半導(dǎo)體器件制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及半導(dǎo)體器件。所述半導(dǎo)體器件包括：形成在襯底上的高電阻層，該高電阻層利用摻雜有雜質(zhì)元素的半導(dǎo)體材料形成，該雜質(zhì)元素使半導(dǎo)體材料變?yōu)楦唠娮璧模恍纬稍诟唠娮鑼由系亩鄬又虚g層；在多層中間層上利用半導(dǎo)體材料形成的電子傳輸層；以及在電子傳輸層上利用半導(dǎo)體材料形成的電子供給層，其中所述多層中間層利用多層膜形成，在該多層膜中GaN層和AlN層交替地層疊。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
半導(dǎo)體器件
本文討論的實(shí)施方案涉及半導(dǎo)體器件。
技術(shù)介紹
作為氮化物半導(dǎo)體的GaN、AlN和InN，或者由GaN、AlN和InN的混合晶體制成的材料，具有寬的帶隙并且用作高輸出電子器件或短波長發(fā)光器件。其中，作為高輸出電子器件，開發(fā)了關(guān)于場效應(yīng)晶體管(FET)，更具體地關(guān)于高電子遷移率晶體管(HEMT)的技術(shù)(參見，例如，日本公開特許公報(bào)NO. 2002-359256)。使用這樣的氮化物半導(dǎo)體的HEMT被用于高輸出/高效率放大器和高功率開關(guān)器件。使用這樣的氮化物半導(dǎo)體的HEMT具有形成在襯底上的氮化鋁鎵/氮化鎵(AlGaN/ GaN)異質(zhì)結(jié)構(gòu)，并且將GaN層用作電子傳輸層。襯底由例如藍(lán)寶石、碳化硅(SiC)、氮化鎵 (GaN)以及硅(Si)制成。在氮化物半導(dǎo)體中，GaN具有高飽和電子速度、寬帶隙和抗高壓特性，因此具有良好的電氣特性。此外，GaN具有纖維鋅礦形式的晶體結(jié)構(gòu)，并且因此在沿平行于c軸的(0001)方向上具有極性。此外，當(dāng)在AlGaN層中形成AlGaN/GaN的異質(zhì)結(jié)構(gòu)時，AlGaN層中 AlGaN和GaN兩者的晶格畸變會激發(fā)壓電極化。順便提及，已知通過用適量的Fe摻雜GaN體系的半導(dǎo)體，電阻增加。這是因?yàn)樵?GaN的價(jià)帶附近形成了比Fe更深的受主能級。因此，在使用半導(dǎo)體材料如GaN的HEMT中， 通過用Fe摻雜電子傳輸層的底層，可以防止垂直泄漏并且改善夾斷特性，從而改善HEMT的特性。附圖說明圖1示出了使用GaN的HEMT，其具有摻雜Fe的高電阻層。具體地，在襯底911上， 形成使用AlN形成的成核層912和使用AlGaN形成的緩沖層913，并且隨后通過外延生長形成高電阻層914、電子傳輸層915和電子供給層916。使用摻雜有Fe的GaN (摻雜Fe的GaN) 形成高電阻層914，使用GaN形成電子傳輸層915，并且使用AlGaN形成電子供給層916。在電子供給層916上，形成柵電極921、源電極922和漏電極923。在使用具有該結(jié)構(gòu)的GaN的 HEMT中，摻雜在高電阻層914中的Fe在表面上析出，并且在電子傳輸層915的生長期間被連續(xù)吸收，因此Fe進(jìn)入電子傳輸層915中。當(dāng)大量的Fe進(jìn)入電子傳輸層915時，溝道電子被陷獲，因雜質(zhì)分散效應(yīng)而導(dǎo)致2DEG的密度降低以及遷移率降低，從而使電氣特性劣化。相應(yīng)地，在摻雜Fe的高電阻層914與電子傳輸層915之間，使用能高效吸收Fe的 AlN和AlGaN形成中間層。由此，防止了 Fe進(jìn)入電子傳輸層915中(參見，例如，日本公開特許公報(bào)NO. 2010-182872和日本公開特許公報(bào)NO. 2010-232297)。 然而，為了防止Fe進(jìn)入電子傳輸層中，使用AlN或AlGaN形成的中間層應(yīng)具有確定的厚度。此外，當(dāng)使用AlGaN來形成中間層時，Al的組成比優(yōu)選高。在日本公開特許公報(bào) NO. 2010-182872中，Al的組成比為O. 4或更大，并且在日本公開特許公報(bào)NO. 2010-232297 中，Al的組成比為O. 3或更大。順便提及，當(dāng)使用相對于GaN具有高晶格失配因數(shù)的襯底如Si襯底時，在Si襯底上形成由晶格常數(shù)比GaN的晶格常數(shù)低的AlN或AlGaN制成的緩沖層，并且在緩沖層上形成電子傳輸層如GaN。通過如上所述形成緩沖層，平衡了形成在Si襯底上的半導(dǎo)體層疊膜如GaN和整個襯底，使得防止襯底彎曲并且防止在半導(dǎo)體層疊膜中形成裂紋。在緩沖層上通過晶體生長形成中間層。當(dāng)中間層由具有相對高的Al組成比的AlN或AlGaN制成時，在晶格常數(shù)比該中間層的晶格常數(shù)高的緩沖層上形成該中間層。因此，由于通過緩沖層引起了拉伸畸變，所以與沒有畸變的狀態(tài)相比，中間層的晶格間隔變得更寬。因此，難以獲得期望的厚度而不在中間層中產(chǎn)生裂紋。AlN沿a軸的晶格常數(shù)是本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種半導(dǎo)體器件，包括：形成在襯底上的高電阻層，所述高電阻層利用摻雜有雜質(zhì)元素的半導(dǎo)體材料形成，所述雜質(zhì)元素使所述半導(dǎo)體材料變?yōu)楦唠娮璧模恍纬稍谒龈唠娮鑼由系亩鄬又虚g層；在所述多層中間層上利用半導(dǎo)體材料形成的電子傳輸層；和在所述電子傳輸層上利用半導(dǎo)體材料形成的電子供給層，其中所述多層中間層利用多層膜形成，在所述多層膜中GaN層和AlN層交替地層疊。

【技術(shù)特征摘要】
2011.09.28 JP 2011-2134731.一種半導(dǎo)體器件,包括形成在襯底上的高電阻層，所述高電阻層利用摻雜有雜質(zhì)元素的半導(dǎo)體材料形成，所述雜質(zhì)元素使所述半導(dǎo)體材料變?yōu)楦唠娮璧模恍纬稍谒龈唠娮鑼由系亩鄬又虚g層；在所述多層中間層上利用半導(dǎo)體材料形成的電子傳輸層；和在所述電子傳輸層上利用半導(dǎo)體材料形成的電子供給層，其中所述多層中間層利用多層膜形成，在所述多層膜中GaN層和AlN層交替地層疊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中在所述多層中間層中，所述GaN層的厚度比所述AlN層的厚度大。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體器件，其中在所述多層中間層中，所述GaN層具有20nm至50nm的厚度，并且所述AlN層具有2nm 至5nm的厚度。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體器件，其中在所述多層中間層中，所述GaN層和所述AlN層以20或更多個周期進(jìn)行層疊。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述多層中間層具有500nm至IOOOnm的厚度。6.—種半導(dǎo)體器件,包括形成在襯底上的高電阻層，所述高電阻層利用摻雜有雜質(zhì)元素的半導(dǎo)體材料形成，所述雜質(zhì)元素使所述半導(dǎo)體材料變?yōu)楦唠娮璧模恍纬稍谒龈唠娮鑼由系闹虚g層；在所述中間層上利用半導(dǎo)體材料形成的電子傳輸層；和在所述電子傳輸層上利用半導(dǎo)體材料形成的電子供給層，其中所述中間層利用AlGaN形成，所述AlGaN表示為AlxGa1J,其中O < x < O. 3。7.根據(jù)權(quán)利要求1、2和6中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中所述高電阻層、所述多層中間層或所述中間層、所述電子傳輸層以及所述電子供給層通過MOVPE (金屬有機(jī)氣相外延)形成。8.根據(jù)權(quán)利要求1、2和6中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述高電阻層通過利用所述雜質(zhì)元素?fù)诫s包括GaN、AlN和AlGaN中任一種的材料來形成，所述雜質(zhì)元素使所述材料變?yōu)楦唠娮璧摹?.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體器件，其...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：石黑哲郎，
申請(專利權(quán))人：富士通株式會社，
類型：發(fā)明
國別省市：