[發明專利]半導體裝置和制作半導體裝置的方法

在審

• 申請號: 201611164190.6
• 申請日: 2016-12-15
• 公開（公告）號: CN107039518A
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 簡·雄斯基;戈德弗里德斯·阿德里亞斯·馬里亞·胡克斯;杰倫·安東·克龍;約翰內斯·J·T·M·唐克爾
• 申請（專利權）人: 安世有限公司
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/335;H01L29/20
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司11112
• 代理人: 麥善勇,張天舒

技術領域

本說明書涉及一種半導體裝置和一種制造半導體裝置的方法。

背景技術

近年來，GaN/AlGaN高電子遷移率晶體管(HEMT)關于它們替代Si或SiC用作高電壓(HV)裝置的可能性已經吸引了大量的注意力。GaN/AlGaN HEMT通常包括具有位于數個GaN層上的AlGaN層的襯底。柵極、源極和漏極位于AlGaN層上方。操作期間，電流在漏極和源極之間經由二維電子氣(2DEG)流動，所述二維電子氣在AlGaN層和上部GaN層之間的界面處形成。通過將合適的電壓施加到柵極來實現切斷，以使得在AlGaN層和最上部GaN層之間的界面處的2DEG消失。

在一些應用中，這些裝置在關閉狀態和開啟狀態之間切換，在所述關閉狀態中，它們阻斷高漏極到源極電壓，同時具有低泄漏電流，在所述開啟狀態中，它們在低電壓下承載高電流。這些裝置被設計成這樣，以使得可在開啟狀態、關閉狀態的和在切換期間的功率損耗之間找到最佳平衡點。

HEMT通常使用兩個不同的柵極。第一，柵極可為肖特基(Schottky)柵極，其包括位于AlGaN層上的肖特基觸點。替代類型的柵極是絕緣柵極，其中柵極觸點通過絕緣層而與AlGaN層的表面分隔開。包括這種第二類型的柵極的裝置被稱作金屬絕緣體半導體高電子遷移率晶體管(MISHEMT)。MISHEMT的潛在優點是處于關閉狀態時的較低泄漏電流。

發明內容

在隨附的獨立權利要求和從屬權利要求中闡述了本發明的各方面。來自從屬權利要求的特征的組合可按需要與獨立權利要求的特征組合，并且不僅僅是按照權力要求中所明確闡述的。

根據本發明的方面，提供一種半導體裝置，其包括：

襯底，其具有位于一個或多個GaN層上的AlGaN層，以在AlGaN層和GaN層之間的界面處形成二維電子氣；

源極觸點；

漏極觸點；以及

柵極觸點，其位于源極觸點和漏極觸點之間，

其中柵極觸點包括：

柵極電極；以及

位于柵極電極和AlGaN層之間的電絕緣層，其中電絕緣層包括至少一個孔口，以允許在裝置的關閉狀態期間產生的空穴穿過柵極電極離開裝置。

根據本發明的另一方面，提供一種制作半導體裝置的方法，所述方法包括：

提供襯底，所述襯底具有位于一個或多個GaN層上的AlGaN層，以在AlGaN層和GaN層之間的界面處形成二維電子氣；

形成裝置的源極觸點；

形成裝置的漏極觸點；以及

通過以下操作在源極觸點和漏極觸點之間形成裝置的柵極觸點；

形成具有至少一個孔口的電絕緣層；以及

形成柵極電極，以使得電絕緣層位于柵極電極和AlGaN層之間，

其中在電絕緣層中的至少一個孔口適合于允許在裝置的關閉狀態期間產生的空穴穿過柵極電極離開裝置。

在例如MISHEMT的裝置中，柵極電極與下面的層的絕緣可阻止在裝置的關閉狀態期間產生的空穴穿過柵極電極離開裝置。這些空穴可增加裝置的局部體勢(local body potential)，這可產生增加的電場，所述增加的電場可引起裝置失效或劣化。通過在電絕緣層中提供至少一個孔口，在裝置的關閉狀態期間產生的空穴可穿過柵極電極離開裝置。

孔的大小可進行選擇，以允許空穴離開裝置而不會顯著增加穿過柵極觸點的泄漏電流。在一些例子中，至少一個孔口的尺寸(舉例來說，至少一個孔口的大致直徑(例如，其中孔口大體上是圓形的)或平行于柵極長度方向的孔口的邊緣(例如，其中孔口是長橢圓形的))可為柵極長度的大約20％到70％。柵極長度可(舉例來說)為大約1到3μm。在一個例子中，至少一個孔口的尺寸(例如，至少一個孔口的大致直徑)可為大約0.5到2μm。在一些例子中，(例如，在大體上垂直于柵極長度方向的柵極寬度方向上)鄰近孔口之間的間距(例如，平均間距)可為大致5到20μm。

當從AlGaN層上方觀察時，在柵極電極和AlGaN層之間的電絕緣層中的至少一個孔口的總截面面積可表示為∑A_孔口。當從AlGaN層上方觀察時，柵極電極的面積可表示為A_柵極。這兩個面積的比例可進行選擇，以允許空穴離開裝置而不會顯著增加穿過柵極觸點的泄漏電流。在一些例子中，孔口的總面積與柵極電極的面積的比例可在0.01≤∑A_孔口/A_柵極≤0.1范圍內。