９に示すように、ステップＳ２０６は、
第１のＰ型窒化物層の表面に沿ってマスクを形成するステップＳ２０６１と、
イオン注入の方式を用いてソース電極領域およびゲート電極とソース電極との間の領域の第２のＰ型窒化物層を部分的に改質するステップＳ２０６２と、
ドレイン電極領域およびゲート電極とドレイン電極との間の領域に位置する第２のＰ型窒化物層が完全に改質されるまで、イオン注入の方式を用いてドレイン電極領域およびゲート電極とドレイン電極との間の領域に位置する第２のＰ型窒化物層を改質するステップＳ２０６３と、
マスクを除去するステップＳ２０６４と、を含む。

【0079】

任意選択で、ステップＳ２０６２およびステップＳ２０６３は、それぞれ異なるエネルギーおよびドーズ量を使用して第２のＰ型窒化物層にイオンを注入する。

【0080】

任意選択で、ステップＳ２０６３に使用するエネルギーおよびドーズ量がステップＳ２０６２に使用するエネルギーおよびドーズ量よりも大きいようにする。

【0081】

任意選択で、ステップＳ２０６３を実行する前に、マスクを除去し、同時に、ゲート電極領域、ゲート電極とソース電極との間の領域およびソース電極領域を覆うように新しいマスクを形成する。

【0082】

上記のように、本出願は、少なくとも下記の有益な効果を有する。

【0083】

本出願は、ノーマリオフ型デバイスを提供し、該ノーマリオフ型デバイスは、基板と、基板と接続する、第１のＰ型窒化物層と改質層とを含むエピタキシャル層と、第１のＰ型窒化物層および改質層のそれぞれと接続する障壁層と、障壁層と接続するゲート電極、並びに改質層と接続するソース電極およびドレイン電極と、を備え、改質層が第１のＰ型窒化物層の両側に位置し、改質層が所定領域の第２のＰ型窒化物層を改質することにより形成されるものであり、第１のＰ型窒化物層と第２のＰ型窒化物層とが同期にエピタキシャル成長して形成されるものである。一部の領域で改質する方式がより容易に実現されるため、一部の領域のみに有効なＰ型および要のデバイス構造を形成することをより容易に実現できる。

【0084】

上記記載は、本出願の好ましい実施形態にすぎず、本出願を限定するものではない。当業者にとって、本出願に各種の変更や変化を有してもよい。本出願の精神および原理から逸脱しない限り、行った如何なる変更、均等置換、改良なども、本出願の保護範囲内に属する。

【0085】

当業者にとって、本出願は上記の例示的な実施形態の細部に限定されず、本出願の精神または基本的な特徴から逸脱しない限り、他の具体的な形態で本出願を実施してもよい。このため、実施形態は、例示的なものであり、非限定的なものである。本出願の範囲は、上記の説明ではなく特許請求の範囲により決められるため、請求の範囲内でのすべての変更および請求の範囲と均等の範囲が含まれることが意図される。請求の範囲の如何なる符号を関連の請求項を限定するものとみなすべきではない。

【産業上の利用可能性】

【0086】

本出願に係るノーマリオフ型デバイスは、一部の領域で改質する方式を用いるため、一部の領域のみに有効なＰ型窒化物層および所要のデバイス構造を形成することをより容易に実現できる。

【符号の説明】

【0087】

１００…ノーマリオフ型デバイス
１１０…基板
１２０…バッファ層
１３０…第１のＰ型窒化物層
１４０…改質層
１５０…チャネル層
１６０…障壁層
１７０…パッシベーション層
１８０…ボディ電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【国際調査報告】