[發(fā)明專利]半導(dǎo)體裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310316249.9
• 申請日: 2013-07-25
• 公開（公告）號: CN103715242B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 小谷淳二;石黑哲郎;山田敦史;中村哲一
• 申請（專利權(quán)）人: 富士通株式會社
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/06
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11227
• 代理人: 顧晉偉,全萬志

技術(shù)領(lǐng)域

本文中討論的實(shí)施方案涉及半導(dǎo)體裝置。

背景技術(shù)

氮化物半導(dǎo)體例如GaN、AlN、InN等和其混合晶體的材料可以具有寬的帶隙，以用作高功率電子器件或短波長發(fā)光器件。在這些器件中，已經(jīng)研發(fā)了關(guān)于場效應(yīng)晶體管(FET)并且特別是作為高功率器件的高電子遷移率晶體管(HEMT)方面的技術(shù)(參見，例如，日本公開特許公報(bào)第2002-359256號)。

利用這樣的氮化物半導(dǎo)體的HEMT用于高功率和高效放大器、高功率開關(guān)器件等。

例如，作為氮化物半導(dǎo)體之一的氮化鎵(GaN)的帶隙為3.4eV，高于Si的帶隙(1.1eV)和GaAs的帶隙(1.4eV)，使得GaN具有較高的擊穿場強(qiáng)。作為利用GaN的HEMT，存在其中電子傳輸層由GaN形成、電子供給層由AlGaN形成、并且形成有氮化鋁鎵/氮化鎵(AlGaN/GaN)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的HEMT。

因?yàn)锳lGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)，所以可以由AlGaN與GaN之間的晶格常數(shù)差引起的晶格畸變而激發(fā)壓電極化。由于所激發(fā)的壓電極化，在GaN層中，在接近AlGaN層與GaN層之間的界面(邊界表面)的區(qū)域中可以生成高濃度的二維電子氣(2DEG)。

利用GaN的HEMT被認(rèn)為是尤其用于在電動(dòng)車輛等中使用的高效開關(guān)器件和高耐壓功率器件。在這樣的高耐壓功率器件中，從電路設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)來看，期望的是支持常斷操作。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)一個(gè)方面，半導(dǎo)體裝置包括：襯底；形成在襯底上的緩沖層；形成在緩沖層上的第一半導(dǎo)體層；以及形成在第一半導(dǎo)體層上的第二半導(dǎo)體層。

此外，緩沖層由AlGaN形成并且摻雜有Fe。

此外，緩沖層包括彼此具有不同Al組成比的多個(gè)層。

此外，第一層的Al組成比大于第二層的Al組成比，并且第一層的Fe濃度小于第二層的Fe濃度，第一層和第二層包括在多個(gè)層中，并且第一層形成在第二層的襯底側(cè)上。

附圖說明

圖1示出了相關(guān)技術(shù)中使用GaN的HEMT；

圖2示出了Fe的濃度分布與特征項(xiàng)之間的關(guān)系；

圖3示出了根據(jù)第一實(shí)施方案的半導(dǎo)體裝置的示例性結(jié)構(gòu)；

圖4是當(dāng)形成AlN層時(shí)，V/III比與GaN層的扭曲(Twist)之間的相關(guān)圖；

圖5A和圖5B示出了根據(jù)第一實(shí)施方案的半導(dǎo)體裝置的漏電流；

圖6A和圖6B示出了制造根據(jù)第一實(shí)施方案的半導(dǎo)體裝置的方法的步驟；

圖7A和圖7B示出了制造根據(jù)第一實(shí)施方案的半導(dǎo)體裝置的方法的其它步驟；

圖8示出了根據(jù)第一實(shí)施方案的半導(dǎo)體裝置的修改的示例性結(jié)構(gòu)；

圖9示出了根據(jù)第一實(shí)施方案的半導(dǎo)體裝置的另一修改的示例性結(jié)構(gòu)；

圖10示出了根據(jù)第一實(shí)施方案的半導(dǎo)體裝置的又一修改的示例性結(jié)構(gòu)；

圖11A和圖11B示出了根據(jù)第一實(shí)施方案的其它半導(dǎo)體裝置的示例性結(jié)構(gòu)；

圖12示出了根據(jù)第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體裝置；

圖13示出了根據(jù)第三實(shí)施方案的半導(dǎo)體裝置；

圖14是根據(jù)第三實(shí)施方案的半導(dǎo)體裝置的示例性能帶圖；

圖15示出了根據(jù)第四實(shí)施方案的半導(dǎo)體裝置；

圖16示出了根據(jù)第五實(shí)施方案的半導(dǎo)體裝置；

圖17示出了根據(jù)第六實(shí)施方案的半導(dǎo)體裝置；

圖18示出了根據(jù)第七實(shí)施方案的半導(dǎo)體裝置；

圖19示出了根據(jù)第八實(shí)施方案的分立封裝的半導(dǎo)體器件；

圖20示出了根據(jù)第八實(shí)施方案的電源裝置的示例性電路圖；

圖21示出了根據(jù)第八實(shí)施方案的高功率放大器的示例性結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

在制造利用氮化物半導(dǎo)體的HEMT的過程中，由于需要降低成本，所以通常使用硅襯底—一種廉價(jià)和大尺寸的襯底。然而，在硅與氮化物半導(dǎo)體材料之間存在大的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)差異。

因此，一般來說，在硅襯底上形成緩沖層，并且在緩沖層上形成用于形成HEMT的氮化物半導(dǎo)體如GaN。

具體地，如圖1所示，在上述HEMT中，在硅襯底910上形成有由AlGaN形成的緩沖層920，并且在緩沖層920上依次形成(層疊)有由GaN形成的電子傳輸層931和電子供給層932。此外，在電子供給層932上形成有柵電極941、源電極942以及漏電極943。