[發(fā)明專利]縱向氮化物半導體晶體管裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011230488.9
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN113140629A
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高谷信一郎;白田理一郎
• 申請（專利權(quán)）人: 高谷信一郎;白田理一郎
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11205
• 代理人: 宋興;臧建明

一種閾值電壓偏差少的常關(guān)型縱向氮化物半導體晶體管裝置，包括：包含氮化物半導體的漂移層、與漂移層電連接的信道區(qū)域、源極電極、漏極電極、柵極絕緣膜、柵極電極。所述柵極絕緣膜至少包括位于信道區(qū)域側(cè)的第一絕緣膜、位于柵極電極側(cè)的第二絕緣膜、在第二絕緣膜與柵極電極之間的第三絕緣膜，第二絕緣膜具有能階位于第一絕緣膜及第三絕緣膜兩者的帶隙的內(nèi)側(cè)的電荷陷阱，且通過蓄積于電荷陷阱的電荷來調(diào)整閾值電壓，所述閾值電壓用于利用施加至柵極電極的電壓而使信道區(qū)域的傳導載流子實質(zhì)上消失來阻斷流動的電流。另外，在所述信道區(qū)域與所述柵極電極之間設(shè)置電荷蓄積用電極，且通過蓄積于所述電荷蓄積用電極的電荷來調(diào)整所述閾值電壓。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種縱向氮化物半導體晶體管裝置，尤其涉及一種具有場效應(yīng)型柵極且適宜應(yīng)用于大功率開關(guān)元件的縱向氮化物半導體場效應(yīng)晶體管裝置。

背景技術(shù)

作為氮化物半導體的GaN、AlN、InN或包含它們的混晶的半導體具有寬的帶隙(band gap)，且傳導電子具有高載流子遷移率，因此適用于高電壓高輸出電子器件。尤其是在利用氮化物半導體制作的縱向場效應(yīng)晶體管(Vertical Field Effect Transistor)中，自源極流出的電子電流通過配置于源極區(qū)域的下部的厚且摻質(zhì)濃度低的漂移層而流入漏極。因此，相對于關(guān)斷時的漏極電壓的耐電壓高。而且，由于源極與漏極縱向地配置，每單位面積中流過的電流高，導通電阻低，因此適于用作大功率開關(guān)(電源開關(guān)(power switch))元件。圖17(a)是作為第一現(xiàn)有例的縱向氮化物半導體場效應(yīng)晶體管的剖面圖(專利文獻1)。首先，在基板1100上形成漂移層1101。在基板1100中使用n型導電性的GaN、SiC、Si等。氮化物半導體的外延生長(epitaxial growth)在c軸方向的生長容易獲得良好的結(jié)晶性。因此，基板1100優(yōu)選使用具有可獲得向c軸方向的外延生長的晶面方位的單晶基板。例如，在使用晶體結(jié)構(gòu)為六方晶的GaN基板或SiC基板的情況下，將基板的晶面方位設(shè)為c軸方向。使用GaN基板的情況下，使用外延結(jié)晶生長特別容易的Ga面的基板。另外，在使用Si基板的情況下，若使用晶面方位為(111)的基板，則可獲得氮化物半導體向c軸方向的外延生長。在基板1100與漂移層1101之間，也可出于使漂移層1101外延生長時的結(jié)晶性提高的目的而插入緩沖層。另外，漂移層1101可用n型GaN、n型AlGaN、或具有組成傾斜的AlGaN等。在漂移層1101的上部設(shè)置阻擋層1102、第一氮化物半導體層1104、第二氮化物半導體層1105。阻擋層1102是出于阻止傳導電子的流動為目的而設(shè)置，且在面內(nèi)的一部分設(shè)置不阻擋傳導電子的流動的開口部1103。開口部1103的制作有各種方法。例如，可在漂移層1101上的整個面形成阻擋層1102，并通過濕式蝕刻或干式蝕刻將開口部1103的阻擋層1102去除，然后使第一氮化物半導體層1104及第二氮化物半導體層1105生長以填埋開口部1103。在此種情況下，對于阻擋層1102，使用在漂移層1101上外延生長而成的p型GaN、p型AlGaN、摻雜有用于形成深陷阱能階的摻質(zhì)的高電阻氮化物半導體、絕緣膜、或者它們的層疊結(jié)構(gòu)等。或者，也可在生長出漂移層1101之后，通過離子注入將p型摻質(zhì)選擇性地導入至開口部以外的部分，并通過其后的熱工序加以活化，從而形成包括p型層的阻擋層1102。或者，也可在依次外延生長出漂移層1101、包含p型氮化物半導體的阻擋層1102、第一氮化物半導體層1104、第二氮化物半導體層1105之后，將n型摻質(zhì)選擇性地離子注入至開口部1103，并通過其后的熱工序加以活化，從而使開口部1103的阻擋層1102進行n型反轉(zhuǎn)。第二氮化物半導體層1105至少包含帶隙比第一氮化物半導體層1104的至少一部分氮化物半導體大的氮化物半導體。例如，使用GaN作為第一氮化物半導體層1104，使用AlGaN作為第二氮化物半導體層1105。由此，在第二氮化物半導體層1105與第一氮化物半導體層1104的界面的第一氮化物半導體層1104側(cè)形成包含二維電子氣的導電層1111及導電層1112。在第二氮化物半導體層1105上形成柵極絕緣膜1106。作為其材料，使用氧化鋁、氧化硅、氮化硅、氧化鉿、氧化鋯或現(xiàn)有已知的其他柵極絕緣物材料、或者它們的層疊膜。在柵極絕緣膜1106上形成柵極電極1107。另外，與第二氮化物半導體層1105接觸地形成源極電極1109，在基板1100的背面形成漏極電極1110。另外，當在阻擋層1102中使用p型氮化物半導體時，為了將電位固定，也可設(shè)置主體電極1108。作為電極材料，例如使用Pd、Pt、Ni等。源極電極1109形成為同時與主體電極1108電連接。作為電極材料，例如使用由下層為Ti、上層為Al所構(gòu)成的多層膜。此外，源極電極1109的形成也可在形成柵極電極1107之前進行，例如可在形成第二氮化物半導體層1105之后，首先形成主體電極1108及源極電極1109，繼而沉積柵極絕緣膜1106，再形成柵極電極1107。背面的漏極電極1110也可在其他電極形成之前形成。主體電極1108是為了將阻擋層1102的電位固定而設(shè)置，但也可不設(shè)置主體電極1108。