[發(fā)明專利]半導(dǎo)體元件及半導(dǎo)體元件的制造方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280069971.0
• 申請(qǐng)日: 2012-12-04
• 公開（公告）號(hào): CN104126223A
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杉山智彥;角谷茂明;前原宗太;田中光浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 日本礙子株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01L21/338
• 分類號(hào): H01L21/338;H01L21/205;H01L29/778;H01L29/812
• 代理公司: 北京北翔知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11285
• 代理人: 楊勇;鄭建暉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體元件，尤其涉及一種具有由III族氮化物半導(dǎo)體所構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)外延基板和金屬電極的肖特基二極管接合的半導(dǎo)體元件。

背景技術(shù)

由于氮化物半導(dǎo)體具有高的絕緣擊穿電場(chǎng)和高的電子飽和速度，因此作為新一代高頻/大功率設(shè)備用半導(dǎo)體材料而倍受矚目。例如，將由AlGaN構(gòu)成的勢(shì)壘層和由GaN構(gòu)成的溝道層進(jìn)行層疊而成的HEMT(高電子遷移率晶體管)元件利用以下特征：通過氮化物材料自身特有的強(qiáng)極化效應(yīng)(自發(fā)極化效應(yīng)和壓電極化效應(yīng))在層疊界面(異質(zhì)界面)生成高濃度的二維電子氣(2DEG)(例如，參照非專利文獻(xiàn)1)。

作為HEMT元件用基板的基底基板，有時(shí)使用例如藍(lán)寶石或SiC等的具有與III族氮化物不同組分的單晶(異種單晶)。此時(shí)，通常應(yīng)變超晶格層或低溫生長(zhǎng)緩沖層等緩沖層作為初始生長(zhǎng)層而形成在基底基板上。由此，在基底基板上外延形成勢(shì)壘層、溝道層、緩沖層，這是使用由異種單晶構(gòu)成的基底基板的HEMT元件用基板的最基本的構(gòu)成方式。進(jìn)而，以促進(jìn)二維電子氣的空間性封閉為目的，在勢(shì)壘層和溝道層之間還可以設(shè)置厚度1nm左右的隔離層。隔離層例如由AlN等構(gòu)成。進(jìn)而，以控制HEMT元件用基板最表面的能級(jí)或改善與電極的接觸特性為目的，也可以在勢(shì)壘層上形成例如由n型GaN層或超晶格層構(gòu)成的保護(hù)層。

眾所周知，在用GaN形成溝道層、用AlGaN形成勢(shì)壘層的這種最通常結(jié)構(gòu)的氮化物HEMT元件的情況下，存在于HEMT元件用基板中的二維電子氣的濃度隨著形成勢(shì)壘層的AlGaN的AlN摩爾分?jǐn)?shù)的增加而增加(例如，參照非專利文獻(xiàn)2)。可知：如果能夠大幅度提高二維電子氣濃度，則可以大幅度提高HEMT元件的可控制電流密度即可使用功率密度。不過，勢(shì)壘層的AlN摩爾分?jǐn)?shù)或厚度的增加與HEMT元件的可靠性的降低相關(guān)也是已知的(例如，參照非專利文獻(xiàn)6)。

另外，如用GaN形成溝道層、用InAlN形成勢(shì)壘層的HEMT元件那樣，具有如下結(jié)構(gòu)的HEMT元件也備受矚目：對(duì)壓電極化效應(yīng)的依賴小，能夠幾乎只利用自發(fā)極化而以高濃度生成二維電子氣，且應(yīng)變少(例如，參照非專利文獻(xiàn)3及非專利文獻(xiàn)4)。

另外，使用了用GaN形成溝道層、用AlGaN形成勢(shì)壘層的HEMT元件而構(gòu)成的、耐壓為800V以上的功率設(shè)備也是公知的(例如，參照非專利文獻(xiàn)5)。

另一方面，為了實(shí)現(xiàn)外延基板的低成本化，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)與硅系電路設(shè)備的集成化等為目的，在制備如上所述的氮化物設(shè)備時(shí)將單晶硅用作基底基板而進(jìn)行研究和開發(fā)(例如，參照專利文獻(xiàn)1至專利文獻(xiàn)7)。在HEMT元件用外延基板的基底基板選擇了如硅這樣的導(dǎo)電性材料的情況下，從基底基板的背面賦予場(chǎng)板(field?plate)效果，因此，可以設(shè)計(jì)能夠耐高電壓或高速轉(zhuǎn)換的HEMT元件。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)：

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1:國(guó)際公開第2011/016304號(hào)

專利文獻(xiàn)2:國(guó)際公開第2011/102045號(hào)

專利文獻(xiàn)3:國(guó)際公開第2011/122322號(hào)

專利文獻(xiàn)4:國(guó)際公開第2011/135963號(hào)

專利文獻(xiàn)5:國(guó)際公開第2011/136051號(hào)

專利文獻(xiàn)6:國(guó)際公開第2011/136052號(hào)

專利文獻(xiàn)7:國(guó)際公開第2011/166496號(hào)

非專利文獻(xiàn)：

非專利文獻(xiàn)1:“Highly?Reliable?250W?High?Electron?Mobility?Transistor?Power?Amplifier”,TOSHIHIDE?KIKKAWA,Jpn.J.Appl.Phys.44,(2005),4896

非專利文獻(xiàn)2:“Gallium?Nitride?Based?High?Power?Heterojunction?Field?Effect?Transistors:process?Development?and?Present?Status?at?USCB”,Stacia?Keller,Yi-Feng?Wu,Giacinta?Parish,Naiqian?Ziang,Jane?J.Xu,Bernd?P.Keller,Steven?P.DenBaars,and?Umesh?K.Mishra,IEEE?Trans.Electron?Devices?48,(2001),552