[發(fā)明專利]半導(dǎo)體器件及其制造方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201180054944.1
• 申請(qǐng)日: 2011-10-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103210496A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-07-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 岡田政也;木山誠(chéng);齋藤雄;八重樫誠(chéng)司;橫山滿德;井上和孝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 住友電氣工業(yè)株式會(huì)社
• 主分類(lèi)號(hào): H01L29/80
• 分類(lèi)號(hào): H01L29/80;H01L21/336;H01L21/338;H01L29/12;H01L29/778;H01L29/78;H01L29/812
• 代理公司: 中原信達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 李蘭;孫志湧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于高功率開(kāi)關(guān)的半導(dǎo)體器件及用于制作這種半導(dǎo)體器件的方法，并且特別地涉及一種使用氮化物基半導(dǎo)體中的GaN基半導(dǎo)體的半導(dǎo)體器件和用于制作這種半導(dǎo)體器件的方法。

背景技術(shù)

對(duì)于高電流開(kāi)關(guān)器件要求高反向擊穿電壓和低導(dǎo)通電阻。例如，在高擊穿電壓和高溫操作方面，因?yàn)棰笞宓锘雽?dǎo)體的寬帶隙，使用Ⅲ族氮化物基半導(dǎo)體的場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）是優(yōu)良的。因此，作為用于控制高功率的晶體管，使用GaN基半導(dǎo)體的垂直晶體管已經(jīng)特別受到關(guān)注。例如，PTL1提出了一種垂直GaN基FET，通過(guò)在GaN基半導(dǎo)體中形成開(kāi)口并且在開(kāi)口的壁表面上形成包括二維電子氣（2DEG）的溝道的再生長(zhǎng)層，增加了該垂直GaN基FET的遷移率并且降低了它的導(dǎo)通電阻。在該垂直GaN基FET中，為了提高擊穿電壓特性和夾斷特性，提出了包括p型GaN勢(shì)壘層等的結(jié)構(gòu)。

引用列表

專利文獻(xiàn)

PTL1：日本未審查專利申請(qǐng)公布No.2006-286942

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問(wèn)題

在上述垂直GaN基FET中，通過(guò)在p型GaN勢(shì)壘層和n^-型GaN漂移層之間的pn結(jié)中形成的耗盡層，可以提高擊穿電壓特性。然而，開(kāi)口穿透p型GaN勢(shì)壘層并到達(dá)n^-型GaN漂移層。因此，柵電極G面對(duì)漏電極，在它們之間沒(méi)有設(shè)置p型GaN勢(shì)壘層。當(dāng)該半導(dǎo)體器件用作高功率開(kāi)關(guān)器件時(shí)，在截止?fàn)顟B(tài)，幾百伏到一千幾百伏的電壓被施加在源電極（接地）和漏電極之間。在截止?fàn)顟B(tài)，大約負(fù)幾伏的電壓被施加到柵電極上。因?yàn)楦叩脑绰╇妷海陂_(kāi)口的底部，特別地，在底部的脊（截面圖中的拐角）附近的n^-型GaN漂移層的部分中，產(chǎn)生了電場(chǎng)集中。結(jié)果，從不可避免地由開(kāi)口底部的脊提供的不均勻部分等產(chǎn)生了半導(dǎo)體擊穿。

本發(fā)明的目的是提供一種垂直半導(dǎo)體器件，其具有開(kāi)口且在開(kāi)口中包括溝道和柵電極。在該半導(dǎo)體器件中，提高了截止?fàn)顟B(tài)下的擊穿電壓特性。本發(fā)明的另一目的是提供一種用于制作該半導(dǎo)體器件的方法。

問(wèn)題的解決方案

本發(fā)明的半導(dǎo)體器件是包括具有開(kāi)口的GaN基堆疊層的垂直半導(dǎo)體器件。在該半導(dǎo)體器件中，GaN基堆疊層向頂層側(cè)依次包括n型GaN基漂移層/p型GaN基勢(shì)壘層/n型GaN基接觸層，并且開(kāi)口從頂層延伸并到達(dá)n型GaN基漂移層。該半導(dǎo)體器件包括：再生長(zhǎng)層，其定位為使得覆蓋開(kāi)口的壁表面和底部，該再生長(zhǎng)層包括電子漂移層和電子源層；源電極，其與再生長(zhǎng)層、n型GaN基接觸層和p型GaN基勢(shì)壘層接觸；柵電極，其位于開(kāi)口中的再生長(zhǎng)層上面；和底部絕緣層，位于柵電極下面并且僅在開(kāi)口的底部中。

在垂直半導(dǎo)體器件中，幾百伏至一千幾百伏的高電壓被施加在設(shè)置于一個(gè)主面（GaN基半導(dǎo)體層的頂表面）上的源電極和在GaN基半導(dǎo)體層夾在其間的情況下面對(duì)源電極的漏電極之間。源電極被固定在地電位上，并且高電壓被施加到漏電極。為了打開(kāi)和關(guān)閉溝道，在截止?fàn)顟B(tài)下，柵電極被保持在負(fù)幾伏，諸如-5V。也就是，在截止?fàn)顟B(tài)下，柵電極具有最小電位。柵電極和漏電極之間的距離小于源電極和漏電極之間的距離。在截止?fàn)顟B(tài)下，增加-5V的電壓被施加在漏電極和柵電極之間。在現(xiàn)有半導(dǎo)體器件中，柵電極與半導(dǎo)體層接觸，并組成肖特基結(jié)構(gòu)的金屬部分。

根據(jù)該結(jié)構(gòu)，設(shè)置在開(kāi)口底部中的底部絕緣層存在于具有最小電位的柵電極和n型GaN基漂移層與開(kāi)口的底部接觸的部分之間。因此，通過(guò)絕緣層的厚度增加了柵電極和n型GaN基漂移層之間的距離。在現(xiàn)有半導(dǎo)體器件中從內(nèi)部配合于開(kāi)口拐角的柵電極的突出部分與拐角分離。由上述現(xiàn)有器件中的柵電極形成的肖特基結(jié)構(gòu)變成了本發(fā)明中的金屬絕緣體半導(dǎo)體（MIS）結(jié)構(gòu)。結(jié)果，降低了在與拐角的外部接觸的n型GaN基漂移層中產(chǎn)生的電場(chǎng)集中。由此，在該部分中不容易產(chǎn)生n型GaN基漂移層的擊穿。

關(guān)于導(dǎo)電類(lèi)型、n型或p型，雜質(zhì)的濃度沒(méi)有限制，可以是從低濃度到高濃度的任意濃度。

底部絕緣層可以位于覆蓋開(kāi)口的底部的再生長(zhǎng)層上。

由于以連續(xù)的方式利用再生長(zhǎng)層覆蓋開(kāi)口的底部和壁表面，所以不存在意外形成在拐角等上的不規(guī)則不均勻部分。因此，可以消除促成局部的電場(chǎng)集中的形狀因素。此外，通過(guò)在以連續(xù)的方式覆蓋開(kāi)口的底部和壁表面的再生長(zhǎng)層上設(shè)置底部絕緣層，可以簡(jiǎn)化制作工藝。

再生長(zhǎng)層可以覆蓋開(kāi)口的壁表面，并且可以終止在形成開(kāi)口的底部的n型GaN基漂移層處，并且底部絕緣層可以定位為使得覆蓋位于開(kāi)口的底部中的n型GaN基漂移層。