[發(fā)明專利]化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310180255.6
• 申請(qǐng)日: 2013-05-15
• 公開（公告）號(hào): CN103515429A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱雷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 富士通株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01L29/778
• 分類號(hào): H01L29/778;H01L29/10;H01L21/335;H02M3/335
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 王萍;陳煒

技術(shù)領(lǐng)域

這里討論的實(shí)施例涉及一種化合物半導(dǎo)體器件和一種用于制造該化合物半導(dǎo)體器件的方法。

背景技術(shù)

由于氮化物半導(dǎo)體具有比如表現(xiàn)高飽和電子速率和寬帶隙這樣的特性，所以已經(jīng)基于對(duì)這樣的特性的利用來研究將氮化物半導(dǎo)體應(yīng)用于具有高耐受電壓和高功率的半導(dǎo)體器件。例如，作為氮化物半導(dǎo)體的GaN的帶隙是3.4eV并且大于Si的帶隙（1.1eV）和GaAs的帶隙（1.4eV）；因此GaN表現(xiàn)高擊穿場強(qiáng)。GaN因此是用于在高電壓操作并且輸出高功率的功率半導(dǎo)體器件的高度實(shí)用的材料。

已經(jīng)報(bào)導(dǎo)利用氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體器件、比如場效應(yīng)晶體管、具體為高電子遷移率晶體管（HEMT）。在利用GaN的HEMT（GaN-HEMT）之中，例如其中GaN用于電子傳輸層并且其中AlGaN用于電子供應(yīng)層的AlGaN/GaN-HEMT引人關(guān)注。AlGaN/GaN-HEMT有望應(yīng)用于高度地高效的開關(guān)器件和功率器件，這些開關(guān)器件和功率器件用于電動(dòng)車輛。

在日本特開No.2009-170746和日本特開No.2008-4720中公開了有關(guān)技術(shù)。

在氮化物半導(dǎo)體器件中，需要一種用于控制二維電子氣體（2DEG）的局部生成的技術(shù)。例如鑒于所謂的故障保護(hù)，希望HEMT在如下常斷模式中操作，在該模式中，電流在沒有施加?xùn)艠O電壓的情況下不流動(dòng)。

在現(xiàn)有HEMT、比如AlGaN/GaN-HEMT中，分別用于電子傳輸層和電子供應(yīng)層的GaN和AlGaN的表面（上表面）是c平面（0001）或者是m平面（1-100）或者a平面（11-20）。

在具有前一種結(jié)構(gòu)的AlGaN/GaN-HEMT中，在作為極性面的c平面上形成柵極電極、源極電極和漏極電極。在GaN與AlGaN之間的晶格常數(shù)差在AlGaN中生成失真，這引起AlGaN的壓電極化和自發(fā)極化。由于沿著這樣的極性面形成晶體管中的溝道，所以由于壓電極化和自發(fā)極化而生成高濃度2DEG。然而，在這一情況下，即使沒有施加?xùn)艠O電壓，溝道中的高濃度2DEG仍然引起柵極電流流動(dòng)，因此向柵極電極施加負(fù)電壓以中斷柵極電壓。這一現(xiàn)象是在常通模式中的操作；因此有難以在常斷模式中實(shí)現(xiàn)所需操作這樣的問題。

在具有后一種結(jié)構(gòu)的AlGaN/GaN-HEMT中，沿著各自為非極性面的m平面或者a平面形成柵極電極、源極電極和漏極電極。由于沿著這樣的非極性表面形成溝道，所以不引起壓電極化和自發(fā)極化。在沒有施加?xùn)艠O電壓的情況下，在溝道中不生成2DEG，并且柵極電流不流動(dòng)；因此實(shí)現(xiàn)在常斷模式中的操作。然而，在這一情況下，在溝道中2DEG的缺失增加了接通電阻，這成為了問題。

另外，存在對(duì)于具有前一種或者后一種結(jié)構(gòu)的AlGaN/GaN-HEMT共同的問題。為了提供作為針對(duì)功率器件的要求的高耐受電壓，增加在柵極電極與漏極電極之間的長度L_gd。長度L_gd的增加令人遺憾地導(dǎo)致器件的尺寸的增加，這限制了可以集成的器件數(shù)目。雖然近年來增加了對(duì)具有細(xì)微結(jié)構(gòu)并且實(shí)現(xiàn)高集成的功率器件、比如AlGaN/GaN-HEMT的需求，但是具有沿著極性或者非極性面形成的溝道的現(xiàn)有AlGaN/GaN-HEMT已經(jīng)難以滿足這樣的需求。

發(fā)明內(nèi)容

這里討論的實(shí)施例用相對(duì)簡單的配置實(shí)現(xiàn)了在常斷模式中的操作、降低了接通電阻并且盡可能多地減小了在柵極電極與漏極電極之間的水平距離以實(shí)現(xiàn)充分高的集成。因此，這里討論的實(shí)施例各自提供一種具有高可靠性和高耐受電壓的化合物半導(dǎo)體器件以及一種用于制造這樣的化合物半導(dǎo)體器件的方法。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種化合物半導(dǎo)體器件包括：化合物半導(dǎo)體區(qū)域，具有其中形成階梯的表面；第一電極，形成為位于階梯的上表面的上方，上表面為非極性面；以及第二電極，沿著階梯的側(cè)表面形成為在豎直方向上與第一電極間隔開，側(cè)表面是極性面。

將借助在權(quán)利要求中具體指出的單元和組合來實(shí)現(xiàn)和達(dá)到本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)。

將理解，前文總體描述和下文具體描述二者為示例和說明性的，而不限制要求保護(hù)的本發(fā)明。

附圖說明

圖1A至1C是各自依次圖示根據(jù)第一實(shí)施例的用于制造AlGaN/GaN-HEMT的過程的示意橫截面圖；

圖2A至2C是各自依次圖示根據(jù)第一實(shí)施例的用于制造AlGaN/GaN-HEMT的后續(xù)過程的示意橫截面圖；

圖3示意地圖示了GaN晶體的平面取向；

圖4A和4B各自示意地圖示了根據(jù)第一實(shí)施例的AlGaN/GaN-HEMT；