[發明專利]III?N器件及其形成方法

有效

• 申請號: 201410772862.6
• 申請日: 2010-08-20
• 公開（公告）號: CN104576742B
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 儲榮明;羅伯特·科菲
• 申請（專利權）人: 特蘭斯夫公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司11219
• 代理人: 魯山,孫志湧

分案聲明

本申請是申請日為2010年8月20日、發明名稱為“具有場板的半導體器件”、申請號為：201080048522.9的中國發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及半導體電子器件，具體地涉及具有場板的器件。

背景技術

迄今為止，包括諸如功率MOSFET和絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的器件的現代功率半導體器件已經通常利用硅(Si)半導體材料來制作。最近，由于碳化硅(SiC)的優異性質而對碳化硅(SiC)功率器件進行了研究。III族氮化物(III-N)半導體器件現在作為承載大電流并且支持高電壓并且提供非常低的導通電阻、高電壓器件操作以及快速切換時間的候選者而受到了很大關注。圖1中所示的通常的III-N高電子遷移率晶體管(HEMT)包括襯底10、位于襯底頂上的諸如GaN層的溝道層11、以及位于溝道層頂上的諸如Al_xGa_1-xN的阻擋層12。二維電子氣(2DEG)溝道19被誘導在溝道層11中且在溝道層11和阻擋層12之間的界面附近。源電極14和漏電極15分別形成與2DEG溝道的歐姆接觸。柵極16調制位于柵極區域中、即，位于柵極16正下方的2DEG的部分。

在III-N器件中通常使用場板來以這種方式對器件的高電場區域中的電場進行整形，使得減少了峰值電場并且增加了器件擊穿電壓，從而允許更高電壓操作。在圖2中示出了具有場板的III-N HEMT的示例。除了圖1的器件中包括的層之外，圖2中的器件包括連接到柵極16的場板18；以及在場板和阻擋層12之間的、諸如SiN層的絕緣體層13。場板18可以包括與柵極16相同的材料或者由與柵極16相同的材料形成。絕緣體層13可以用作表面鈍化層，阻止或者抑制與絕緣體層13相鄰的III-N材料的表面處的電壓波動。

斜場板已經顯示出了對于在III-N器件中減少峰值電場并且增加擊穿電壓是特別有效的。在圖3中示出了類似于圖2的III-N器件，但是其具有斜場板28。在該器件中，柵極16和斜場板28由單個電極29形成。可以是SiN的絕緣體層23包含至少部分地限定電極29的形狀的凹陷。在此，絕緣體層23將被稱為“電極限定層23”。電極限定層23還可以作為表面鈍化層，阻止或者抑制與電極限定層23相鄰的III-N材料的表面處的電壓波動。該器件中的柵極16和斜場板28可以通過下述方式來形成：首先在阻擋層12的整個表面上沉積電極限定層23，然后在包含柵極16的區域中蝕刻穿過電極限定層23的凹陷，并且最終至少在該凹陷中沉積電極29。

在使用III-N器件的很多應用中，例如，在高功率和高電壓應用中，可以有利的是，包括位于柵極16和下面的III-N層之間的柵極絕緣體以便于防止柵極泄漏。在圖4中示出了具有斜場板和柵極絕緣體的器件。該器件可以通過略微修改用于圖3中的器件的工藝來實現。對于圖4中的器件，電極限定層23中的凹陷僅被部分地蝕刻穿過該層(而不是整體穿過該層)，之后沉積電極29。在該器件中，位于柵極16和下面的III-N層之間的電極限定層23的部分用作柵極絕緣體。

發明內容

在一方面，描述了一種III-N器件，其包括III-N材料層；絕緣體層，其位于III-N材料層的表面上；蝕刻停止層，其位于絕緣體層的相對于III-N材料層的相反側上；電極限定層，其位于蝕刻停止層的相對于蝕刻停止層的相對于絕緣體層的相反側上；以及電極。凹陷形成在電極限定層中并且電極形成在凹陷中。

對于這里描述的所有器件，可應用下面所述中的一個或多個。電極可以包括場板。場板可以是斜場板。電極限定層中的凹陷的一部分可以具有成角度的壁，該成角度的壁的至少一部分相對于蝕刻停止層的主表面成非垂直角度，該成角度的壁限定斜場板。非垂直角度可以處于大約5度和85度之間。絕緣體層可以是鈍化層。絕緣體層可以由氧化物或者氮化物形成。絕緣體層可以是大約2-50納米厚。絕緣體層可以具有大約0.8-40毫法/平方米的每單位面積電容。電極限定層可以由氧化物或者氮化物形成。電極限定層可以為至少大約100納米厚。絕緣體層和電極限定層的組合厚度能夠足以基本上抑制分散(dispersion)。蝕刻停止層的厚度可以為大約1和15納米之間。蝕刻停止層可以由氮化鋁形成。電極限定層和蝕刻停止層可以由不同材料形成。蝕刻停止層和絕緣體層可以由不同材料形成。凹陷可以形成在蝕刻停止層中。