[發(fā)明專利]用于III族氮化物器件的電荷保護(hù)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410070968.1
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN104022104B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: R.克內(nèi)夫勒;M.施特拉斯堡
• 申請（專利權(quán)）人: 英飛凌科技奧地利有限公司
• 主分類號: H01L23/552
• 分類號: H01L23/552
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 周學(xué)斌,胡莉莉

技術(shù)領(lǐng)域

當(dāng)前申請涉及III族氮化物器件，更尤其涉及具有電荷保護(hù)的III族氮化物器件。

背景技術(shù)

GaN器件通常包括勢壘區(qū)，例如AlGaN或InAlGaN，其形成在GaN緩沖區(qū)上以自動地形成靠近勢壘-緩沖區(qū)界面的二維（2D）電荷載流子氣體溝道。該溝道由用于n溝道器件的2D電子氣體和用于p溝道器件的2D空穴氣體所形成。在這種GaN器件的制造中，可能由于各種原因而發(fā)生晶體管閾值電壓上的偏移。閾值電壓偏移導(dǎo)致了跨越晶片的閾值電壓的變化上的增加，從而降低產(chǎn)率。

GaN器件中閾值電壓偏移的一種原因是通常形成在勢壘區(qū)表面上以便防止勢壘表面氧化的氮化硅（SiN）層的所謂的充電。充電涉及氮化硅層中電荷陷阱（trap）的存儲和生成。當(dāng)?shù)鑼颖徊迦朐谟行О雽?dǎo)體區(qū)和某些金屬化區(qū)（例如柵結(jié)構(gòu)）之間時，這些電荷陷阱使器件閾值電壓偏移。電子和空穴陷阱可在點(diǎn)缺陷處出現(xiàn)在氮化硅中，點(diǎn)缺陷例如是順磁缺陷(例如≡Si·,?≡Si-O-O·,?≡Si2N·)、抗磁缺陷（例如≡Si-Si≡,?=N-H）、具有孤對電子的兩個協(xié)調(diào)Si原子（例如=Si:)、中性缺陷（例如≡SiO·,?≡SiOH）、帶電缺陷（例如≡Si·,?+Si≡）、內(nèi)在缺陷（例如≡Si·,?=N-N=,?≡Si-O-O-Si≡）以及外在缺陷（例如≡SiH,?≡Si2NH,?≡SiOH）。由于Si-H鍵聯(lián)的極性，電子和空穴陷阱也可能在存在現(xiàn)有殘留Si-H鍵（所謂的硅-氫復(fù)合物）的情況下出現(xiàn)在氮化硅中。氮化硅的形成在氮化硅中產(chǎn)生形成Si-H鍵的殘留氫氣，其在氫和硅原子之間的共價鍵中具有局部氫價電子。Si-H鍵具有相對深的能量陷阱水平，并且因此，所產(chǎn)生的電荷陷阱在室溫下是穩(wěn)定的。

在每一情況下，形成于GaN器件勢壘區(qū)表面上的GaN層中的空穴和電子的存儲和生成導(dǎo)致了氮化硅層的充電。各種標(biāo)準(zhǔn)的GaN處理步驟引起這樣的充電。由存在于標(biāo)準(zhǔn)GaN處理中的紫外（UV）光部分地引起此充電。操作期間撞擊在GaN器件上的UV光也引起氮化硅抗氧化層的充電，這意味著閾值電壓變化可隨時間改變。一般地，利用比氮化硅的帶隙能量更高的能量進(jìn)行輻射，可降低GaN器件的性能和可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)半導(dǎo)體器件的一個實(shí)施例，該半導(dǎo)體器件包括III族氮化物半導(dǎo)體襯底，其在距離III族氮化物半導(dǎo)體襯底的主表面的一定深度處具有二維電荷載流子氣體。在III族氮化物半導(dǎo)體襯底的主表面上提供表面保護(hù)層。該表面保護(hù)層在半導(dǎo)體器件的室溫操作下存在的帶隙中具有電荷陷阱。在III族氮化物半導(dǎo)體襯底中提供與二維電荷載流子氣體相電連接的接觸部。在表面保護(hù)層上提供電荷保護(hù)層。該電荷保護(hù)層包括氧化物并且為電荷保護(hù)層之下的表面保護(hù)層屏蔽具有比氮化硅的帶隙能量更高能量的輻射。

根據(jù)制造半導(dǎo)體器件的方法的一個實(shí)施例，該方法包括：形成III族氮化物半導(dǎo)體襯底，其在距離III族氮化物半導(dǎo)體襯底的主表面的一定深度處具有二維電荷載流子氣體；在III族氮化物半導(dǎo)體襯底的主表面上形成表面保護(hù)層，該表面保護(hù)層在半導(dǎo)體器件的室溫操作下存在的帶隙中具有電荷陷阱；在III族氮化物半導(dǎo)體襯底中形成與二維電荷載流子氣體電連接的接觸部；以及在表面保護(hù)層上形成電荷保護(hù)層，該電荷保護(hù)層包括氧化物并且為電荷保護(hù)層之下的表面保護(hù)層屏蔽具有比氮化硅的帶隙能量更高能量的輻射。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀以下詳細(xì)描述時以及查看附圖時，將認(rèn)識到附加的特征和優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

附圖中的部件不一定按比例繪制，而是將重點(diǎn)放在說明本發(fā)明的原理上。此外，圖中，相同的參考數(shù)字指代對應(yīng)的部分。在附圖中：

圖1圖示了具有III族氮化物半導(dǎo)體襯底和電荷保護(hù)層的半導(dǎo)體管芯的一個實(shí)施例的截面圖；

圖2圖示了圖1的器件中所包括的具有逐步分級的氧濃度的電荷保護(hù)層的帶隙圖；

圖3圖示了圖1的器件中所包括的具有連續(xù)分級的氧濃度的電荷保護(hù)層的帶隙圖；

圖4A到4E圖示了圖1中示出的半導(dǎo)體器件在根據(jù)實(shí)施例的制造過程的不同階段下的截面圖；

圖5圖示了具有III族氮化物半導(dǎo)體襯底和電荷保護(hù)層的半導(dǎo)體管芯的另一實(shí)施例的截面圖；

圖6圖示了具有III族氮化物半導(dǎo)體襯底和電荷保護(hù)層的半導(dǎo)體管芯的另一實(shí)施例的截面圖；

圖7圖示了具有III族氮化物半導(dǎo)體襯底和電荷保護(hù)層的半導(dǎo)體管芯的另一實(shí)施例的截面圖；

圖8圖示了具有III族氮化物半導(dǎo)體襯底和電荷保護(hù)層的半導(dǎo)體管芯的另一實(shí)施例的截面圖；