用于半導(dǎo)體器件的電極配置的制作方法
【專利摘要】一種III-N半導(dǎo)體器件，其可以包括在III-N材料結(jié)構(gòu)的表面上具有厚度的電極限定層。所述電極限定層具有帶有側(cè)壁的凹進部，所述側(cè)壁包括多個階梯。所述凹進部遠離所述III-N材料結(jié)構(gòu)的部分具有第一寬度，并且所述凹進部靠近所述III-N材料結(jié)構(gòu)的部分具有第二寬度，第一寬度大于第二寬度。電極在所述凹進部中，所述電極包括在所述凹進部的側(cè)壁之上的延伸部分。所述電極限定層的部分在所述延伸部分和所述III-N材料結(jié)構(gòu)之間。所述側(cè)壁相對于所述III-N材料結(jié)構(gòu)的表面形成大約40度或更小的有效角。
【專利說明】用于半導(dǎo)體器件的電極配置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體電子器件，具體地講，涉及具有與場板(field plate)連接的電極的器件。
【背景技術(shù)】
[0002]迄今為止，現(xiàn)代的功率半導(dǎo)體二極管諸如高壓P-1-N 二極管以及功率晶體管諸如功率MOSFET和絕緣柵極雙極晶體管(IGBT)通常是由硅(Si)半導(dǎo)體材料制造的。更具體地講，碳化硅(SiC)功率器件由于其優(yōu)異的性質(zhì)而被研究?，F(xiàn)在出現(xiàn)了 III族氮化物(II1-N)半導(dǎo)體器件，它在承載大電流和支持高電壓并且提供非常低的電阻、高壓器件操作和快速開關(guān)時間方面有應(yīng)用前途。如本文中所使用的，術(shù)語II1-N或III族氮化物材料、層、器件等是指由根據(jù)化學(xué)計量學(xué)公式AlxInyGazN的化合物半導(dǎo)體材料組成的材料或器件，其中，x+y+z大約是I。
[0003]在圖1和圖2中分別示出現(xiàn)有技術(shù)的II1-N高電子遷移率晶體管(HEMT)和II1-N二極管的示例。圖1的II1-N HEMT包括襯底10、襯底頂部的諸如GaN層的II1-N溝道層11和溝道層頂部的諸如AlxGa^N層的II1-N勢壘層12。在溝道層11和勢壘層12之間的界面附近，在溝道層11中感生有二維電子氣(2DEG)溝道19。源極接點14和漏極接點15分別形成至2DEG溝道的歐姆接觸。柵極接點16調(diào)節(jié)2DEG在柵極區(qū)域中(即，在柵極接點16正下方)的部分。圖2的II1-N 二極管包括與圖1的II1-N HEMT的II1-N材料層類似的II1-N材料層。然而，圖2的II1-N 二極管只包括兩個接點，陽極接點27和陰極接點28。陽極接點27形成在II1-N勢壘層12上，并且陰極接點28是接觸2DEG 19的單個接點。陽極接點27是肖特基接點，并且單個陰極接點28是歐姆接點。在圖2中，雖然看上去有兩個陰極接點，但這兩個接點實際上電連接以形成單個陰極接點28。
[0004]場板通常用于II1-N器件中，以減小峰值電場和增大器件擊穿電壓從而允許更高電壓操作這樣的方式使器件的高場區(qū)域中的電場成形。在圖3中示出現(xiàn)有技術(shù)的場板型II1-N HEMT的示例。除了圖1的器件中包括的層之外，圖3中的器件包括與柵極16連接的場板18，并且諸如SiN層的絕緣層13在場板和II1-N勢壘層12之間。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。絕緣層13可以充當(dāng)表面鈍化層，從而防止或抑制II1-N材料與絕緣層13相鄰的表面上的電壓波動。
[0005]傾斜場板表現(xiàn)出在II1-N器件中減小峰值電場和增大擊穿電壓方面是尤其有效的。在圖4中示出與圖3的II1-N器件類似但具有傾斜場板24的現(xiàn)有技術(shù)的II1-N器件。在這個器件中，柵極16和傾斜場板24由單個電極29形成?？梢允荢iN的絕緣層23是包含凹進部的電極限定層，所述凹進部至少部分限定電極29的形狀。電極限定層23還可以充當(dāng)表面鈍化層，從而防止或抑制II1-N材料與電極限定層23相鄰的表面上的電壓波動。可以通過首先在II1-N勢壘層12的整個表面之上沉積電極限定層23，然后在包含柵極16的區(qū)域中蝕刻穿過電極限定層23的凹進部，凹進部包括傾斜側(cè)壁25，并且最終至少在凹進部中和傾斜側(cè)壁25之上沉積電極29來形成這個器件中的柵極16和傾斜場板24?？梢栽贗I1-N二極管中形成類似的傾斜場板結(jié)構(gòu)。例如，與圖2的II1-N二極管類似的II1-N二極管還可以包括與陽極接點27連接的傾斜場板。
[0006]與不包括傾斜部分的諸如圖3中的場板的傳統(tǒng)場板相比，諸如圖4中的場板24的傾斜場板趨于在器件的較大體積內(nèi)散布電場。因此，傾斜場板在減小下面器件中的峰值電場方面趨于更有效，從而允許較大的操作電壓和擊穿電壓。
[0007]雖然傾斜場板對于許多應(yīng)用而言是期望的，但它們可能難以可再生產(chǎn)地制造。因此期望的是可以對峰值電場提供足夠的抑制并且可以可再生產(chǎn)地制造的場板結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在一個方面中，描述了一種II1-N半導(dǎo)體器件，所述II1-N半導(dǎo)體器件包括在II1-N材料結(jié)構(gòu)的表面上具有厚度的電極限定層。所述電極限定層具有帶有側(cè)壁的凹進部，所述側(cè)壁包括多個階梯。所述凹進部遠離所述II1-N材料結(jié)構(gòu)的部分具有第一寬度，并且所述凹進部靠近所述II1-N材料結(jié)構(gòu)的部分具有第二寬度，所述第一寬度大于所述第二寬度。電極在所述凹進部中，所述電極包括在所述凹進部的側(cè)壁之上的延伸部分。所述電極限定層的部分在所述延伸部分和所述II1-N材料結(jié)構(gòu)之間。所述側(cè)壁相對于所述II1-N材料結(jié)構(gòu)的表面形成大約40度或更小的有效角。
[0009]在另一個方面中，描述了一種II1-N半導(dǎo)體器件，所述II1-N半導(dǎo)體器件包括在II1-N材料結(jié)構(gòu)的表面上具有厚度的電極限定層。所述電極限定層具有帶有側(cè)壁的凹進部，所述側(cè)壁包括多個階梯。所述凹進部遠離所述II1-N材料結(jié)構(gòu)的部分具有第一寬度，并且所述凹進部靠近所述II1-N材料結(jié)構(gòu)的部分具有第二寬度，所述第一寬度大于所述第二寬度。電極在所述凹進部中，所述電極包括在所述凹進部的側(cè)壁之上的延伸部分。所述電極限定層的部分在所述延伸部分和所述II1-N材料結(jié)構(gòu)之間。所述側(cè)壁中的所述階梯的至少一個具有與所述II1-N材料結(jié)構(gòu)的表面基本上平行的第一表面和傾斜的第二表面，所述第二表面與所述II1-N材料結(jié)構(gòu)的表面形成在5度和85度之間的角度。
[0010]本文中描述的器件可以包括以下特征中的一個或多個。所述II1-N材料結(jié)構(gòu)可以包括第一 II1-N材料層、第二 II1-N材料層和2DEG溝道，所述2DEG溝道是由于所述第一II1-N材料層和所述第二 II1-N材料層之間的成分差異的結(jié)果而導(dǎo)致在與所述第二 II1-N材料層相鄰的所述第一 II1-N材料層中感生的。所述第一 II1-N材料層可以包括GaN。所述第二 II1-N材料層可以包括AlGaN或AlInGaN。在所述第一 II1-N材料層和所述第二II1-N材料層之間可以包括第三II1-N材料層。所述第三II1-N材料層可以包括A1N。所述第一 II1-N材料層和第二 II1-N材料層可以是III族面或[0001]取向或III族封端的半極性層，并且所述第二 II1-N材料層可以在所述第一 II1-N材料層和所述電極限定層之
間。所述第一 II1-N材料層和第二 II1-N材料層可以是N面或[()()() I]取向或氮封端的半極
性層，并且所述第一 II1-N材料層可以在所述第二 II1-N材料層和所述電極限定層之間。
[0011]所述凹進部可以延伸穿過所述電極限定層的整個厚度，或者延伸到所述II1-N材料結(jié)構(gòu)中，或者延伸穿過所述2DEG溝道。所述凹進部可以延伸到所述II1-N材料結(jié)構(gòu)中至少30納米。所述凹進部可以延伸部分穿過所述電極限定層的厚度。所述電極限定層可以具有整體基本上均勻的成分。所述電極限定層可以包括SiNx。所述電極限定層的厚度可以在大約0.1微米和5微米之間。[0012]在所述II1-N材料結(jié)構(gòu)和所述電極限定層之間可以包括介電鈍化層，所述介電鈍化層直接接觸所述II1-N材料與所述電極相鄰的表面。所述介電鈍化層可以包括SiNx。所述介電鈍化層可以在所述電極和所述II1-N材料結(jié)構(gòu)之間，使得所述電極不直接接觸所述II1-N材料結(jié)構(gòu)。在所述介電鈍化層和所述電極限定層之間可以包括附加絕緣層。所述附加絕緣層可以包括A1N。所述附加絕緣層可以為小于大約20納米厚。
[0013]所述電極的延伸部分用作場板。所述電極可以是陽極，并且所述器件是二極管。所述電極可以是柵極，并且所述器件可以是晶體管。所述器件可以是增強模式器件、或者耗盡模式器件、或者高壓器件。所述有效角可以是大約20度或更小，并且所述器件的擊穿電壓可以是大約100V或更大。所述有效角可以是大約10度或更小，并且所述器件的擊穿電壓可以是大約300V或更大。
[0014]所述階梯的至少一個可以具有與所述II1-N材料結(jié)構(gòu)的表面基本上平行的第一表面和與所述II1-N材料結(jié)構(gòu)的表面基本上垂直的第二表面。所述階梯的至少一個可以具有與所述II1-N材料結(jié)構(gòu)的表面基本上平行的第一表面和傾斜的第二表面，所述第二表面與所述II1-N材料結(jié)構(gòu)的表面形成5度和85度之間的角度。所述延伸部分可以直接接觸所述側(cè)壁。
[0015]在另一個方面中，描述了一種形成II1-N器件的方法，所述形成II1-N器件的方法包括在II1-N材料結(jié)構(gòu)的表面上形成具有厚度的電極限定層；以及對在所述電極限定層之上的掩模層進行圖案化，所述掩模層包括具有寬度的開口。所述方法還包括蝕刻所述電極限定層以在其內(nèi)形成凹進部，所述凹進部具有包括多個階梯的側(cè)壁。所述凹進部遠離所述II1-N材料結(jié)構(gòu)的部分具有第一寬度，并且所述凹進部靠近所述II1-N材料結(jié)構(gòu)的部分具有第二寬度，所述第一寬度大于所述第二寬度。所述方法還包括去除所述掩模層，以及在所述凹進部中形成電極，所述電極包括在所述側(cè)壁之上的延伸部分。所述電極限定層的部分在所述延伸部分和所述II1-N材料結(jié)構(gòu)之間。所述蝕刻步驟包括第一工序和第二工序，所述第一工序包括去除所述電極限定層的部分，并且所述第二工序包括去除所述掩模層的部分而并沒有完全去除所述掩模層。所述第二工序使得所述掩模層中的所述開口的寬度增大。
[0016]本文中描述的方法可以包括以下特征中的一個或多個?？梢栽谝呀?jīng)執(zhí)行所述第二工序之后第二次執(zhí)行所述第一工序?？梢栽谝呀?jīng)第二次執(zhí)行所述第一工序之后第二次執(zhí)行所述第二工序。所述掩模層可以包含光致抗蝕劑，并且可以在執(zhí)行所述蝕刻步驟之前重新分布所述掩模層中的所述光致抗蝕劑。重新分布所述光致抗蝕劑可以包括對所述光致抗蝕劑進行熱退火。重新分布所述光致抗蝕劑可以使得所述掩模層具有與所述開口相鄰的傾斜側(cè)壁。所述蝕刻步驟可以導(dǎo)致所述凹進部延伸穿過所述電極限定層的整個厚度。所述蝕刻步驟可以是第一蝕刻步驟，所述方法還可以包括導(dǎo)致所述凹進部進一步延伸到所述II1-N材料結(jié)構(gòu)中的第二蝕刻步驟。
[0017]所述器件還可以包括在所述電極限定層和所述II1-N材料結(jié)構(gòu)之間具有厚度的附加介電層。所述蝕刻步驟可以導(dǎo)致所述凹進部進一步延伸穿過所述附加介電層的整個厚度。所述電極可以是陽極并且所述II1-N器件可以是二極管。所述電極可以是柵極并且所述II1-N器件可以是晶體管。所述蝕刻步驟可以導(dǎo)致所述側(cè)壁相對于所述II1-N材料結(jié)構(gòu)的表面形成大約40度或更小的有效角。所述蝕刻步驟可以導(dǎo)致所述側(cè)壁中的所述階梯的至少一個具有與所述II1-N材料結(jié)構(gòu)的表面基本上平行的第一表面和傾斜的第二表面，所述第二表面與所述II1-N材料結(jié)構(gòu)的表面形成5度和85度之間的角度。
[0018]描述了 II1-N器件，所述II1-N器件可以可再生產(chǎn)地制造，可以以低泄漏支持高電壓，同時可以表現(xiàn)出低導(dǎo)通電阻和高擊穿電壓。還描述了形成所述器件的方法。本文中描述的II1-N器件可以是晶體管或二極管，并且可以是適于高壓應(yīng)用的高壓器件。在附圖和下面的描述中闡述了本發(fā)明的一個或多個實現(xiàn)方式的細節(jié)。根據(jù)描述和附圖以及權(quán)利要求書，將清楚本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的II1-N HEMT器件的剖視圖。
[0020]圖2是現(xiàn)有技術(shù)的II1-N 二極管的剖視圖。
[0021]圖3至圖4是現(xiàn)有技術(shù)的II1-N HEMT器件的剖視圖。
[0022]圖5是II1-N 二極管的一個實現(xiàn)方式的剖視圖。
[0023]圖6是II1-N 二極管的電極布局的平面圖。
[0024]圖7是II1-N 二極管的另一個實現(xiàn)方式的剖視圖。
[0025]圖8是II1-N HEMT器件的一個實現(xiàn)方式的剖視圖。
[0026]圖9是II1-N 二極管的另一個實現(xiàn)方式的剖視圖。
[0027]圖10是II1-N HEMT器件的另一個實現(xiàn)方式的剖視圖。
[0028]圖11至圖20示出形成圖5的II1-N 二極管的方法。
[0029]各個附圖中的類似的參考標(biāo)號指示類似的元件。
【具體實施方式】
[0030]描述了基于II1-N異質(zhì)結(jié)構(gòu)的器件。器件的電極被設(shè)計成使得器件可以可再生產(chǎn)地制造，可以支持具有低泄露的高電壓且，同時可以表現(xiàn)出低電阻。還描述了形成器件的方法。本文中描述的II1-N器件可以例如是晶體管或二極管，并且可以是適于高壓應(yīng)用的高壓器件。在這種高壓二極管中，當(dāng)二極管被反向偏置時，二極管至少能夠支持小于或等于使用該二極管的應(yīng)用中的高壓的所有電壓，所述高壓例如可以是100V、300V、600V、1200V、1700V或更高。當(dāng)二極管被正向偏置時，它能夠以低導(dǎo)通電壓導(dǎo)通大電流。最大容許導(dǎo)通電壓是在使用二極管的應(yīng)用中可以維持的最高電壓。當(dāng)高壓晶體管被偏置成截止時(如果柵極相對于源極的電壓小于晶體管閾值電壓)，它至少能夠支持小于或等于使用該高壓晶體管的應(yīng)用中的高壓的所有源極-漏極電壓。當(dāng)高壓晶體管被偏置成導(dǎo)通時(如果柵極相對于源極的電壓大于晶體管閾值電壓)，它能夠以低導(dǎo)通電壓導(dǎo)通大電流。最大容許導(dǎo)通電壓是在使用高壓晶體管的應(yīng)用中可以維持的最高電壓。
[0031]參照圖4，對于給定厚度的電極限定層23，由于包括傾斜場板24而導(dǎo)致的散布有電場的區(qū)域的水平長度很大程度上是由場板與下面的II1-N材料結(jié)構(gòu)的表面28所形成的角度26來確定的。角度26越小，導(dǎo)致電場的散布越廣，從而允許器件相應(yīng)更大的操作電壓和擊穿電壓。例如，在具有大約0.85微米厚的電極限定層23的II1-N器件中，對于可靠的50V或100V操作而言,可能需要大約40度或更小的角度,而對于可靠的300V或600V操作而言，可能需要大約10度或更小的角度。然而，可能難以可再生產(chǎn)地制造具有這樣小的角度26的傾斜場板24。對于大規(guī)模制造而言，必須的是允許相當(dāng)大的器件操作電壓和擊穿電壓但可以可再生產(chǎn)地制造的場板結(jié)構(gòu)。
[0032]如圖5至圖10中所示，本文中描述的II1-N器件是在II1-N材料結(jié)構(gòu)的頂部均包括電極限定層的晶體管和二極管。電極限定層包括凹進部，并且電極在凹進部中。凹進部頂部的寬度大于凹進部底部的寬度。電極包括在電極限定層的部分之上并且用作場板的延伸部分。電極保形地沉積在電極限定區(qū)域中的凹進部中，使延伸部分在凹進部的側(cè)壁之上。因此，至少部分由側(cè)壁的輪廓來確定延伸部分的輪廓。電極的延伸部分下面的凹進部的側(cè)壁包括多個階梯。側(cè)壁相對于下面的II1-N材料結(jié)構(gòu)的最上面表面形成有效角。該有效角可以小得足以允許器件的高電壓操作，如使用該器件的電路應(yīng)用所需要的。
[0033]參照圖5，II1-N二極管包括襯底10、襯底頂部的第一 II1-N層11和第一 II1-N層頂部的第二 III-N層12。II1-N層11和12具有互不相同的成分，并且分別選擇所述成分，使得在第一 III-N層11和第二 III-N層12之間的界面附近，在第一 II1-N層11中感生有二維電子氣體(2DEG) 19 (用虛線示出)，即，導(dǎo)電溝道。
[0034]在第二 III-N層12之上形成電極限定層33，電極限定層33包括延伸穿過電極限定層33的整個厚度的凹進部，陽極接點39隨后形成在所述凹進部中。電極限定層通常大約在0.1微米和5微米厚之間，諸如，大約0.85微米厚。電極限定層33可以具有整體基本上均勻的成分。電極限定層33由諸如SiNj^A絕緣體形成。在凹進部中形成的陽極接點39接觸器件的區(qū)域41中的第二 II1-N層12的上表面。陽極接點39包括延伸部分34，延伸部分34位于電極限定層33的部分之上，用作場板。陽極接點39被保形地沉積在電極限定層33中的凹進部中，使延伸部分34在凹進部的側(cè)壁43之上，側(cè)壁43從電極限定層33最靠近區(qū)域41的部分(即，點44) 一直延伸到電極限定層33頂部的點45，點45剛好超過電極限定層33變得基本上平坦的地方。因此，至少部分由側(cè)壁43的輪廓來確定延伸部分的輪廓。形成單個陰極接點28，陰極接點28接觸2DEG 19并且緊鄰陽極接點39的至少一部分。陽極接點39是肖特基接點，并且單個陰極接點28是歐姆接點。
[0035]如本文中所使用的，術(shù)語“單個陰極接點”要么是指用作陰極的單個金屬接點，要么是指用作陰極的多個接點，這多個接點電連接，使得在器件操作期間，每個接點的電勢大約是相同的，或者旨在是相同的。在看上去有兩個陰極接點的圖5的剖視圖中，這兩個接點實際上電連接以形成單個陰極接點28。這在圖6中被更清楚地示出，圖6是圖5的二極管的平面示圖。如本文中使用的，如果兩個或更多個接點或其它元件通過具有充足導(dǎo)電性的材料連接以確保在操作期間接點或其它元件中的每個的電勢大約是相同的或者旨在是相同的，則這兩個或更多個接點或其它元件被認為是“電連接”的。
[0036]圖6是圖5的器件中可以使用的電極構(gòu)造的平面圖(俯視圖)，該電極構(gòu)造包括與圖6的頂部和底部分別示出的陰極接點焊盤和陽極接點焊盤連接的陰極接點28和陽極接點39的交替“引腳”。雖然圖5的剖視圖只示出單個陽極引腳和兩個陰極引腳，但可以添加附加的陰極引腳和陽極引腳，如圖6中所示。
[0037]回頭參照圖5，二極管還可以可選地包括分別接觸至少在陽極接點39和陰極接點28之間的II1-N材料表面的鈍化層22和在鈍化層22和電極限定層33之間的附加介電層21。器件還可以包括附加的II1-N層(未示出)，例如，第一 II1-N層11和襯底10之間的III-N緩沖層或者第一 III-N層11和第二 III-N層12之間的諸如AlN的III-N層。[0038]圖5中的二極管如下地操作。當(dāng)陽極接點39的電壓小于陰極接點28的電壓使得陽極接點39和II1-N層12之間的肖特基結(jié)被反向偏置時，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，只有小反向偏置電流在陽極和陰極之間流動。理想地，反向偏置電流盡可能地小。當(dāng)陽極接點39的電壓大于陰極接點28的電壓時，陽極接點39和II1-N層12之間的肖特基結(jié)被正向偏置，并且二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，大電子電流主要從陰極接點28流過2DEG 19，然后流過正向偏置的肖特基結(jié)，流入陽極接點39。整體正向偏置電流的至少99%從陽極通過肖特基勢壘和2DEG溝道流向陰極。少量的漏電流可以通過其它路徑流動，比如沿著器件的表面流動。
[0039]如之前所述的，II1-N層11和12具有相互不同的成分。選擇所述成分，使得第二II1-N層12具有比第一 II1-N層11大的帶隙，這有助于能夠形成2DEG 19。如果II1-N層11和12由在非極性或半極性取向上取向的II1-N材料構(gòu)成，則還可能需要通過用η型雜質(zhì)摻雜第二半導(dǎo)體層12的全部或部分來感生2DEG 19。如果II1-N層11和12在諸如[0001](即，族III面)取向的極性方向上取向，則盡管可以通過用η型雜質(zhì)摻雜第二 II1-N層12的全部或部分來增大2DEG表面電荷濃度，但也可以通過偏振場來感生2DEG 19，而不需要任何大程度地摻雜II1-N層中的任一個。增大的2DEG表面電荷濃度的益處在于，它們可以減小二極管導(dǎo)通電阻，但它們還可以造成較低的反向擊穿電壓。因此，優(yōu)選地，2DEG表面電荷濃度被優(yōu)化成適于使用二極管的應(yīng)用的值。
[0040]II1-N材料可以用于層11和12，選擇這些層的成分，使得對層11和12的要求得以滿足。舉例來說，II1-N層11可以是GaN并且II1-N層12可以是AlGaN或AlINGaN，而II1-N層12可以被η型摻雜或者可以不含有有效濃度的摻雜雜質(zhì)。在II1-N層12沒有被摻雜的情況下，由II1-N層11和12之間的偏振場之差造成感生的2DEG。如例如在圖1、圖3和圖4中看到的，上述的用于二極管的II1-N材料配置也可以用于II1-N HEMT器件。因此，本文中描述的二極管可以與ΙΙΙ-ΝΗΕΜΤ器件集成在單個芯片上，從而簡化同時需要二極管和HEMT的電路的制造工藝并降低其成本。
[0041]襯底10可以是上面形成由II1-N層11和12的任何合適的襯底，例如，碳化硅(SiC)、硅、藍寶石、GaN、AlN或上面可以形成II1-N器件的任何其它合適的襯底。在一些實現(xiàn)方式中，在襯底10和半導(dǎo)體層11之間包括諸如AlGaN或AlN的II1-N緩沖層(未示出)，以將層11和12中的材料缺陷降到最低。
[0042]圖5的二極管可選地包括鈍化層22和附加的介電層21。第二 II1-N層12的頂部由諸如SiNx的絕緣介電材料形成的鈍化層22保持器件的最上面II1-N表面的有效鈍化。如本文中使用的，“鈍化層”是指半導(dǎo)體器件中的半導(dǎo)體層的表面上生長或沉積的任何層或?qū)拥慕M合，它可以防止或抑制器件操作期間表面的電壓波動，從而防止或抑制色散(dispersion)。例如，鈍化層可以防止或抑制在最上面II1-N表面形成表面/界面狀態(tài)，或者它可以防止或抑制器件操作期間表面/界面狀態(tài)捕獲電荷的能力?？蛇x地包括在鈍化層22和電極限定層33之間的附加介電層21可以通過用作蝕刻阻擋層來簡化器件制造。附加介電層21可以由存在可以蝕刻電極限定層33的材料而將基本上不蝕刻附加介電層21的材料的蝕刻化學(xué)性質(zhì)的材料形成。另外，因為陽極接點39接觸下面的II1-N材料，所以電極限定層33中的凹進部還完全延伸穿過附加介電層21和鈍化層22。在一些實現(xiàn)方式中，省去鈍化層22和附加介電層21，并且電極限定層33保持器件的最上面II1-N表面的有效鈍化。
[0043]色散是指與當(dāng)器件在DC狀態(tài)下操作時相比較，當(dāng)器件在RF或開關(guān)狀況下器件時觀察到的電流-電壓(1-V)特性的差異。在II1-N器件中，因最上面II1-N表面的電壓波動、由于器件操作期間表面狀態(tài)的充電的結(jié)果，時常造成諸如色散的效果。因此，諸如層22的鈍化層通過防止或抑制最上面II1-N表面的電壓波動來防止或抑制色散。
[0044]參照圖5的二極管，當(dāng)包括鈍化層22時，電極限定層33與鈍化層22結(jié)合保持器件的最上面II1-N表面的有效鈍化。當(dāng)在鈍化層22和電極限定層33之間包括諸如AlN的附加介電層21時,可能需要使附加介電層21足夠薄，比如比大約20nm薄、比大約IOnm薄或者比大約5nm薄，以確保仍然保持最上面II1-N表面的有效鈍化。過于厚(比如大于大約20nm)的附加介電層21會使層22和23的鈍化效果劣化。
[0045]形成在II1-N層12的表面上的陽極接點39的部分35與層12形成肖特基接點。陰極接點28接觸歐姆區(qū)域49中的2DEG19，從而形成大體歐姆接觸。陰極接點28可以用各種方式接觸2DEG19。例如，可以在層12的表面上的歐姆接觸區(qū)域49中沉積金屬或金屬的組合，之后進行熱退火，從而導(dǎo)致所沉積的金屬與下面的半導(dǎo)體材料形成金屬合金。接觸2DEG的其它方法包括，但不限于，通過η型摻雜物到歐姆區(qū)域49中的離子注入，之后在這個區(qū)域頂部進行金屬沉積，或者通過蝕刻在歐姆接觸區(qū)域49中的材料并且重新生長η型材料，之后在這個區(qū)域頂部進行金屬沉積。陽極接點39和陰極接點28可以是任一任意形狀，盡管理想的是將該形狀優(yōu)化成使給定正向電流所需的器件面積最小。
[0046]側(cè)壁43 (進而以及陽極接點39的延伸部分34)包括多個階梯46。圖5示出包括三個階梯46的情況。最上面階梯的水平寬度被限定為是該結(jié)構(gòu)中其它階梯的平均寬度。因此，側(cè)壁43最靠近陰極接點28的端部(B卩，點45的位置)被限定為在最上面階梯的端部處。側(cè)壁43具有有效斜率，該有效斜率等于經(jīng)過點44至點45的虛線47的斜率。如此，側(cè)壁43與下面的II1-N材料結(jié)構(gòu)的最上面表面形成有效角36。
[0047]對于給定厚度的電極限定層33，有效角36越小，趨于對應(yīng)著下面的器件中的峰值電場越小。因此，較小的有效角36趨于導(dǎo)致器件在更高的操作電壓下具有較大的擊穿電壓和提高的可靠性。例如，被設(shè)計成在大約50V或100V的反向偏壓下操作的器件可能需要大約40度或更小的有效角36。被設(shè)計成在大約200V的反向偏壓下操作的器件可能需要大約20度或更小的有效角36，并且被設(shè)計成在大約300V或600V的反向偏壓下操作的器件可能需要大約10度或更小的有效角36。雖然具有為大約40度或更小的角度的傾斜場板結(jié)構(gòu)趨于難以可再生產(chǎn)地制造，尤其是當(dāng)電極限定層33較厚時，但諸如圖5中示出的階梯狀場板結(jié)構(gòu)可以更加容易地被可再生產(chǎn)地制造成具有為大約40度或更小的有效角。
[0048]如圖5中看到的，階梯46中的每個包括兩個表面(盡管階梯可以都包括附加表面)。階梯46的第一表面基本上平行于II1-N材料結(jié)構(gòu)的最上面表面，而第二表面相對于II1-N材料結(jié)構(gòu)的最上面表面成角度。階梯46的第二表面可以基本上垂直于II1-N材料結(jié)構(gòu)的最上面表面，或者第二表面可以傾斜，從而例如與II1-N材料結(jié)構(gòu)的最上面表面形成介于大約5度和85度之間的角度。雖然制造其中第二表面基本上垂直于II1-N材料結(jié)構(gòu)的最上面表面的階梯46可能更簡單，但使第二表面傾斜可能是優(yōu)選的，因為這樣可以進一步減小下面器件中的峰值電場，以及允許側(cè)壁43相對于II1-N材料結(jié)構(gòu)的最上面表面的有效角36更小。[0049]在圖7中示出另一個實現(xiàn)方式。圖7中的二極管與圖5的二極管類似，但是電極限定層33中的凹進部還延伸到II1-N材料中。如所示出的，凹進部可以至少延伸穿過2DEG19，使得陽極接點39直接接觸凹進部底部的第一 II1-N層11。此外，已發(fā)現(xiàn)，圖7中的包含陽極接點39的凹進部的深度(也就是說，它在2EDG19下方的深度)可以控制或變化器件的正向操作電壓Vm和對應(yīng)的反向偏置電流的漂移。通過改變孔的深度來更改由陽極接點39的電壓調(diào)制的2DEG19的部分附近的II1-N材料中的電場分布。以與傳統(tǒng)場板非常相同的方式，通過使凹進部更深來減小2DEG19附近的區(qū)域中的峰值電場，從而導(dǎo)致器件具有較高的正向操作電壓Vm、較低的反向偏置電流和/或較高的反向擊穿電壓。
[0050]在圖8中示出利用圖5和圖7中示出的二極管的階梯狀場板結(jié)構(gòu)以允許進行高電壓操作以及簡化的、可再生產(chǎn)的制造工序的ΙΙΙ-ΝΗΕΜΤ晶體管。如同圖5和圖7的二極管一樣，圖8的II1-N HEMT晶體管包括襯底10、襯底頂部的第一 II1-N層11和第一 II1-N層頂部的第二 II1-N層12。II1-N層11和12具有互不相同的成分，并且分別選擇所述成分，使得在第一 II1-N層11和第二 II1-N層12之間的界面附近，在第一 II1-N層11中感生二維電子氣體(2DEG)19 (用虛線示出)，即，導(dǎo)電溝道。在第二 II1-N層之上形成電極限定層33，電極限定層33包括延伸穿過電極限定層33的整個厚度的凹進部。電極限定層33通常大約在0.1微米和5微米厚之間，諸如，大約0.85微米厚。電極限定層33可以具有整體基本上均勻的成分。電極限定層33由諸如SiNx的絕緣體形成。
[0051]柵極59形成在凹進部中。柵極59包括器件的柵極區(qū)域51中的活性柵極部分61以及在漏極凹進部區(qū)域53中的電極限定層的部分之上的延伸部分54，延伸部分54用作場板。柵極59保形地沉積在電極限定區(qū)域中的凹進部中，使延伸部分在凹進部的側(cè)壁43之上，側(cè)壁43從電極限定層33最靠近區(qū)域51的部分(B卩，點44) 一直延伸到電極限定層33頂部的點45，剛好超過電極限定層33變得基本上平坦的地方。因此，至少部分由側(cè)壁43的輪廓來確定延伸部分的輪廓。源極接點14和漏極接點15分別在柵極59的相對兩側(cè)并且形成至2DEG溝道19的歐姆接觸。器件還可以包括附加的II1-N層(未示出)，例如，第一II1-N層11和襯底10之間的II1-N緩沖層或者第一 II1-N層11和第二 II1-N層12之間的諸如AlN的II1-N層。
[0052]圖8的II1-N HEMT具有柵極區(qū)域51、分別在柵極區(qū)域的相對兩側(cè)的源極凹進部區(qū)域52和漏極凹進部區(qū)域53、和歐姆區(qū)域56。源極凹進部區(qū)域52在源極接點14和柵極的部分61之間，并且漏極凹進部區(qū)域53在漏極接點15和柵極的部分61之間。如同圖5和圖7的二極管一樣，圖8的II1-N HEMT還可以包括接觸至少凹進部區(qū)域中的II1-N材料表面的鈍化層22和在鈍化層22和電極限定層33之間的附加介電層21。然而，如圖8中所示，電極限定層33中的凹進部可以延伸穿過附加介電層21的整個厚度，但不穿過鈍化層22。因此，鈍化層22可以在II1-N材料和柵極區(qū)域51中的柵極59的部分61之間，從而用作柵極絕緣體。柵極絕緣體可以有助于防止HEMT中的柵極漏電流。
[0053]圖8的II1-N HEMT可以是增強模式(即，常關(guān)，閾值電壓大于0V)或耗盡模式(SP，常開，閾值電壓小于0V)器件。圖8的II1-N HEMT的其它配置也是可能的。例如，在一個實現(xiàn)方式中，電極限定層33中的凹進部只延伸部分穿過電極限定層33的厚度，使得電極限定層33的部分在II1-N材料和柵極(未示出)的部分61之間。在這種情況下，電極限定層33還可以用作柵極絕緣體，并且可能可以省去鈍化層22和/或附加介電層21。在另一個實現(xiàn)方式中，電極限定層33中的凹進部附加地延伸穿過鈍化層22的整個厚度，并且柵極59直接接觸下面的II1-N材料(未示出)。在又一個實現(xiàn)方式中，如同圖7的二極管一樣，凹進部還比如穿過2DEG 19延伸到II1-N材料(未示出沖。在凹進部延伸穿過2DEG 19的情況下，HEMT可以是增強模式器件。
[0054]在圖9和圖10中示出具有階梯狀場板結(jié)構(gòu)的器件的更多實現(xiàn)方式。圖9示出與圖5中的器件類似的二極管的剖視圖，但該二極管是用在N極性[0001]方向上取向或者作為氮封端的半極性材料的II1-N半導(dǎo)體材料制造的。也就是說，II1-N材料最遠離襯底的面是[0001]面或者是氮封端的半極性面。該器件包括適于生長N極性或半極性II1-N材料的襯底200。層201是諸如GaN或AlN的緩沖層，它減小上面的II1-N材料中的缺陷密度。在一些情況下，可以省去層201并且在襯底200上直接生長II1-N層204。選擇II1-N層204和202的成分，使得在層202和204之間的界面附近的層202中可以感生2DEG 19。例如，層204可以是AlGaN或AlInGaN，并且層202可以是GaN。在II1-N層204和202之間可以包括諸如AlN的層的附加II1-N層(未示出)。電極限定層33與圖5的二極管中使用的電極限定層類似或相同。形成在電極限定層33中的凹進部中的陽極接點39接觸II1-N層202與襯底200相對的表面。形成單個陰極接點28，陰極接點28接觸2DEG19并且緊鄰陽極接點39的至少一部分。陽極接點39是肖特基接點，并且單個陰極接點28是歐姆接點。如同圖5的二極管一樣，在II1-N材料結(jié)構(gòu)的最上面表面上可以包括諸如SiNx的層的鈍化層22，并且在電極限定層33和鈍化層22之間可以包括諸如AlN的層的附加介電層21。與圖7的二極管類似，包含陽極接點39的凹進部還可以延伸到II1-N材料結(jié)構(gòu)(未示出)中，例如，延伸穿過2DEG 19，并且陽極接點39可以接觸凹進部底部的II1-N層204。
[0055]圖10示出與圖8中的器件類似的ΙΙΙ-ΝΗΕΜΤ晶體管的剖視圖，但該晶體管是用
在N極性[000 I ]方向上取向或者為氮封端的半極性材料的II1-N半導(dǎo)體材料制造的。該器件包括適于生長N極性或半極性II1-N材料的襯底200。層201是諸如GaN或AlN的緩沖層，它減小上面的II1-N材料中的缺陷密度。在一些情況下，可以省去層201并且在襯底200上直接生長II1-N層204。選擇II1-N層204和202的成分，使得在層202和204之間的界面附近的層202中可以感生2DEG 19。例如，層204可以是AlGaN或AlInGaN，并且層202可以是GaN。在II1-N層204和202之間可以包括諸如AlN的層的附加II1-N層(未示出)。也包括凹進部的電極限定層33與圖8的電極限定層類似或相同。柵極59形成在凹進部中。柵極59包括器件的柵極區(qū)域51中的活性柵極部分61以及在漏極凹進部區(qū)域53中的電極限定層的部分之上的延伸部分54，延伸部分54用作場板。柵極59保形地沉積在電極限定區(qū)域中的凹進部中，使延伸部分在凹進部的側(cè)壁43之上，側(cè)壁43從電極限定層33最靠近區(qū)域51的部分(S卩，點44) 一直延伸到電極限定層33頂部的點45，剛好超過電極限定層33變得基本上平坦的地方。因此，至少部分由側(cè)壁43的輪廓來確定延伸部分的輪廓。源極接點14和漏極接點15分別在柵極59的相對兩側(cè)并且形成至2DEG溝道19的歐姆接觸。
[0056]如同圖8的HEMT —樣，在II1-N材料結(jié)構(gòu)的最上面表面上可以包括諸如SiNx的層的鈍化層22，并且在電極限定層33和鈍化層22之間可以包括諸如AlN的層的附加介電層
21。如圖10中所示，電極限定層33中的凹進部可以延伸穿過附加介電層21的整個厚度，但不穿過鈍化層22，使得鈍化層22還用作柵極絕緣體。
[0057]圖10的II1-N HEMT可以是增強模式(S卩，常關(guān)，閾值電壓大于0V)或耗盡模式卿，常開，閾值電壓小于0V)器件。圖10的ΙΙΙ-ΝΗΕΜΤ的其它配置也是可能的。例如，在一個實現(xiàn)方式中，電極限定層33中的凹進部只延伸部分穿過電極限定層33的厚度，使得電極限定層33的部分在II1-N材料和柵極(未示出)的部分61之間。在這種情況下，電極限定層33還可以用作柵極絕緣體，并且可能可以省去鈍化層22和/或附加介電層21。在另一個實現(xiàn)方式中，電極限定層33中的凹進部附加地延伸穿過鈍化層22的整個厚度，并且柵極59直接接觸下面的II1-N材料(未示出)。在又一個實現(xiàn)方式中，如同圖7的二極管一樣，凹進部還比如穿過2DEG 19延伸至Ij II1-N材料(未示出)中。
[0058]在圖11至圖20中示出形成圖5的器件的方法。參照圖11，例如，通過金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)或分子束外延生長(MBE)，在襯底10上形成II1-N材料層11和12。然后，通過諸如MOCVD或等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)的方法，沉積形成在II1-N材料層11和12之上的鈍化層22。接著，如圖12中看到的，形成接觸II1-N材料層中感生的2DEG 19的陰極接點28?？梢杂枚喾N方式形成陰極接點28。例如，通過在層12的表面上的歐姆接觸區(qū)域49中進行蒸發(fā)、濺射或CVD來沉積金屬或金屬的組合，之后進行熱退火，從而導(dǎo)致所沉積的金屬與下面的半導(dǎo)體材料形成金屬合金?？蛇x地，η型摻雜物可以被離子注入到歐姆區(qū)域49中，之后通過在這個區(qū)域頂部進行蒸發(fā)、濺射或CVD來進行金屬沉積?；蛘?可以蝕刻掉歐姆接觸區(qū)域49中的材料，可以通過MOCVD或MBE在這個區(qū)域中重新生長η型材料，然后可以在這個區(qū)域頂部沉積金屬。
[0059]如圖13中所示，然后，例如，通過PECVD、濺射或蒸發(fā)，在鈍化層22之上沉積附加介電層21和電極限定層33。然后，例如，通過反應(yīng)離子蝕刻RIE或電感耦合等離子體(ICP)蝕刻，蝕刻出穿過電極限定層的凹進部。在圖14至圖19中示出用于形成凹進部的工序。
[0060]參照圖14，在電極限定層33上對光致抗蝕劑掩模層71進行圖案化，使其具有開口
72。可以通過標(biāo)準(zhǔn)的光刻工序來執(zhí)行圖案化的過程。然后，例如，通過對結(jié)構(gòu)進行熱退火來重新分布掩模層71中的光致抗蝕劑，從而導(dǎo)致形成圖15中示出的光致抗蝕劑輪廓。退火是在不損害光致抗蝕劑層71或下面任何層的溫度下執(zhí)行的。如圖15中所示，在重新分布光致抗蝕劑之后，光致抗蝕劑掩模層具有傾斜側(cè)壁73?？梢酝ㄟ^變化諸如退火時間、退火溫度和執(zhí)行退火所用的環(huán)境氣體的化學(xué)性質(zhì)的退火條件來控制側(cè)壁73和光致抗蝕劑層71的所得輪廓。例如，較長的退火時間或較高的溫度會導(dǎo)致側(cè)壁73的斜率較小。
[0061]參照圖16，然后，通過執(zhí)行第一蝕刻來部分地形成電極限定層33中的凹進部，第一蝕刻采用的是既蝕刻層71中的光致抗蝕劑又蝕刻電極限定層33的材料的蝕刻化學(xué)過程。例如，如果電極限定層33是SiNx，則可以通過使用包括O2和SF6的蝕刻化學(xué)過程的反應(yīng)離子蝕刻(RIE )或電感耦合等離子體(ICP )蝕刻來執(zhí)行第一蝕刻。在一些實現(xiàn)方式中，第一蝕刻基本上是各向異性蝕刻。
[0062]如圖17中所示，然后執(zhí)行第二蝕刻，第二蝕刻蝕刻光致抗蝕劑掩模層71，而基本上不蝕刻電極限定層33，從而增大開口 72的寬度。例如，如果電極限定層33是SiNx，則可以通過使用只包括O2的蝕刻化學(xué)過程的反應(yīng)離子蝕刻(RIE)或電感耦合等離子體(ICP)蝕刻來執(zhí)行第二蝕刻。在一些實現(xiàn)方式中，第二蝕刻基本上是各向同性蝕刻。然后執(zhí)行第三蝕刻，與第一蝕刻一樣，第三蝕刻利用的是既蝕刻層71中的光致抗蝕劑又蝕刻電極限定層33的材料的蝕刻化學(xué)過程，從而導(dǎo)致形成圖18的輪廓。然后，將蝕刻層71和33這兩者的工序之后的光致抗蝕劑蝕刻工序重復(fù)多次，直到凹進部一直延伸穿過電極限定層33，從而導(dǎo)致具有階梯的側(cè)壁的孔。然后，例如，通過溶劑清潔來去除光致抗蝕劑掩模層71，從而導(dǎo)致圖19中示出的分布。附加介電層21可以由基本上不因用于蝕刻電極限定層33中的凹進部的蝕刻工序而被蝕刻的材料形成。
[0063]參照圖20，然后，例如，通過執(zhí)行蝕刻附加介電層21的材料而不蝕刻電極限定層33或鈍化層22的材料的蝕刻，去除附加介電層21與電極限定層33中的凹進部相鄰的部分。例如，當(dāng)層33和22都是SiNx而層21是AlN時，可以在諸如光致抗蝕劑顯影劑的堿中通過化學(xué)方式蝕刻層21與電極限定層33中的凹進部相鄰的部分。接著，例如，通過RIE或ICP蝕刻，蝕刻鈍化層22與凹進部相鄰的部分，從而導(dǎo)致形成圖20的結(jié)構(gòu)。最后，例如，通過蒸發(fā)、濺射或CVD在凹進部中保形地沉積電極39，并且可選地比如通過化學(xué)濕蝕刻或者通過RIE或ICP蝕刻來去除層21和33在陰極接點18之上的部分，從而導(dǎo)致形成圖5的二極管。
[0064]穿過電極限定層33的凹進部中的每個階梯結(jié)構(gòu)的側(cè)壁的傾斜角度是由于光致抗蝕劑掩模層71的傾斜側(cè)壁導(dǎo)致的，如圖15中所示。如果對于每個階梯結(jié)構(gòu)而言期望的是垂直側(cè)壁而非傾斜側(cè)壁，則上述的光致抗蝕劑重新分布工序可以被省略，或者被更改為改變所得的光致抗蝕劑輪廓。
[0065]可以使用上述方法的略有更改的形式來形成圖7至圖10的器件。例如，可以使用上述工序并添加一個步驟來形成圖7的器件。一旦凹進部穿過鈍化層22延伸到II1-N材料的最上面表面且在沉積電極39之前，可以使用蝕刻II1-N材料的蝕刻化學(xué)過程以比蝕刻用于電極限定層33和鈍化層22的材料的蝕刻速率較高的蝕刻速率來蝕刻結(jié)構(gòu)。例如，當(dāng)電極限定層33和鈍化層22都是SiNx時，可以執(zhí)行Cl2RIE或ICP蝕刻，從而導(dǎo)致凹進部延伸到II1-N材料結(jié)構(gòu)中?？梢允褂蒙鲜龉ば騺硇纬蓤D8的器件，不同之處在于，分別形成源極歐姆接點14和漏極歐姆接點15來取代陰極接點18，并且省去蝕刻鈍化層22的步驟。用于形成圖9和圖10的器件的工序與用于形成圖5和圖8的工序分別相同，不同之處在于，圖9和圖10中的形成在襯底上的II1-N層具有與圖5和圖8中的形成在襯底上的II1-N層相比不同的晶體取向。
[0066]已經(jīng)描述了多個實現(xiàn)方式。但是，應(yīng)該理解，在不脫離本文描述的技術(shù)和器件的精神和范圍內(nèi)，可以進行各種修改。實現(xiàn)方式的每個中示出的特征可以單獨地使用或者相互結(jié)合地使用。因此，其它實現(xiàn)方式在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種II1-N半導(dǎo)體器件，包括: 電極限定層，所述電極限定層在II1-N材料結(jié)構(gòu)的表面上具有厚度，所述電極限定層具有帶有側(cè)壁的凹進部，所述側(cè)壁包括多個階梯，其中，所述凹進部的遠離所述II1-N材料結(jié)構(gòu)的部分具有第一寬度，并且所述凹進部的靠近所述II1-N材料結(jié)構(gòu)的部分具有第二寬度，所述第一寬度大于所述第二寬度；以及 電極，所述電極在所述凹進部中，所述電極包括在所述側(cè)壁之上的延伸部分，所述電極限定層的一部分在所述延伸部分和所述II1-N材料結(jié)構(gòu)之間， 其中， 所述側(cè)壁相對于所述II1-N材料結(jié)構(gòu)的表面形成大約40度或更小的有效角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中， 所述II1-N材料結(jié)構(gòu)包括第一 II1-N材料層、第二 II1-N材料層和2DEG溝道，所述2DEG溝道是由于所述第一 II1-N材料層和所述第二 II1-N材料層之間的成分差異的結(jié)果而在與所述第二 II1-N材料層相鄰的所述第一 II1-N材料層中感生的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的器件，其中， 所述第一 II1-N材料層包括GaN。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的器件，其中， 所述第二 II1-N材料層包括AlGaN或AlInGaN。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的器件，還包括: 在所述第一 II1-N材料層和所述第二 II1-N材料層之間的第三II1-N材料層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的器件，其中， 所述第三II1-N材料層包括A1N。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的器件，其中， 所述第一 II1-N材料層和所述第二 II1-N材料層是III族面或[0001]取向或III族封端的半極性層，并且所述第二 II1-N材料層在所述第一 II1-N材料層和所述電極限定層之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的器件，其中， 所述第一 II1-N材料層和第二 II1-N材料層是N面或[000 I]取向或氮封端的半極性層，并且所述第一 II1-N材料層在所述第二 II1-N材料層和所述電極限定層之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的器件，其中， 所述凹進部延伸穿過所述電極限定層的整個厚度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的器件，其中， 所述凹進部延伸到所述II1-N材料結(jié)構(gòu)中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的器件，其中， 所述凹進部延伸穿過所述2DEG溝道。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的器件，其中， 所述凹進部延伸到所述II1-N材料結(jié)構(gòu)中至少30納米。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中， 所述凹進部延伸為部分地穿過所述電極限定層的厚度。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中， 所述電極限定層具有整體基本上均勻的成分。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中， 所述電極限定層包括SiNx。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中， 所述電極限定層的厚度在大約0.1微米和5微米之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，還包括: 在所述II1-N材料結(jié)構(gòu)和所述電極限定層之間的介電鈍化層，所述介電鈍化層直接接觸與所述電極相鄰的所述II1-N材料的表面。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的器件，其中， 所述介電鈍化層包括SiNx。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的器件，其中， 所述介電鈍化層在所述電極和所述II1-N材料結(jié)構(gòu)之間，使得所述電極不直接接觸所述II1-N材料結(jié)構(gòu)。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的器件，還包括: 在所述介電鈍化層和所述電極限定層之間的附加絕緣層。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的器件，其中， 所述附加絕緣層包括A1N。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的器件，其中， 所述附加絕緣層為小于大約20納米厚。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中， 所述電極的延伸部分用作場板。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中， 所述電極是陽極，并且所述器件是二極管。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中， 所述電極是柵極，并且所述器件是晶體管。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的器件，其中， 所述器件是增強模式器件。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的器件，其中， 所述器件是耗盡模式器件。
28.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中， 所述器件是高壓器件。
29.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中， 所述有效角是大約20度或更小，并且所述器件的擊穿電壓是大約100V或更大。
30.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中， 所述有效角是大約10度或更小，并且所述器件的擊穿電壓是大約300V或更大。
31.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中， 所述階梯的至少一個具有與所述II1-N材料結(jié)構(gòu)的表面基本上平行的第一表面和與所述II1-N材料結(jié)構(gòu)的表面基本上垂直的第二表面。
32.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中， 所述階梯的至少一個具有與所述II1-N材料結(jié)構(gòu)的表面基本上平行的第一表面和傾斜的第二表面，所述第二表面與所述II1-N材料結(jié)構(gòu)的表面形成在5度和85度之間的角度。
33.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中， 所述延伸部分直接接觸所述側(cè)壁。
34.一種II1-N半導(dǎo)體器件，包括: 電極限定層，所述電極限定層在II1-N材料結(jié)構(gòu)的表面上具有厚度，所述電極限定層具有帶有側(cè)壁的凹進部，所述側(cè)壁包括多個階梯，其中，所述凹進部的遠離所述II1-N材料結(jié)構(gòu)的部分具有第一寬度，并且所述凹進部的靠近所述II1-N材料結(jié)構(gòu)的部分具有第二寬度，所述第一寬度大于所述第二寬度；以及 電極，所述電極在所述凹進部中，所述電極包括在所述側(cè)壁之上的延伸部分，所述電極限定層的一部分在所述延伸部分和所述II1-N材料結(jié)構(gòu)之間， 其中， 在所述側(cè)壁中的所述階梯的至少一個具有與所述II1-N材料結(jié)構(gòu)的表面基本上平行的第一表面和傾斜的第二表面，所述第二表面與所述II1-N材料結(jié)構(gòu)的表面形成在5度和85度之間的角度。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的器件，其中， 所述II1-N材料結(jié)構(gòu)包括第一 II1-N材料層和第二 II1-N材料層，其中，由于在所述第一 II1-N材料層和所述第二 II1-N材料層之間的成分差異的結(jié)果而導(dǎo)致在與所述第二II1-N材料層相鄰的所述第一 II1-N材料層中感生有2DEG溝道。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的器件，其中， 所述第一 II1-N材料層包括GaN。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的器件，其中， 所述第二 II1-N材料層包括AlGaN或AlInGaN。
38.根據(jù)權(quán)利要求35所述的器件，還包括: 在所述第一 II1-N材料層和所述第二 II1-N材料層之間的第三II1-N材料層。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的器件，其中， 所述第三II1-N材料層包括A1N。
40.根據(jù)權(quán)利要求35所述的器件，其中， 所述第一 II1-N材料層和第二 II1-N材料層是III族面或[0001]取向或III族封端的半極性層，并且所述第二 II1-N材料層在所述第一 II1-N材料層和所述電極限定層之間。
41.根據(jù)權(quán)利要求35所述的器件，其中， 所述第一 II1-N材料層和所述第二 II1-N材料層是N面或fOOOI]取向或氮封端的半極性層，并且所述第一 II1-N材料層在所述第二 II1-N材料層和所述電極限定層之間。
42.根據(jù)權(quán)利要求35所述的器件，其中， 所述凹進部延伸穿過所述電極限定層的整個厚度。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的器件，其中， 所述凹進部延伸到所述II1-N材料結(jié)構(gòu)中。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的器件，其中， 所述凹進部延伸穿過所述2DEG溝道。
45.根據(jù)權(quán)利要求43所述的器件，其中， 所述凹進部延伸到所述II1-N材料結(jié)構(gòu)中至少30納米。
46.根據(jù)權(quán)利要求34所述的器件，其中， 所述凹進部延伸為部分地穿過所述電極限定層的厚度。
47.根據(jù)權(quán)利要求34所述的器件，其中， 所述電極限定層具有整體基本上均勻的成分。
48.根據(jù)權(quán)利要求34所述的器件，其中， 所述電極限定層包括SiNx。
49.根據(jù)權(quán)利要求34所述的器件，其中， 所述電極限定層的厚度在大約0.1微米和5微米之間。
50.根據(jù)權(quán)利要求34所述的器件，還包括: 所述II1-N材料結(jié)構(gòu)和所述電極限定層之間的介電鈍化層，所述介電鈍化層直接接觸與所述電極相鄰的所述II1-N材料的表面。`
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的器件，其中， 所述介電鈍化層包括SiNx。
52.根據(jù)權(quán)利要求50所述的器件，其中， 所述介電鈍化層在所述電極和所述II1-N材料結(jié)構(gòu)之間，以使得所述電極不直接接觸所述II1-N材料結(jié)構(gòu)。
53.根據(jù)權(quán)利要求50所述的器件，還包括: 在所述介電鈍化層和所述電極限定層之間的附加絕緣層。
54.根據(jù)權(quán)利要求53所述的器件，其中， 所述附加絕緣層包括A1N。
55.根據(jù)權(quán)利要求53所述的器件，其中， 所述附加絕緣層為小于大約20納米厚。
56.根據(jù)權(quán)利要求34所述的器件，其中， 所述電極的延伸部分用作場板。
57.根據(jù)權(quán)利要求34所述的器件，其中， 所述電極是陽極，并且所述器件是二極管。
58.根據(jù)權(quán)利要求34所述的器件，其中， 所述電極是柵極，并且所述器件是晶體管。
59.根據(jù)權(quán)利要求58所述的器件，其中， 所述器件是增強模式器件。
60.根據(jù)權(quán)利要求58所述的器件，其中， 所述器件是耗盡模式器件。
61.根據(jù)權(quán)利要求34所述的器件，其中， 所述器件是高壓器件。
62.根據(jù)權(quán)利要求34所述的器件，其中，所述延伸部分直接接觸所述側(cè)壁。
63.一種形成II1-N器件的方法，包括: 在II1-N材料結(jié)構(gòu)的表面上形成具有厚度的電極限定層； 對在所述電極限定層之上的掩模層進行圖案化，所述掩模層包括具有寬度的開口 ；蝕刻所述電極限定層以在其內(nèi)形成凹進部，所述凹進部具有包括多個階梯的側(cè)壁，所述凹進部的遠離所述II1-N材料結(jié)構(gòu)的部分具有第一寬度，并且所述凹進部的靠近所述II1-N材料結(jié)構(gòu)的部分具有第二寬度，所述第一寬度大于所述第二寬度； 去除所述掩模層；以及 在所述凹進部中形成電極，所述電極包括在所述側(cè)壁之上的延伸部分，所述電極限定層的一部分在所述延伸部分和所述II1-N材料結(jié)構(gòu)之間， 其中， 所述的蝕刻步驟包括第一工序和第二工序，所述第一工序包括去除所述電極限定層的部分，并且所述第二工序包括在不完全去除所述掩模層的情況下去除掉一部分所述掩模層，所述第二工序使得所述掩模層中的所述開口的寬度增大。
64.根據(jù)權(quán)利要求63所述的方法，其中， 在已經(jīng)執(zhí)行了所述第二工序之后，第二次執(zhí)行所述第一工序。
65.根據(jù)權(quán)利要求64所述的方法，其中， 在已經(jīng)第二次執(zhí)行了所述第一工序`之后，第二次執(zhí)行所述第二工序。
66.根據(jù)權(quán)利要求63所述的方法，其中， 所述掩模層包括光致抗蝕劑。
67.根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，還包括: 在執(zhí)行所述蝕刻步驟之前重新分布所述掩模層中的所述光致抗蝕劑。
68.根據(jù)權(quán)利要求67所述的方法，其中， 所述的重新分布所述光致抗蝕劑包括對所述光致抗蝕劑進行熱退火。
69.根據(jù)權(quán)利要求67所述的方法，其中， 所述的重新分布所述光致抗蝕劑使得所述掩模層具有與所述開口相鄰的傾斜的側(cè)壁。
70.根據(jù)權(quán)利要求63所述的方法，其中， 所述蝕刻步驟導(dǎo)致所述凹進部延伸穿過所述電極限定層的整個厚度。
71.根據(jù)權(quán)利要求70所述的方法，其中， 所述蝕刻步驟是第一蝕刻步驟，所述方法還包括導(dǎo)致所述凹進部進一步延伸到所述II1-N材料結(jié)構(gòu)中的第二蝕刻步驟。
72.根據(jù)權(quán)利要求63所述的方法，其中， 所述器件還包括在所述電極限定層和所述II1-N材料結(jié)構(gòu)之間的具有厚度的附加介電層。
73.根據(jù)權(quán)利要求72所述的方法，其中， 所述蝕刻步驟導(dǎo)致所述凹進部進一步延伸穿過所述附加介電層的整個厚度。
74.根據(jù)權(quán)利要求72所述的方法，其中， 所述器件還包括在所述電極限定層和所述附加介電層之間的具有厚度的鈍化層。
75.根據(jù)權(quán)利要求74所述的方法，其中，所述蝕刻步驟導(dǎo)致所述凹進部進一步延伸穿過所述鈍化層的整個厚度。
76.根據(jù)權(quán)利要求63所述的方法，其中， 所述電極是陽極，并且所述II1-N器件是二極管。
77.根據(jù)權(quán)利要求63所述的方法，其中， 所述電極是柵極，并且所述II1-N器件是晶體管。
78.根據(jù)權(quán)利要求63所述的方法，其中， 所述蝕刻步驟導(dǎo)致所述側(cè)壁相對于所述II1-N材料結(jié)構(gòu)的表面形成大約40度或更小的有效角。
79.根據(jù)權(quán)利要求63所述的方法，其中， 所述蝕刻步驟導(dǎo)致在所述側(cè)壁中的所述階梯的至少一個具有與所述II1-N材料結(jié)構(gòu)的表面基本上平行的第一表面和傾斜的第二表面，所述第二表面與所述II1-N材料結(jié)構(gòu)的表面形成在5度和85度之間的角度。
【文檔編號】H01L21/28GK103503152SQ201280021047
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月4日
【發(fā)明者】尤瓦扎·多拉 申請人:特蘭斯夫公司