[發(fā)明專利]半導(dǎo)體器件及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410171412.1
• 申請(qǐng)日: 2014-04-25
• 公開（公告）號(hào): CN104183636B
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 美濃浦優(yōu)一;岡本直哉
• 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;H01L29/423;H01L29/06;H01L21/335
• 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: 顧晉偉,彭鯤鵬

技術(shù)領(lǐng)域

本文中的公開內(nèi)容一般性涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法。

背景技術(shù)

氮化物半導(dǎo)體(例如GaN、AlN和InN)或這些氮化物半導(dǎo)體材料的混晶具有寬帶隙，并且用作高輸出電子器件、短波發(fā)光器件等。已經(jīng)開發(fā)了與場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)(具體地，高電子遷移率晶體管(HEMT))有關(guān)的技術(shù)(參見例如專利文獻(xiàn)1)以用作高輸出器件。使用這樣的氮化物半導(dǎo)體的HEMT用于高輸出高效率放大器、高功率開關(guān)器件等。

順便提及，要求常斷作為高輸出高效率放大器、開關(guān)器件等的特性之一。此外，從安全操作的角度來看，常斷是重要的。然而，在使用GaN的HEMT中，因?yàn)橛捎贕aN中的壓電極化和自發(fā)極化而在電子渡越層中生成的2DEG(二維電子氣)中電子的密度極高，所以認(rèn)為難以實(shí)現(xiàn)常斷。因此，正在研究各種方法以實(shí)現(xiàn)使用GaN的HEMT的常斷。

用于實(shí)現(xiàn)HEMT的常斷(normally-off)的方法之一為形成柵極凹槽的方法。具體地，該方法在柵電極緊下方的電子供給層中形成凹槽以使2DEG在柵電極緊下方的區(qū)域中消失以實(shí)現(xiàn)常斷。

此外，作為使用氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體器件之一，存在具有UMOS(U金屬氧化物半導(dǎo)體)結(jié)構(gòu)的晶體管，其中在堆疊的氮化物半導(dǎo)體層中形成有U形開口并且在開口上形成有氧化膜。

[相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)]

[專利文獻(xiàn)]

[專利文獻(xiàn)1]日本公開特許公報(bào)第2002-359256號(hào)

[專利文獻(xiàn)2]日本公開特許公報(bào)第2012-124442號(hào)

[專利文獻(xiàn)3]日本公開特許公報(bào)第2010-62381號(hào)

順便提及，當(dāng)在HEMT中形成柵極凹槽時(shí)，柵極凹槽通常通過借助干法蝕刻去除氮化物半導(dǎo)體層的一部分來形成。圖1示出其中柵極凹槽通過干法蝕刻而形成的HEMT。HEMT具有形成在襯底811上的層，這些層包括依次堆疊的由GaN制成的電子渡越層821、由AlGaN制成的電子供給層822以及由n-GaN制成的蓋層823。此外，在形成柵電極841的區(qū)域的緊下方，通過借助干法蝕刻去除蓋層823和電子供給層822的一部分形成柵極凹槽850。柵電極841形成在如上所形成的柵極凹槽850的內(nèi)部的側(cè)壁和底部上，在柵電極841和柵極凹槽850內(nèi)部的側(cè)壁和底部之間層疊有絕緣層831作為柵極絕緣膜。注意源電極842和漏電極843形成為與電子供給層822接觸。

在具有這樣的結(jié)構(gòu)的HEMT中，因?yàn)樾纬捎袞艠O凹槽850，所以電子供給層822在柵電極841的緊下方具有較小的厚度。因此，盡管在電子渡越層821中的電子渡越層821與電子供應(yīng)層822之間的界面附近生成2DEG821a，但是2DEG821a在柵電極841的緊下方消失，原因是電子供給層822在柵電極841的緊下方具有較小的厚度。這使得在HEMT中可以實(shí)現(xiàn)常斷。

順便提及，在具有以上結(jié)構(gòu)的HEMT中，當(dāng)通過干法蝕刻形成柵極凹槽850時(shí)，下層在柵極凹槽850的底部的端部850a處比在底部的其他部分(例如中部850b)處去除得更多。也就是說，柵極凹槽850的底部的端部850a比底部的其他部分(例如中部850b)形成得更深。該現(xiàn)象是當(dāng)通過干法蝕刻在氮化物半導(dǎo)體中形成柵極凹槽時(shí)出現(xiàn)的固有問題。如果將電壓施加到其中柵極凹槽850的底部的端部850a比底部的中部850b形成得更深的器件，則電場(chǎng)集中在柵極凹槽850的底部的端部850a中。這導(dǎo)致柵極凹槽850的底部的端部850a上的破壞，降低了可靠性。

此外，當(dāng)在具有UMOS結(jié)構(gòu)的晶體管中形成開口時(shí)，開口通常通過借助干法蝕刻去除氮化物半導(dǎo)體層的一部分來形成。圖2示出其中開口通過干法蝕刻形成的具有UMOS結(jié)構(gòu)的晶體管。具有UMOS結(jié)構(gòu)的晶體管具有形成在由n-GaN形成的襯底911的表面上的層，這些層包括依次堆疊的n-GaN層921、p-GaN層922以及n-GaN層923。在形成柵電極941的區(qū)域的緊下方，通過借助干法蝕刻去除n-GaN層923、p-GaN層922和n-GaN層921的一部分來形成柵極溝槽950。柵電極941形成在如上所形成的柵極溝槽950的內(nèi)部的側(cè)壁和底部上，在柵電極941和柵極溝槽950內(nèi)部的側(cè)壁和底部之間層疊有絕緣層931作為柵極絕緣膜。注意源電極942形成為與n-GaN層923接觸并且漏電極943形成在襯底911的背面上。因此，當(dāng)具有UMOS結(jié)構(gòu)的晶體管工作時(shí)電流沿與襯底911垂直的方向流動(dòng)。