[發明專利]化合物半導體器件及其制造方法

有效

• 申請號: 201210575487.7
• 申請日: 2012-12-26
• 公開（公告）號: CN103325822A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 山田敦史
• 申請（專利權）人: 富士通株式會社
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/335
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 顧晉偉;全萬志

技術領域

本文中描述的實施方案涉及化合物半導體器件以及用于制造化合物半導體器件的方法。

背景技術

目前正在研究通過利用氮化物半導體的特性如高飽和電子速度、寬帶隙等將氮化物半導體應用于耐高壓的高輸出半導體器件。例如，氮化物半導體GaN的帶隙是3.4eV，高于Si的帶隙(1.1eV)和GaAs的帶隙(1.4eV)，因此具有高的擊穿場強。相應地，GaN非常有望用作用于可得到高電壓操作和高輸出的電源的半導體器件的材料。

已經對作為使用氮化物半導體的器件的場效應晶體管、特別是高電子遷移率晶體管(HEMT)作了許多報道。例如，使用GaN作為電子傳輸層并且使用AlGaN作為電子供給層的AlGaN/GaN?HEMT作為GaN基HEMT(GaN-HEMT)是關注的焦點。在AlGaN/GaN?HEMT中，由于GaN與AlGaN之間的晶格常數差，所以在AlGaN中出現了應變。由該應變引起的AlGaN的壓電極化和自發極化提供了高濃度的二維電子氣(two-dimensional?gas，2DEG)。因此，HEMT預期用作用于電動車輛等的高效率開關元件或耐高壓功率器件。

專利文件1：日本公開特許公報第2009-76845號

專利文件2：日本公開特許公報第2007-19309號

氮化物半導體器件需要局部控制所生成的2DEG的量的技術。例如，在HEMT的情況下，從所謂的故障安全角度，期望獲得在電壓斷開時沒有電流流動的所謂常斷操作。為此目的，需要進行設計來抑制電壓關斷時在柵電極下方生成的2DEG的量。

作為實現用于常斷操作的GaN?HEMT的方法之一，已經提出了一種如下方法，其中：在電子供給層上形成p型GaN層以消除位于p型GaN層下方的電子供給層的一部分中的2DEG，從而實現常斷操作。在該方法中，在例如AlGaN的整個表面上生長p型GaN，以用作電子供給層。然后，對p型GaN進行干法蝕刻，并且留下待形成柵電極的一部分中的p型GaN，從而形成p型GaN層。然后，在p型GaN層上形成柵電極。

然而，在這種情況下，當生長p型GaN層時，p型GaN層的p型摻雜劑通過電子供給層擴散至遠至電子供給層下方的電子傳輸層中。因為2DEG生成于電子傳輸層與電子供給層的界面邊界中，所以由于p型摻雜劑的擴散，2DEG全部消失。此后，因為p型摻雜劑擴散進電子傳輸層中，所以即使對p型GaN進行干法蝕刻并且移除但留下待形成柵電極的一部分，也無法重新獲得2DEG。

此外，由于對p型GaN進行的干法蝕刻，處于p型GaN的較低部分中的電子供給層遭受蝕刻損傷。該損傷增加了電子供給層的電阻，使得更加難以重新獲得2DEG。

發明內容

鑒于上述問題，已經做出了本文中描述的實施方案。相應地，實施方案的一個目的是提供能夠在對層疊化合物半導體結構不造成任何損傷的情況下實現可靠的常斷操作的高可靠性化合物半導體器件，以及用于制造化合物半導體器件的方法。

半導體器件的一個方面包括層疊化合物半導體結構以及形成在層疊化合物半導體結構上的電極，其中p型雜質位于在與電極對準的層疊化合物半導體結構的區域中，其深度為使得在層疊化合物半導體結構中生成的二維電子氣的一部分消失。

半導體器件制造方法的一個方面包括：在層疊化合物半導體結構上的待形成電極的區域中形成摻雜有p型雜質的化合物層；以及對化合物層進行熱處理以使化合物層的p型雜質擴散到使得在層疊化合物半導體結構中生成的二維電子氣的一部分消失的深度。

附圖說明

圖1是按照步驟順序示出根據第一實施方案的用于制造AlGaN/GaNHEMT的方法的示意性截面視圖；

圖2是在圖1的步驟之后按照步驟順序示出根據第一實施方案的用于制造AlGaN/GaN?HEMT的方法的示意性截面視圖；

圖3是在圖2的步驟之后按照步驟順序示出根據第一實施方案的用于制造AlGaN/GaN?HEMT的方法的示意性截面視圖；

圖4是在圖3的步驟之后按照步驟順序示出根據第一實施方案的用于制造AlGaN/GaN?HEMT的方法的示意性截面視圖；

圖5是示出根據第二實施方案的用于制造AlGaN/GaN?HEMT的方法的主要步驟的示意性截面視圖；

圖6是示出使用根據第一實施方案或第二實施方案的AlGaN/GaNHEMT的HEMT芯片的示意性平面圖；

圖7是示出使用根據第一實施方案或第二實施方案的AlGaN/GaNHEMT的HEMT芯片的分立封裝件的示意性平面圖；