[發明專利]半導體裝置

有效

• 申請號: 201310329317.5
• 申請日: 2013-07-31
• 公開（公告）號: CN103715245B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 石黑哲郎;山田敦史;中村哲一
• 申請（專利權）人: 富士通株式會社
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/06;H01L29/20
• 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

文中所討論的實施方案涉及半導體裝置。

背景技術

氮化物半導體如GaN、AlN、InN等以及其混合晶體的材料可以具有寬的帶隙，使得被用作高功率電子器件或短波長發光器件。其中，已經研究和開發了場效應晶體管(FET)的技術，尤其是作為高功率器件的高電子遷移率晶體管(HEMT)(參見例如日本公開特許公報No.2002-359256)。

使用這種氮化物半導體的HEMT被用于高功率和高效率放大器、高功率開關器件等。

在使用這種氮化物半導體的HEMT中，氮化鋁鎵/氮化鎵(AlGaN/GaN)異質結構形成在襯底上，以使得其GaN層可以用作電子渡越層。此外，襯底可由藍寶石、碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)、硅(Si)等形成。

在氮化物半導體中，例如，GaN由于其較高的耐壓特性而具有優異的電子特性，這歸因于GaN較高的飽和電子速度和較寬的帶隙。此外，GaN具有纖維鋅礦型晶體結構，以使得其在平行于c軸的<0001>方向上具有極性。

此外，當形成AlGaN/GaN異質結構時，在AlGa層中，由于AlGaN和GaN之間的晶格畸變，可激發壓電極化。因此，在通道的界面(邊界表面)附近可產生高濃度二維電子氣體(2DEG)。結果，使用GaN的HEMT被認為具有作為高頻電源器件的前景。

在使用氮化物半導體的HEMT中，通過使用大且廉價的硅襯底作為襯底，可大大降低成本。因此，可以以較低的成本提供使用氮化物半導體的HEMT。硅襯底是導電的。因此，當使用這種硅襯底時，可以在硅襯底上形成具有較高絕緣性能的氮化物層，并且可以在氮化物層上形成氮化物半導體層如電子渡越層。

然而，由于硅和氮化物之間晶格常數和熱膨脹系數的差異，在襯底或氮化物半導體層上可能形成彎曲或裂紋。因此，可能難以形成具有較高絕緣性能的厚的氮化物層。結果，在襯底-柵極方向上的漏電流可能增加，并且難以確保垂直方向(即，襯底的厚度方向)上足夠的耐壓。

作為在硅襯底上形成厚的氮化物層同時控制彎曲或裂紋產生的方法，已知的技術是以多個循環交替地形成GaN基薄膜和AlN基薄膜而形成應變層超晶格(SLS)緩沖層(參見例如日本公開特許公報No.2012-23314和No.2007-67077)。

在SLS緩沖層中，通過形成均被包括在超晶格中并且具有小于或等于其臨界膜厚度的厚度的GaN基薄膜和AlN基薄膜，可以形成厚的氮化物層，同時控制在膜形成期間由于晶格常數的差異導致的彎曲和裂紋的產生。

此外，在SLS緩沖層中，通過將大的壓縮應變容納在SLS緩沖層的膜中，當在膜形成之后溫度下降時，可以產生穿過氮化物層的實體的另一大的壓縮應變。如上所述，通過形成SLS緩沖層，可以增大具有較寬帶隙和較高絕緣性能的AlN層的厚度。因此，可以改善垂直方向上的耐壓。

發明內容

根據本發明的一方面，一種半導體裝置包括：襯底；形成在襯底上的緩沖層；形成在緩沖層上的SLS(應變層超晶格)緩沖層；形成在SLS緩沖層上并且由半導體材料形成的電子渡越層；以及形成在電子渡越層上并且由半導體材料形成的電子供給層。此外，緩沖層由AlGaN形成并且包括具有不同Al組成比的兩層或更多層，SLS緩沖層通過將包括AlN的第一晶格層和包括GaN的第二晶格層交替地層疊而形成，并且在緩沖層中的各層中與SLS緩沖層接觸的一層中的Al組成比大于或等于SLS緩沖層中的Al有效組成比。

附圖說明

圖1是示出根據本發明第一實施方案的半導體裝置的一個示例性結構；

圖2示出一個示例性SLS緩沖層；

圖3是示出在襯底-柵極方向上的漏電流特性的示例性曲線圖；

圖4A和4B示出為獲得圖3的漏電流特性而制造的樣品；

圖5是示出GaN層的表面狀態的示例性曲線圖；

圖6A和6B示出根據第一實施方案的半導體裝置的示例性制造步驟；

圖7示出根據第一實施方案的半導體裝置的一種示例性構造；

圖8A和8B示出根據第一實施方案的半導體裝置的一種示例性構造；

圖9示出根據本發明的第二實施方案的分立封裝的半導體裝置；

圖10示出根據第二實施方案的電源裝置的一種示例性電路圖；以及

圖11示出根據第二實施方案的高功率放大器的一種示例性構造。

具體實施方式