具有掩埋式場板的化合物半導體器件制造技術

本發明專利技術涉及具有掩埋式場板的化合物半導體器件。一種半導體器件包括第一化合物半導體材料和在第一化合物半導體材料上的第二化合物半導體材料。第二化合物半導體材料包括與第一化合物半導體材料不同的材料，使得第一化合物半導體材料具有二維電子氣（2DEG）。該半導體器件還包括設置在第一化合物半導體材料中并被電連接至半導體器件的端子的掩埋式場板。2DEG被插入掩埋式場板與第二化合物半導體材料之間。

Compound semiconductor device with buried field plate

The invention relates to a compound semiconductor device with a buried field plate. A semiconductor device includes a first compound, a semiconductor material, and a second compound semiconductor material on a first compound semiconductor material. The second compound semiconductor material includes a material different from the first compound semiconductor material such that the first compound semiconductor material has a two-dimensional electron gas (2DEG). The semiconductor device also includes a buried field plate disposed in the first compound semiconductor material and is electrically connected to a terminal of the semiconductor device. The 2DEG is inserted between the buried field plate and the second compound semiconductor material.

【技術實現步驟摘要】
具有掩埋式場板的化合物半導體器件
本申請涉及化合物半導體器件，特別地涉及用于化合物半導體器件的掩埋式場板（fieldplate）。
技術介紹
MESFET（金屬半導體場效應晶體管）包括位于源極和漏極區之間的導電溝道。由肖特基金屬柵來控制從源極至漏極的載流子流。通過改變在金屬接觸下面的耗盡層寬度來控制該溝道，所述金屬接觸調節導電溝道的厚度并從而調節電流。基于GaN的當前功率晶體管主要被認為是HEMT（高電子遷移率晶體管），其也稱為異質結（heterostructure）FET（HFET）或調制摻雜FET（MODFET）。HEMT是在諸如GaN和AlGaN的具有不同帶隙的兩個材料之間具有結的場效應晶體管，所述兩個材料形成溝道而不是摻雜區，諸如在MOSFET（金屬氧化物半導體場效應晶體管）中。HEMT提供二維電子氣（2DEG），其在例如AlGaN勢壘層與GaN緩沖層之間的邊界上形成。在沒有其他措施的情況下，此類構造導致自傳導（self-conducting），即正常導通晶體管。也就是說，HEMT在不存在正柵極電壓的情況下進行傳導。常規正常導通GaNHEMT通常利用被連接至源極端子的頂部場板以便降低器件內的電場峰值，這又增加器件的擊穿電壓。頂部金屬場板被設置在柵極電極之上并通過電介質材料與柵極電極絕緣。頂部金屬場板不僅影響GaNHEMT器件中的電場分布，而且深深地影響器件的AC行為。事實上，可以修改晶體管的主電容（maincapacitance），并且晶體管的開關性能相應地受到影響。通過降低水平和垂直電場并因此減小場相關俘獲和釋放（de-trapping）機制，頂部金屬場板還可以減輕電流‘崩潰’，其通常由于存在于基于GaN器件中的高濃度陷阱/缺陷而發生，該高濃度陷阱/缺陷在開關周期期間引發晶體管的電流驅動能力的大的變化。期望具有更高效的場板，其通過以降低最大電場峰值并增強器件的擊穿強度的方式對電場進行成形（shaping）來增加GaNHEMT的擊穿強度。
技術實現思路
在本文中公開了包括在諸如HEMT的化合物半導體器件中的掩埋式場板的實施例。掩埋式場板被設置在器件的溝道下面并以降低最大電場峰值且增強器件擊穿強度的方式來幫助對電場進行成形。根據半導體器件的實施例，該器件包括第一化合物半導體材料和在第一化合物半導體材料上的第二化合物半導體材料。第二化合物半導體材料包括與第一化合物半導體材料不同的材料，使得第一化合物半導體材料具有二維電子氣（2DEG）。該半導體器件還包括設置在第一化合物半導體材料中并被電連接至半導體器件的端子的掩埋式場板。2DEG被插入掩埋式場板與第二化合物半導體材料之間。根據半導體器件的另一實施例，該器件包括第一III-V半導體材料和在第一III-V半導體材料上的第二III-V半導體材料。第二III-V半導體材料包括與第一III-V半導體材料不同的材料，使得第一III-V半導體材料具有2DEG。該器件還包括在第二III-V半導體材料上的柵極區，被插入2DEG和柵極區之間的第二III-V半導體材料、通過第二III-V半導體材料延伸至第一III-V半導體材料的源極區、以及通過第二III-V半導體材料延伸至第一III-V半導體材料并且與源極區間隔開的漏極區。該器件還包括在背對第二III-V半導體材料的第一III-V半導體材料的側面上的金屬化。第一III-V半導體材料具有在從源極區橫向地延伸至漏極區的方向上增加的厚度。根據制造半導體器件的方法的實施例，該方法包括：在半導體襯底上形成第一化合物半導體材料；在第一化合物半導體材料上形成第二化合物半導體材料，第二化合物半導體材料包括與第一化合物半導體材料不同的材料，使得第一化合物半導體材料具有二維電子氣（2DEG）；在第一化合物半導體材料中形成掩埋式場板，使得2DEG被插入掩埋式場板與第二化合物半導體材料之間；將掩埋式場板電連接至半導體器件的端子。在閱讀以下詳細描述時和在觀看附圖時，本領域的技術人員將認識到附加特征和優點。附圖說明附圖的元件相對于彼此不一定按比例。相同的參考標號指定相應的類似部分。可以將各種所示實施例的特征組合，除非它們相互排斥。在圖中描繪了實施例并在隨后的描述中詳述。圖1圖示了具有掩埋式場板的化合物半導體器件的實施例的截面圖。圖2A至2C圖示了制造具有掩埋式場板的化合物半導體器件的方法的實施例的截面圖。圖3A至3C圖示了制造具有掩埋式場板的化合物半導體器件的方法的另一實施例的截面圖。圖4A至4C圖示了制造具有掩埋式場板的化合物半導體器件的方法的又一實施例的截面圖。圖5A至5C圖示了制造具有掩埋式場板的化合物半導體器件的方法的另一實施例的截面圖。圖6A至6C圖示了制造具有多個掩埋式場板的化合物半導體器件的方法的實施例的截面圖。圖7圖示了具有掩埋式場板的化合物半導體器件的另一實施例的截面圖。圖8A和8B圖示了將化合物半導體器件的端子電連接至掩埋式場板的方法的實施例的截面圖。圖9A和9B圖示了將化合物半導體器件的端子電連接至掩埋式場板的方法的另一實施例的截面圖。圖10A和10B圖示了將化合物半導體器件的端子電連接至掩埋式場板的方法的又一實施例的截面圖。圖11A和11B圖示了制造具有帶有可變厚度的緩沖區和在緩沖區的背面上形成的金屬化的化合物半導體器件的方法的實施例的截面圖。具體實施方式圖1圖示了化合物半導體器件的實施例。根據本實施例，半導體器件是高電子遷移率晶體管（HEMT），一般也稱為異質結FET（HFET）或調制摻雜FET（MODFET）。半導體器件是在諸如Si或SiC襯底的半導體襯底100上制造的，并且包括用于向襯底100提供熱和晶格匹配的成核（籽晶）層110，諸如AIN層。在本文中也稱為緩沖區的化合物半導體材料120被設置在成核層110上。在本文中也稱為勢壘區的另一化合物半導體材料130被設置在緩沖區120上。勢壘區130包括與緩沖區120不同的材料，使得緩沖區120具有在圖1中用短劃線和點線圖示出的二維電子氣（2DEG）。在一個實施例中，緩沖區120包括GaN且勢壘區130包括AlGaN。可以使用III-V半導體材料的其他組合以便在緩沖區120中形成2DEG。圖1所示的半導體器件還包括在緩沖區120中的掩埋式場板140。掩埋式場板140被電連接至半導體器件的端子，2DEG被插入掩埋式場板140與勢壘區130之間。在本實施例中，被電連接至掩埋式場板140的端子是晶體管的源極區150。源極區150通過勢壘區130延伸至緩沖區120中并與掩埋式場板140電接觸。源極區150和掩埋式場板140之間的電連接在圖1中被示為插頭（plug）152，但是可以以如稍后在本文中更詳細地解釋的各種方式來形成。晶體管的漏極區160類似地通過勢壘區130延伸至緩沖區120中，并且與源極區150和掩埋式場板140間隔開。柵極區170被設置在諸如GaN帽層的帽層180上的2DEG之上，并且電介質層190在柵極區170和帽層180之上形成。2DEG提供源極和漏極區150、160之間的溝道，其由施加于柵極區170的電壓來控制。掩埋式場板140被設置在2DEG下面，并且以降低最大電場峰值且增強器件的擊穿強度的方式來幫助對電場進行成形。在一個實施例中，掩埋式場板140本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種半導體器件，包括：第一化合物半導體材料；在所述第一化合物半導體材料上的第二化合物半導體材料，所述第二化合物半導體材料包括與所述第一化合物半導體材料不同的材料，使得所述第一化合物半導體材料具有二維電子氣（2DEG）；以及掩埋式場板，其設置在所述第一化合物半導體材料中并被電連接至所述半導體器件的端子，2DEG被插入所述掩埋式場板與所述第二化合物半導體材料之間;其中掩埋式場板降低最大電場峰值并且增強所述半導體器件的擊穿強度；還包括：在所述2DEG上的柵極區；源極區，其通過所述第二化合物半導體材料延伸至所述第一化合物半導體材料并與所述掩埋式場板接觸；以及漏極區，其通過所述第二化合物半導體材料延伸至所述第一化合物半導體材料并與所述源極區和所述掩埋式場板間隔開；還包括設置在所述2DEG下面且與所述源極區接觸的所述第一化合物半導體材料中的至少一個附加掩埋式場板，所述掩埋式場板中的相鄰掩埋式場板通過所述第一化合物半導體材料的區域被相互間隔開。

【技術特征摘要】
2011.12.20 US 13/3319701.一種半導體器件，包括：第一化合物半導體材料；在所述第一化合物半導體材料上的第二化合物半導體材料，所述第二化合物半導體材料包括與所述第一化合物半導體材料不同的材料，使得所述第一化合物半導體材料具有二維電子氣（2DEG）；以及掩埋式場板，其設置在所述第一化合物半導體材料中并被電連接至所述半導體器件的端子，2DEG被插入所述掩埋式場板與所述第二化合物半導體材料之間;其中掩埋式場板降低最大電場峰值并且增強所述半導體器件的擊穿強度；還包括：在所述2DEG上的柵極區；源極區，其通過所述第二化合物半導體材料延伸至所述第一化合物半導體材料并與所述掩埋式場板接觸；以及漏極區，其通過所述第二化合物半導體材料延伸至所述第一化合物半導體材料并與所述源極區和所述掩埋式場板間隔開；還包括設置在所述2DEG下面且與所述源極區接觸的所述第一化合物半導體材料中的至少一個附加掩埋式場板，所述掩埋式場板中的相鄰掩埋式場板通過所述第一化合物半導體材料的區域被相互間隔開。2.根據權利要求1所述的半導體器件，其中，所述掩埋式場板包括與所述第二化合物半導體材料相同的材料。3.根據權利要求2所述的半導體器件，其中，所述掩埋式場板和所述第二化合物半導體材料的每個包括AlGaN。4.根據權利要求1所述的半導體器件，其中，所述掩埋式場板包括InGaN。5.根據權利要求1所述的半導體器件，其中，所述掩埋式場板包括所述第一化合物半導體材料的更加高度摻雜區，其被所述第一化合物半導體材料的不太高度摻雜區圍繞。6.根據權利要求1所述的半導體器件，其中，所述掩埋式場板與所述2DEG之間的距離大于所述柵極區與所述2DEG之間的距離。7.根據權利要求1所述的半導體器件，其中，所述掩埋式場板比所述柵極區更遠地從所述源極區朝著所述漏極區橫向地延伸。8.根據權利要求1所述的半導體器件，其中，所述掩埋式場板和所述源極區包括相同摻雜類型的摻雜區。9.根據權利要求1所述的半導體器件，其中，所述源極區比所述漏極區更深地延伸至所述第一化合物半導體材料中。10.根據權利要求1所述的半導體器件，其中，所述掩埋式場板中的第二個比所述掩埋式場板中的第一個更遠地與所述第二化合物半導體材料間隔開，并且比所述掩埋式場板中的第一個更遠地從所述源極區朝著所述漏極區橫向地延伸。11.根據權利要求1所述的半導體器件，其中，所述掩埋式場板與所述2DEG之間的距離在從所述源極區橫向延伸至所述漏極區的方向上增加。12.根據權利要求1所述的半導體器件，還包括在所述第一化合物半導體材料中并比第一2DEG更遠地與所述第二化合物半導體材料間隔開的第二2DEG，并且其中，所述掩埋式場板被插入第一和第二2DEG之間。13.根據權利要求12所述的半導體器件，其中，所述第一2DEG從所述半導體器件的源極區橫向地延伸至所述半導體器件的漏極區并且形成所述半導體器件的溝道，并且所述第二2DEG從所述源極區朝著所述漏極區橫向地延伸并在到達所述漏極區之前終止。14.根據權利要求1所述的半導體器件，還包括在所述第一化合物半導體材料中且比2DEG更遠地與所述第二化合物半導體材料間隔開的二維空穴氣（2DHG），并且其中，所述掩埋式場板被插入2DEG和2DHG之間。15.一種制造半導體器件的方法，包括；在半導體襯底上形成第一化合物半導體材料；在所述第一化合物半導體材料上形成第二化合物半導體材料，所述第二化合物半導體材料包括與所述第一化合物半導體材料不同的材料，使得所述第一化合物半導體材料具有二維電子氣（2DEG）；以及在所述第一化合物半導體材料中形成掩埋式場板，使得2DEG被插入所述掩埋式場板與所述第二化合物半導體材料之間；以及將所述掩埋式場板電連接至所述半導體器件的端子；其中掩埋式場板降低最大電場峰值并且增強所述半導體器件的擊穿強度；其中，在所述第一化合物半導體材料中形成所述掩埋式場板包括：在形成所述第二化合物半導體材料之前在所述第一化合物半導體材料上形成掩膜，使得所述第一化合物半導體材料的一部分被暴露；將摻雜劑注入到所述第一化合物半導體材料中以在所述第一化合物半導體材料中的一深度處形成所述摻雜劑濃度區域；在注入所述摻雜劑之后在所述第一化合物半導體材料上形成所述第二化合物半導體材料，所述2DEG被插入所述摻雜劑濃度區域與所述第二化合物半導體材料之間；以及對所述半導體器件進行退火以激活所述摻雜劑并形成所述掩埋式場板。16.一種制造半導體器件的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：G庫拉托拉，O赫貝爾倫，
申請(專利權)人：英飛凌科技奧地利有限公司，
類型：發明
國別省市：奧地利,AT