異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體器件，例如高電子迀移率晶體管（highelectron mobilitytransistors，HEMTs)和肖特基二極管，并涉及在此類器件中使用半導(dǎo)體鈍化層。
【背景技術(shù)】
[0002] 半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)器件可以包括設(shè)置在襯底上的第一層和設(shè)置在第一層上的第二層， 其中第一層為半導(dǎo)體材料，第二層的半導(dǎo)體材料與第一層不同。兩層之間的界面為異質(zhì)結(jié)。 通過兩種不同的半導(dǎo)體材料的適當(dāng)選擇，兩種半導(dǎo)體之間的區(qū)別將使得界面上形成二維電 子氣（two-dimensionalelectrongas，2DEG)。合適的半導(dǎo)體材料包括III-V族半導(dǎo)體，其 中包括周期表中III族內(nèi)選擇的至少一個金屬元素，如鋁、鎵和銦；以及周期表中V族內(nèi)選 擇的非金屬元素，如氮、磷和砷。其中的一層可以摻雜以形成P型半導(dǎo)體。另一層可以摻雜 以形成N型半導(dǎo)體或不摻雜，或者也摻雜形成P型半導(dǎo)體，但該層的P型摻雜濃度低于前述 的P型摻雜的濃度。
[0003] 對于高功率和高溫應(yīng)用來說，可能特別地需要包括GaN的第一層和AlGaN的第二 層的器件。對于高效功率轉(zhuǎn)換器而言，需要快速切換、低傳導(dǎo)損失及高達(dá)lkV電壓下的工作 能力，GaN/AlGaN器件是較好的候選。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體器件，其包括：襯底；設(shè)置在襯底 上的多層結(jié)構(gòu)；多層結(jié)構(gòu)包括：第一層，包括設(shè)置在襯底上的第一半導(dǎo)體；第二層，包括設(shè) 置在第一層上的第二半導(dǎo)體，以在第一層與第二層之間形成界面，其中第二半導(dǎo)體與第一 半導(dǎo)體不同，從而在界面附近處形成二維電子氣；以及鈍化層，包括設(shè)置在第二層上的半導(dǎo) 體鈍化層；第一端，電耦合至異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體器件的第一區(qū)域；第二端，電耦合至異質(zhì)結(jié)半導(dǎo) 體器件的第二區(qū)域，其中第二端電耦合到半導(dǎo)體鈍化層，從而電荷能夠從半導(dǎo)體鈍化層流 入第二端。
[0005] 第一半導(dǎo)體可以是第一III-V族半導(dǎo)體。第二半導(dǎo)體可以是第二III-V族半導(dǎo)體。
[0006] III-V族半導(dǎo)體可以包括周期表中III族內(nèi)選擇的任意金屬元素以及周期表中V 族內(nèi)選擇的任意非金屬元素。
[0007] III-V族半導(dǎo)體可以包括金屬元素鋁、鎵和銦中的一個或多個。III-V族半導(dǎo)體可 以包括氮化物半導(dǎo)體、或磷化物半導(dǎo)體、或砷化物半導(dǎo)體。
[0008] III-V族半導(dǎo)體可以包括半導(dǎo)體氮化鎵、氮化鋁、氮化銦、氮化鋁鎵、氮化鋁銦、氮 化鎵銦、氮化鋁鎵銦、磷化鎵、磷化鋁、磷化銦、磷化鋁鎵、磷化鋁銦、磷化鎵銦、磷化鋁鎵銦、 砷化鎵、砷化鋁、砷化銦、砷化鋁鎵、砷化鋁銦、砷化鎵銦以及砷化鋁鎵銦中的任意。
[0009] 第一層可以是摻雜第一密度P型摻雜物的P型半導(dǎo)體。第二層可以是N型半導(dǎo)體， 或第二層可以是未摻雜半導(dǎo)體，或者第二層可以是摻雜有第二密度的P型摻雜物的P型半 導(dǎo)體，其中第二密度小于第一密度。
[0010] 半導(dǎo)體鈍化層可以包括半絕緣多晶硅。
[0011] 鈍化層可以進(jìn)一步包括介電層，介電層設(shè)置在半導(dǎo)體鈍化層和第二層之間。
[0012] 鈍化層包括與第二層直接接觸的半導(dǎo)體鈍化層。第一層可包括氮化鎵。第二層可 包括氮化鋁鎵。
[0013] 半導(dǎo)體鈍化層可具有至少為psquaMlOTOT1Mt的薄層電阻，其中：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括： 襯底； 設(shè)置在襯底上的多層結(jié)構(gòu)，所述多層結(jié)構(gòu)包括： 第一層，包括設(shè)置在襯底上的第一半導(dǎo)體； 第二層，包括設(shè)置在第一層上的第二半導(dǎo)體，以在第一層與第二層之間形成界面，其中 第二半導(dǎo)體與第一半導(dǎo)體不同，從而在界面附近處形成二維電子氣； 鈍化層，包括設(shè)置在第二層上的半導(dǎo)體鈍化層； 第一端，電耦合至異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體器件的第一區(qū)域； 第二端，電耦合至異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體器件的第二區(qū)域，其中第二端電耦合到半導(dǎo)體鈍化層， 從而電荷能夠從半導(dǎo)體鈍化層流入第二端。
2. 如權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體器件，其特征在于：所述第一半導(dǎo)體是第一 III-V 族半導(dǎo)體，以及第二半導(dǎo)體是第二III-V族半導(dǎo)體。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體器件，其特征在于：半導(dǎo)體鈍化層包括半絕 緣多晶娃。
4. 如在先任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述鈍化層進(jìn)一步 包括介電層，所述介電層設(shè)置在所述半導(dǎo)體鈍化層和所述第二層之間。
5. 如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體器件，其特征在于：所述鈍化層包 括與第二層直接接觸的半導(dǎo)體鈍化層。
6. 如在先任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體器件，其特征在于：所述第一層包括氮 化鎵。
7. 如在先任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體器件，其特征在于：所述第二層包括氮 化鋁鎵。
8. 如在先任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體器件，其特征在于：所述半導(dǎo)體鈍化層 具有至少是 P square lower limit 的薄層電阻，其中： n - vStress ^finger, Psquare lower limit > 其中Vstress是施加到第一端的偏置電壓； Wf ingOT是第一端在第一方向上的寬度； 1^@是第一端與第二端之間在第二方向上的物理距離；其中第二方向垂直于第一方 向；以及 Ileak是第一端與第二端之間在器件中流經(jīng)除了半導(dǎo)體鈍化層以外的任何電路徑上的 電流泄漏。
9. 如在先任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體器件，其特征在于：所述半導(dǎo)體鈍化層 具有不大于 P square upper limit 的薄層電阻，其中： - TVstress · Psquare upper limit ---- ， cInInj Ldrift 其中τ是從第二層注入到半導(dǎo)體鈍化層的電荷的建立的時間常數(shù)； Vstass是施加到第一端的反向偏置電壓； q是電子電荷； ninj是在二維電子氣中的電子的數(shù)量密度；以及 1^@是第一端與第二端之間的物理距離。
10. 如在先任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體器件，其特征在于：所述半導(dǎo)體鈍化 層具有IO9歐姆至10 15歐姆的薄層電阻。
11. 如在先任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體器件，其特征在于：第一端與異質(zhì)結(jié) 器件之間的電耦合包括與第二層的肖特基接觸；第二端與異質(zhì)結(jié)器件之間的電耦合包括與 第二層的歐姆接觸；從而所述器件配置為包括肖特基二極管。
12. 如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體器件，其特征在于，進(jìn)一步包括第 三端，第三端電耦合至異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體器件的第三區(qū)域，從而第一端位于第二端與第三端之 間。
13. 如權(quán)利要求12所述的異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體器件，其特征在于： 第三端包括源極； 第二端包括漏極； 第一端包括柵極； 其中異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體器件配置為包括高電子迀移率晶體管。
14. 如權(quán)利要求12所述的異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體器件，其特征在于：進(jìn)一步包括介電層，介電層 設(shè)置在第二層與半導(dǎo)體鈍化層之間；其中： 第三端包括源極，源極電耦合到第二層，從而電荷能夠從第三端流到第二層； 第二端包括漏極，漏極電耦合到第二層，從而電荷能夠從第二層流到第二端； 第一端包括柵極，柵極設(shè)置在介電層上； 其中異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體器件配置為包括金屬-絕緣介質(zhì)-半導(dǎo)體高電子迀移率晶體管。
15. -種包括前述任一權(quán)利要求所述的異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體器件的集成電路。
【專利摘要】一種異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體器件(200)包括襯底(202)和設(shè)置在襯底上的多層結(jié)構(gòu)。多層結(jié)構(gòu)包括第一層(204)和第二層(206)；第一層包括設(shè)置在襯底上的第一半導(dǎo)體；第二層包括設(shè)置在第一層上的第二半導(dǎo)體，以在第一層和第二層之間定義界面。第二半導(dǎo)體與第一半導(dǎo)體不同，從而在界面附近形成二維電子氣(220)。多層結(jié)構(gòu)還包括鈍化層，其包括設(shè)置在第二層上的半導(dǎo)體鈍化層(208)。異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體器件還包括第一端(210)和第二端(212)，第一端電耦合到異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體器件的第一區(qū)域；第二端電耦合到異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體器件的第二區(qū)域。第二端(212)電耦合到半導(dǎo)體鈍化層，從而電荷可以從半導(dǎo)體鈍化層(208)流入第二端(212)。
【IPC分類】H01L23-31, H01L29-872, H01L29-06, H01L29-778
【公開號】CN104835855
【申請?zhí)枴緾N201510013279
【發(fā)明人】約翰內(nèi)斯·J·T·M·唐克爾, 霍德弗里德斯·A·M·胡爾克斯, 斯蒂凡·巴斯蒂安·西蒙·海爾, 邁克爾·安東尼·阿曼德·因贊特
【申請人】恩智浦有限公司
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年1月12日
【公告號】EP2908344A1, US20150228774