高擊穿電壓iii族氮化物器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及高擊穿電壓III族氮化物器件。一種半導(dǎo)體器件包括在襯底上具有復(fù)合半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體本體。復(fù)合半導(dǎo)體材料具有溝道區(qū)域。源極區(qū)域延伸到復(fù)合半導(dǎo)體材料。漏極區(qū)域也延伸到復(fù)合半導(dǎo)體材料并且通過溝道區(qū)域與源極區(qū)域間隔開。絕緣區(qū)域被掩埋在半導(dǎo)體器件的有源區(qū)域中的襯底和復(fù)合半導(dǎo)體材料之間的半導(dǎo)體本體中。有源區(qū)域包括器件的源極，漏極和溝道區(qū)域。絕緣區(qū)域在源極區(qū)域和漏極區(qū)域之間的溝道區(qū)域的長度上是不連續(xù)的。
【專利說明】高擊穿電壓Ml族氮化物器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及III族氮化物器件，并且更具體地涉及高擊穿電壓III族氮化物器件?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]由于氮化鎵(GaN)的3.4eV的高能量帶隙，基于氮化鎵(GaN)的高電子遷移率晶體管(HEMT)很適合作為高擊穿電壓器件。這意味著較小器件長度可以經(jīng)受住相對更大的阻斷電壓，導(dǎo)致較低導(dǎo)通電阻和電容。由于外延加工廣泛用來制作多層HEMT結(jié)構(gòu)，大多數(shù)的常規(guī)HEMT是具有可選插塞連接的橫向源極-漏極器件，所述插塞連接延伸穿過III族氮化物外延疊層以便實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)垂直器件。這種結(jié)構(gòu)的III族氮化物外延疊層的厚度必須經(jīng)受住與源極-漏極延伸的橫向阻斷電壓相同的阻斷電壓。
[0003]傳統(tǒng)HEMT器件的電壓等級可以通過變化外延厚度被調(diào)整。這種方法需要長的和昂貴的GaN層沉積，其在高溫加工期間造成顯著的晶片彎曲。因此，在任何后外延(post-印itaxial)加工中只能應(yīng)用有限的溫度預(yù)算，潛在地消除η+源極/漏極區(qū)域注入/活化的可能性。
[0004]可以去除在橫向GaN HEMT下面的襯底以提高器件的擊穿電壓魯棒性。然而，由于最終器件厚度只有幾微米，對于大功率器件來說實(shí)現(xiàn)襯底的去除相當(dāng)困難。另外，優(yōu)選大體上平坦的器件背側(cè)以提供與引線框的良好的熱連接，所述引線框防止了在漂移區(qū)域下面使用深溝槽。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)此處描述的實(shí)施例，通過用絕緣區(qū)域替代部分外延層和/或下面的襯底，III族氮化物器件的外延厚度被減小，而不會(huì)不利地影響器件的擊穿電壓。
[0006]根據(jù)半導(dǎo)體器件的實(shí)施例，該半導(dǎo)體器件包括在襯底上包含復(fù)合半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體本體。復(fù)合半導(dǎo)體材料具有溝道區(qū)域。源極區(qū)域延伸到復(fù)合半導(dǎo)體材料。漏極區(qū)域也延伸到復(fù)合半導(dǎo)體材料并且通過溝道區(qū)域與源極區(qū)域間隔開。絕緣區(qū)域被掩埋在半導(dǎo)體器件的有源區(qū)域中的襯底和復(fù)合半導(dǎo)體材料之間的半導(dǎo)體本體中。有源區(qū)域包括半導(dǎo)體器件的源極，漏極和溝道區(qū)域。絕緣區(qū)域在源極區(qū)域和漏極區(qū)域之間的溝道區(qū)域的長度上是不連續(xù)的。
[0007]根據(jù)半導(dǎo)體器件的另一實(shí)施例，該半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底和生長在半導(dǎo)體襯底上的復(fù)合半導(dǎo)體外延材料。復(fù)合半導(dǎo)體外延材料具有溝道區(qū)域和比半導(dǎo)體襯底更高的能量帶隙。第一摻雜區(qū)域延伸到復(fù)合半導(dǎo)體外延材料。第二摻雜區(qū)域也延伸到復(fù)合半導(dǎo)體外延材料并且通過溝道區(qū)域與第一摻雜區(qū)域間隔開。絕緣區(qū)域被設(shè)置在復(fù)合半導(dǎo)體外延材料和襯底之間的溝道區(qū)域下面，并且在與半導(dǎo)體襯底的主表面平行的方向上橫向延伸。絕緣區(qū)域在第一和第二摻雜區(qū)域之間的溝道區(qū)域的長度上是不連續(xù)的。
[0008]根據(jù)制造半導(dǎo)體器件的方法的實(shí)施例，該方法包括:在襯底上形成包含復(fù)合半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體本體，復(fù)合半導(dǎo)體材料具有溝道區(qū)域；形成延伸到復(fù)合半導(dǎo)體材料的源極區(qū)域；形成延伸到復(fù)合半導(dǎo)體材料并且通過溝道區(qū)域與源極區(qū)域間隔開的漏極區(qū)域；以及形成掩埋在半導(dǎo)體器件的有源區(qū)域中的襯底和復(fù)合半導(dǎo)體材料之間的半導(dǎo)體本體中的絕緣區(qū)域，有源區(qū)域包括源極，漏極和溝道區(qū)域。絕緣區(qū)域在源極區(qū)域和漏極區(qū)域之間的溝道區(qū)域的長度上是不連續(xù)的。
[0009]在閱讀下面的詳細(xì)描述時(shí)，并且在閱覽附圖時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到另外的特征和優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]在附圖中的部件不必要成比例，而是將重點(diǎn)放在說明本發(fā)明的原理上。而且，在附圖中，相似的參考數(shù)字表示相應(yīng)的部分。在附圖中:
圖1示出高擊穿電壓復(fù)合半導(dǎo)體器件的自頂向下的視圖，其中在器件的不同部分中不同層被去除。
[0011]圖2和3示出根據(jù)不同實(shí)施例的沿著標(biāo)注為‘A-A’線的復(fù)合半導(dǎo)體器件的截面圖。
[0012]圖4示出根據(jù)實(shí)施例的沿著標(biāo)注為‘B-B’線的復(fù)合半導(dǎo)體器件的截面圖。
[0013]圖5示出根據(jù)實(shí)施例的沿著標(biāo)注為‘C-C’線的復(fù)合半導(dǎo)體器件的截面圖。
[0014]圖6示出高擊穿電壓復(fù)合半導(dǎo)體器件的另一實(shí)施例的截面圖。
[0015]圖7示出高擊穿電壓復(fù)合半導(dǎo)體器件的又一實(shí)施例的截面圖。
[0016]圖8A到SE示出在制造工藝的不同階段期間半導(dǎo)體本體的截面圖。
[0017]圖9示出在不同制造工藝期間半導(dǎo)體本體的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]接下來描述的是例如異質(zhì)結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管(HFET)的復(fù)合半導(dǎo)體器件的實(shí)施例，該異質(zhì)結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管具有不會(huì)不利地影響器件的擊穿電壓的減小的外延厚度。術(shù)語HFET也通常被稱作HEMT (高電子遷移率晶體管)，M0DFET (調(diào)制摻雜FET)或者M(jìn)ESFET (金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)。術(shù)語復(fù)合半導(dǎo)體器件，HFET, HEMT, MESFET和MODFET在此可互換地用來指代并入兩種具有不同帶隙的材料之間的結(jié)(即異質(zhì)結(jié))作為溝道的器件。例如，GaAs可以與AlGaAs結(jié)合，GaN可以與AlGaN結(jié)合，InGaAs可以與InAlAs結(jié)合，GaN可以與InGaN結(jié)合等。而且，晶體管可以具有AlInN/AIN/GaN阻擋/間隔/緩沖層結(jié)構(gòu)。如此處使用的術(shù)語復(fù)合半導(dǎo)體器件還可以指代使用例如外延SiC的單個(gè)外延復(fù)合半導(dǎo)體外延制作的晶體管。
[0019]在每種情況下，通過用絕緣區(qū)域來代替部分外延(縮寫為印i)和/或下面的襯底，在不會(huì)不利地影響器件的擊穿電壓的情況下，復(fù)合半導(dǎo)體器件的外延厚度被減小。這樣做降低了器件的總成本，并且降低了由于可能由厚的外延引起的晶片彎曲而導(dǎo)致的高溫工藝的復(fù)雜性。對于準(zhǔn)垂直器件結(jié)構(gòu)，可以使用高度導(dǎo)電的襯底，其通常將會(huì)需要相對較厚的外延層以便經(jīng)受住與在橫向設(shè)計(jì)中相同的阻斷電壓。這里描述的技術(shù)也最小化了由于使用例如氧化硅，氮化硅，金剛石等的低k材料(相對于外延的介電常數(shù))而產(chǎn)生的寄生電容。
[0020]圖1示出復(fù)合半導(dǎo)體器件的自頂向下的視圖，其中在器件的不同部分中不同層被去除。圖2和3示出沿著在圖1中在半導(dǎo)體器件的有源區(qū)域100中標(biāo)注為‘A-A’的線的半導(dǎo)體器件的替代實(shí)施例的截面圖。圖4示出沿著在圖1中在半導(dǎo)體器件的有源區(qū)域100中標(biāo)注為‘B-B’的線的半導(dǎo)體器件的截面圖。圖5示出沿著在圖1中在半導(dǎo)體器件的無源區(qū)域102 (例如器件邊緣或者在器件的所謂的指狀物(平行有源區(qū)域)之間)中標(biāo)注為‘C-C’的線的半導(dǎo)體器件的截面圖。
[0021]半導(dǎo)體器件包括包含復(fù)合半導(dǎo)體材料106 (例如生長在襯底108上的外延(縮寫為epi)層或者外延層的疊層)的半導(dǎo)體本體104。復(fù)合半導(dǎo)體材料在圖2-5中被示作III族氮化物外延層的疊層，例如在一個(gè)或者多個(gè)過渡層110上的GaN緩沖層112和在GaN緩沖層112上的GaN合金阻擋層114ji^BAlGaN，InAIN，AlN或者InAlGaN。然而，復(fù)合半導(dǎo)體材料106可以是例如SiC的單個(gè)外延層。在每種情況下，襯底108可以是摻雜的或者未摻雜的硅或者復(fù)合半導(dǎo)體晶片并且鈍化層116可被提供在半導(dǎo)體本體104上。溝道區(qū)域118形成在復(fù)合半導(dǎo)體材料106中，例如對于GaN技術(shù)在與上覆的GaN合金阻擋層114的界面附近的GaN緩沖層112中。[0022]利用GaN技術(shù)，極化電荷和應(yīng)變效應(yīng)的存在導(dǎo)致二維電荷運(yùn)載氣體的實(shí)現(xiàn)，其是以非常高的載流子密度和載流子遷移率為特征的二維電子或者空穴反型層。這樣的二維電荷運(yùn)載氣體，例如2DEG (二維電子氣)或者2DHG (二維空穴氣)，形成了器件的溝道區(qū)域118。薄的(例如l_2nm) AlN層可被提供在GaN緩沖層112和GaN合金阻擋層114之間以最小化合金散射并且增強(qiáng)2DEG遷移率。也可以使用具有二維電子氣或者空穴氣的其它復(fù)合半導(dǎo)體技術(shù)。在每種情況下，極化電荷導(dǎo)致器件的溝道區(qū)域118的形成。如在本領(lǐng)域中熟知的，可以使用II1-V族半導(dǎo)體材料的其它組合以便在復(fù)合半導(dǎo)體材料106中形成2DEG或者2DHG溝道區(qū)域118。通常，在帶不連續(xù)性是器件構(gòu)思的原因的情況下，可以使用任何異質(zhì)結(jié)構(gòu)。例如，在AlGaAs系統(tǒng)的情況下沒有壓電效應(yīng)，但是涉及布置用于限制溝道區(qū)域118的量子阱的限制構(gòu)思是可能的。
[0023]復(fù)合半導(dǎo)體器件進(jìn)一步包括延伸到在一端處與溝道區(qū)域118接觸的復(fù)合半導(dǎo)體材料106的源極區(qū)域(S)。漏極區(qū)域(D)延伸到在另一端處與溝道區(qū)域118的接觸的復(fù)合半導(dǎo)體材料106，并且通過溝道區(qū)域118與源極區(qū)域間隔開。源極和漏極可以由復(fù)合半導(dǎo)體材料106的摻雜限定的區(qū)域形成。柵極(G)被提供在復(fù)合半導(dǎo)體材料106上或者被提供在復(fù)合半導(dǎo)體材料106中，用于控制溝道區(qū)域118。
[0024]器件可以是橫向器件，因?yàn)樵礃O，漏極和柵極在半導(dǎo)體本體104的相同側(cè)被接觸(例如，如在圖2中所示的)，并且電流通常在源極和漏極之間沿橫向方向流動(dòng)。可替代地，器件可以是準(zhǔn)垂直器件，因?yàn)樵礃O和漏極在半導(dǎo)體本體的相對側(cè)被接觸并且電流部分地在源極和漏極之間沿橫向方向流動(dòng)且部分地在源極和漏極之間沿垂直方向流動(dòng)。例如，如在圖3中示出的，導(dǎo)電插塞120可以從漏極穿過復(fù)合半導(dǎo)體材料106延伸到襯底108的背離復(fù)合半導(dǎo)體材料106的一側(cè)109?？商娲?，導(dǎo)電插塞120可以被提供在源極側(cè)。在每種情況下，如本領(lǐng)域中熟知的，器件可以是常開型或者常關(guān)型。
[0025]復(fù)合半導(dǎo)體器件還包括掩埋在器件100的有源區(qū)域中和/或在無源區(qū)域102中(有源區(qū)域包括源極，漏極和溝道區(qū)域118)的襯底108和復(fù)合半導(dǎo)體材料106之間的半導(dǎo)體本體104中的絕緣區(qū)域122。對于基于GaN的技術(shù)，如在圖2_5中所示，絕緣區(qū)域122被設(shè)置在GaN合金阻擋層114的下面。通常，絕緣區(qū)域122被設(shè)置在溝道區(qū)域118的下面。絕緣區(qū)域122可被設(shè)置在器件的源極側(cè)或者被設(shè)置在漏極側(cè)，但不是從一側(cè)連續(xù)地延伸到另一偵U。也就是說，絕緣區(qū)域122在源極和漏極之間的溝道的長度(L_channel)上是不連續(xù)的。如此，對于例如如在圖2中示出的絕緣區(qū)域122被部分地設(shè)置在復(fù)合半導(dǎo)體材料106中的實(shí)施例，復(fù)合半導(dǎo)體材料106在絕緣區(qū)域122上面較薄并且其它地方較厚。另外，如果絕緣區(qū)域122被完全地設(shè)置在下面的襯底108中(例如如在圖6中示出的，其在本文后面被更詳細(xì)地描述)，復(fù)合半導(dǎo)體材料106可以在絕緣區(qū)域122上和其它地方具有相同的厚度。絕緣區(qū)域122在與半導(dǎo)體襯底108的主表面109平行的方向上橫向延伸。
[0026]在每種情況下，通過用絕緣區(qū)域122代替部分復(fù)合半導(dǎo)體材料106和/或下面的襯底108，在沒有不利地影響器件的擊穿電壓的情況下，復(fù)合半導(dǎo)體材料106的厚度可以被減小。與傳統(tǒng)的具有相同外延厚度的器件相比，這樣做提高了器件的擊穿電壓能力，或者提供了與具有更厚外延的傳統(tǒng)器件相同的擊穿電壓能力。
[0027]在一個(gè)實(shí)施例中，絕緣區(qū)域122包括填充有絕緣材料126 (例如氧化硅，氮化硅，金剛石，或者任何其它合適的具有比周圍半導(dǎo)體材料的介電常數(shù)更低的介電常數(shù)的絕緣材料)的腔體124。腔體124具有由用來形成腔體124的蝕刻工藝確定的高度(h)。被設(shè)置在腔體124中的絕緣材料126可以是單個(gè)均勻結(jié)構(gòu)或者包括不同材料的疊層。如在圖2-5中所示，腔體124可以被部分地形成在復(fù)合半導(dǎo)體材料106中并且被部分地形成在襯底108中。可替代地，如在圖6中所示，腔體124可以被完全地形成在復(fù)合半導(dǎo)體材料106下面的襯底108中。
[0028]在每種情況下，溝槽128可以被形成在器件的無源區(qū)域102中，其從復(fù)合半導(dǎo)體材料106的主表面107延伸到對應(yīng)于將隨后形成腔體124的頂部的地方的深度(d)。溝槽128被用來使用絕緣材料126來填充后面形成的腔體124以形成絕緣區(qū)域122，絕緣區(qū)域122被掩埋在器件的有源區(qū)域100中的襯底108和復(fù)合半導(dǎo)體材料106之間的半導(dǎo)體本體104中，如在圖1和圖5中示出的。這個(gè)溝槽128在絕緣區(qū)域122的長度(L)上垂直于源極和漏極延伸，使得腔體124可以用絕緣材料126完全填充。如在圖1和4中示出的，也可在有源器件區(qū)域100中形成附加的溝槽130。根據(jù)這些實(shí)施例，溝槽128，130均具有足以共同地確保腔體124用絕緣材料126完全填充的寬度(W)。例如，至少在無源區(qū)域102中的溝槽128的寬度(w)可以是與下面的腔體124的填充高度(h)大約相同的寬度。因此，使用具有高達(dá)20的縱橫比的標(biāo)準(zhǔn)LPCVD (低壓化學(xué)汽相沉積)工藝的填充工藝可以在沒有明顯面積代價(jià)(area penalty)的情況下產(chǎn)生合理的腔體填充。
[0029]對于GaN技術(shù)，溝道128，130被用來通過干法和濕法蝕刻到溝道區(qū)域118下面來選擇性地去除部分GaN合金阻擋層114和/或GaN緩沖層112。得到的腔體124可以被填充有由ALD (原子層沉積)或者LPCVD沉積的低k介電材料126，例如氧化硅，氮化硅，金剛石等。得到的絕緣區(qū)域122通過除了復(fù)合半導(dǎo)體材料106以外的其他材料減小了在源極和漏極之間的阻塞距離。絕緣區(qū)域122的厚度或者高度(h)可以被調(diào)整到器件的電壓等級。相比于在沒有絕緣區(qū)域122的情況下GaN緩沖層112的阻塞能力，在溝道區(qū)域118下面的蝕刻不足的最大深度取決于最大器件電壓。另外，絕緣區(qū)域122的深度被保持在絕緣區(qū)域122下面的材料的穩(wěn)定性限制。絕緣區(qū)域122減小了器件的源極到漏極電容和柵極到漏極電容并且因此改善了器件性能。
[0030]圖7示出復(fù)合半導(dǎo)體器件的另一實(shí)施例的截面圖，其中腔體124沒有被完全地填充有絕緣材料126。根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，在用來形成腔體124的器件有源區(qū)域100中的溝槽130并不是寬得足以確保腔體124被完全地填充有絕緣材料126(例如在ALD或者LPCVD期間)。而是，腔體用絕緣材料126加襯里并且腔體124上方的溝槽130填有絕緣材料126以封閉腔體124。腔體124的其余部分是中空的并且被填充有例如SF6的氣體以完成絕緣區(qū)域122。根據(jù)該實(shí)施例，具有中空區(qū)域127的絕緣區(qū)域122具有甚至更低的介電常數(shù)k，進(jìn)一步降低了襯底接觸的寄生電容。如果形成電弧不是問題，可以使用空氣而不是SF6來填充中空區(qū)域127。具有中空區(qū)域127的腔體124可以被部分地形成在復(fù)合半導(dǎo)體材料106中并且被部分地形成在襯底108中(如在圖7中示出的)，或者被完全地形成在復(fù)合半導(dǎo)體材料106下面的襯底108中。
[0031]對于被完全填充和被部分填充的腔體124兩者，低k緩沖結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)可以使用在任何高溫工藝(例如注入的Si活化和柵極氧化物致密化)之后加工和執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)硅技術(shù)。如果注入被用來在損傷注入物之后降低熱預(yù)算，可以在任何緩沖隔離之前執(zhí)行在腔體124中的絕緣材料126的沉積。
[0032]圖8A至8E示出根據(jù)實(shí)施例的在不同工藝步驟期間的半導(dǎo)體本體104的截面圖。圖8A示出在溝槽200沿垂直于半導(dǎo)體本體104的第一主表面107的垂直方向被蝕刻到半導(dǎo)體本體104中之后的半導(dǎo)體本體104。根據(jù)該實(shí)施例，溝槽200通過復(fù)合半導(dǎo)體材料106延伸到襯底108。
[0033]圖8B示出在溝槽側(cè)壁的上部例如通過局部側(cè)壁鈍化202被保護(hù)起來之后的半導(dǎo)體本體106。局部側(cè)壁鈍化202在隨后的蝕刻期間保護(hù)GaN緩沖層112的上部。可以通過氧化預(yù)沉積的硅層形成局部側(cè)壁鈍化202?？梢栽谘趸に囍巴ㄟ^利用SiN填充溝槽200的下部來防止溝槽側(cè)壁的下部氧化，SiN在氧化之后被去除。
[0034]圖8C示出在蝕刻劑被設(shè)置在溝槽200中以在與半導(dǎo)體本體104的第一主表面107平行的橫向方向上將腔體124的上部204蝕刻到半導(dǎo)體本體104中之后的半導(dǎo)體本體104。保護(hù)溝槽側(cè)壁的上面鈍化部分不受蝕刻劑影響，使得腔體124的上部204被形成在GaN緩沖層112中的溝槽側(cè)壁的被保護(hù)部分和任何可能存在的過渡層110的下面。在使用熱磷酸來蝕刻III族氮化物層的情況下，橫向蝕刻速率比垂直蝕刻速率快得多，其將侵蝕層112。熱磷酸不會(huì)侵蝕GaN緩沖層112的(垂直)c平面，允許III族氮化物緩沖蝕刻的精確控制。
[0035]圖8D示出在腔體124的下部206被形成在襯底108中之后的半導(dǎo)體本體104。腔體124的下部206可以通過選擇性地蝕刻襯底108被形成。復(fù)合半導(dǎo)體材料106可以由例如氧化硅或者氮化硅的穩(wěn)定的鈍化層保護(hù)。該步驟之后，襯底108可以被濕法化學(xué)蝕刻以實(shí)現(xiàn)最終的絕緣區(qū)域厚度或者高度(h)。該步驟也可以在沒有上部GaN疊層112的先前選擇性蝕刻的情況下被實(shí)現(xiàn)。根據(jù)該實(shí)施例，腔體124被部分地形成在復(fù)合半導(dǎo)體材料106中并且被部分地形成在襯底108中。
[0036]可替代地，如在圖6中示出的，腔體124可以被完全地形成在襯底108中。在一個(gè)實(shí)施例中，腔體124可以通過形成穿過復(fù)合半導(dǎo)體材料106延伸到襯底108的溝槽200來被完全地形成在襯底108中。然后在溝槽200中設(shè)置蝕刻劑，蝕刻劑被選擇成僅侵蝕襯底108，使得腔體124被完全地形成在襯底108中。在這種情況下，如果蝕刻溶液被選擇成不侵蝕復(fù)合半導(dǎo)體材料106，則不需要溝槽側(cè)壁的局部鈍化。
[0037]圖8E示出在腔體124被填充有絕緣材料126 (例如氧化硅，氮化硅，金剛石等)之后的半導(dǎo)體本體104。絕緣材料126可以通過ALD或者LPCVD被沉積?？商娲兀惑w124可以通過CVD金剛石處理被填充，其產(chǎn)生從GaN緩沖層112的更好的熱傳導(dǎo)和更高的擊穿強(qiáng)度。在每種情況下，如本文前面描述的，為了使用絕緣材料126填充腔體124，在器件的無源區(qū)域102和/或在器件的有源區(qū)域100中形成溝槽200。例如，溝槽200在平行于源極和漏極延伸的絕緣區(qū)域122的長度上垂直于源極和漏極延伸。
[0038]如本文先前描述的，較小溝槽200替代地可被用來形成腔體124，其在整個(gè)腔體124被填充有絕緣材料126之前在絕緣材料126的沉積期間封閉。根據(jù)該替代實(shí)施例，腔體124用絕緣材料126加襯里并且中空區(qū)域127保持，其填充有氣體，例如空氣或者SF6，如本文前面描述的和在圖7中示出的。在每種情況下，通過干法蝕刻和/或CMP (化學(xué)機(jī)械拋光)從鈍化層116 (如果存在的話)或半導(dǎo)體本體104的頂側(cè)107去除絕緣材料126。
[0039]圖9示出根據(jù)另一實(shí)施例的在不同工藝期間的半導(dǎo)體本體104的截面圖。根據(jù)該實(shí)施例，從襯底108的背離復(fù)合半導(dǎo)體材料106的一側(cè)109將用來在半導(dǎo)體本體104中形成腔體124的溝槽300蝕刻到襯底108中。形成在襯底108中的溝槽300的側(cè)壁被鈍化302，用以防御被設(shè)置在溝槽300中的蝕刻劑。蝕刻劑去除部分襯底108以完全地在襯底108中形成腔體124。如本文前面描述的，腔體124然后被部分地或者完全地填充有絕緣材料126，以在器件的源極或者漏極側(cè)的襯底108和復(fù)合半導(dǎo)體材料106之間形成絕緣區(qū)域122。
[0040]空間相對術(shù)語例如“之下”，“下面”，“下部”，“上方”，“上部”等等，被用于方便描述以解釋一個(gè)元件相對于第二元件的定位。除了與在附圖中描述的那些取向不同的取向之夕卜，這些術(shù)語旨在包括器件的不同取向。進(jìn)一步地，例如“第一”，“第二”等等的術(shù)語也被用來描述不同的元件、區(qū)域、部分等并且也不旨在是限制性的。貫穿整個(gè)描述，相似術(shù)語指代相似元件。
[0041]如本文使用的，術(shù)語“具有”，“含有”，“包括”，“包含”等等是開放性的術(shù)語，其表明聲稱的元件或者特征的存在，但不排除另外的元件或者特征。冠詞“一”，“一個(gè)”和“該”旨在包括復(fù)數(shù)以及單數(shù)，除非上下文明確地另外表明。
[0042]在記住上面的變化和應(yīng)用范圍的情況下，應(yīng)該理解本發(fā)明不被前述描述限制，也不被附圖限制。而是，本發(fā)明僅被下面的權(quán)利要求和其法律等價(jià)物限制。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體器件，包括: 半導(dǎo)體本體，其包括在襯底上的復(fù)合半導(dǎo)體材料，所述復(fù)合半導(dǎo)體材料具有溝道區(qū)域； 源極區(qū)域，其延伸到所述復(fù)合半導(dǎo)體材料； 漏極區(qū)域，其延伸到所述復(fù)合半導(dǎo)體材料并且通過所述溝道區(qū)域與所述源極區(qū)域間隔開；和 絕緣區(qū)域，其掩埋在所述半導(dǎo)體器件的有源區(qū)域中的襯底和所述復(fù)合半導(dǎo)體材料之間的半導(dǎo)體本體中，所述有源區(qū)域包括所述源極，所述漏極和所述溝道區(qū)域，所述絕緣區(qū)域在所述源極區(qū)域和所述漏極區(qū)域之間的溝道區(qū)域的長度上是不連續(xù)的。
2.權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述絕緣區(qū)域包括用絕緣材料加襯里的中空腔體。
3.權(quán)利要求2的半導(dǎo)體器件，其中所述中空腔體部分地形成在所述復(fù)合半導(dǎo)體材料中并且部分地形成在所述襯底中。
4.權(quán)利要求2的半導(dǎo)體器件，其中所述中空腔體完全形成在所述復(fù)合半導(dǎo)體材料下面的所述襯底中。
5.權(quán)利要求2的半導(dǎo)體器件，其中所述中空腔體被填充有氣體。
6.權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述絕緣區(qū)域包括被填充有絕緣材料的腔體。
7.權(quán)利要求6的半導(dǎo)體器件，其中所述腔體被部分地形成在所述復(fù)合半導(dǎo)體材料中并且被部分地形成在所述襯底中·。
8.權(quán)利要求6的半導(dǎo)體器件，其中所述腔體被完全地形成在所述復(fù)合半導(dǎo)體材料下面的所述襯底中。
9.權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述復(fù)合半導(dǎo)體材料包括在GaN層上的GaN合金層，所述溝道區(qū)域是設(shè)置在GaN層中接近與所述GaN合金層的界面的二維電子氣，并且所述絕緣區(qū)域被設(shè)置在所述GaN合金層和所述二維電子氣下面。
10.權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括: 從所述復(fù)合半導(dǎo)體材料的主表面延伸到所述有源區(qū)域外部的半導(dǎo)體本體的區(qū)域中的絕緣區(qū)域的溝槽；和 設(shè)置在所述溝槽中的絕緣材料。
11.權(quán)利要求10的半導(dǎo)體器件，其中所述溝槽在所述絕緣區(qū)域的長度上垂直于所述源極和所述漏極延伸。
12.權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括從所述漏極或者源極區(qū)域穿過所述復(fù)合半導(dǎo)體材料延伸到所述襯底的背離所述復(fù)合半導(dǎo)體材料的一側(cè)的導(dǎo)電插塞。
13.一種半導(dǎo)體器件，包括: 半導(dǎo)體襯底； 復(fù)合半導(dǎo)體外延材料，其生長在所述半導(dǎo)體襯底上，所述復(fù)合半導(dǎo)體外延材料具有溝道區(qū)域和比所述半導(dǎo)體襯底更高的能量帶隙； 第一摻雜區(qū)域，其延伸到所述復(fù)合半導(dǎo)體外延材料； 第二摻雜區(qū)域，其延伸到所述復(fù)合半導(dǎo)體外延材料并且通過所述溝道區(qū)域與所述第一摻雜區(qū)域間隔開；和 絕緣區(qū)域，其設(shè)置在所述復(fù)合半導(dǎo)體外延材料和所述襯底之間的溝道區(qū)域的下面，并且在與所述復(fù)合半導(dǎo)體外延材料的主表面平行的方向上橫向延伸，所述絕緣區(qū)域在所述第一和第二摻雜區(qū)域之間的溝道區(qū)域的長度上是不連續(xù)的。
14.一種制作半導(dǎo)體器件的方法，包括: 在襯底上形成包括復(fù)合半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體本體，所述復(fù)合半導(dǎo)體材料具有溝道區(qū)域； 形成延伸到所述復(fù)合半導(dǎo)體材料的源極區(qū)域； 形成延伸到所述復(fù)合半導(dǎo)體材料并且通過所述溝道區(qū)域與所述源極區(qū)域間隔開的漏極區(qū)域；以及 形成掩埋在半導(dǎo)體器件的有源區(qū)域中的所述襯底和所述復(fù)合半導(dǎo)體材料之間的所述半導(dǎo)體本體中的絕緣區(qū)域，所述有源區(qū)域包括所述源極，所述漏極和所述溝道區(qū)域，所述絕緣區(qū)域在所述源極區(qū)域和所述漏極區(qū)域之間的溝道區(qū)域的長度上是不連續(xù)的。
15.權(quán)利要求14的方法，其中形成所述絕緣區(qū)域包括: 在所述溝道區(qū)域下面的半導(dǎo)體本體中形成腔體；并且 用絕緣材料給所述腔體加襯里，使得所述腔體具有中空區(qū)域。
16.權(quán)利要求15的方 法，進(jìn)一步包括用氣體填充所述腔體的中空區(qū)域。
17.權(quán)利要求15的方法，其中在所述半導(dǎo)體本體中形成腔體并且用絕緣材料給所述腔體加襯里使得所述腔體具有中空區(qū)域包括: 將在垂直于所述半導(dǎo)體本體的第一主表面的垂直方向上延伸的溝槽蝕刻到所述半導(dǎo)體本體中，所述溝槽具有側(cè)壁和底部； 在所述溝槽中設(shè)置蝕刻劑，以在平行于所述半導(dǎo)體本體的第一主表面的橫向方向上蝕刻所述腔體到所述半導(dǎo)體本體中；以及 在所述腔體被完全填充有所述絕緣材料之前，用絕緣材料給所述腔體加襯里，其封閉所述溝槽。
18.權(quán)利要求15的方法，其中所述溝槽穿過所述復(fù)合半導(dǎo)體材料延伸到所述襯底，所述方法進(jìn)一步包括保護(hù)溝槽側(cè)壁的上部不受蝕刻劑影響，使得所述腔體在所述溝槽側(cè)壁的被保護(hù)的上部下面被部分地形成在所述復(fù)合半導(dǎo)體材料中并且被部分地形成在所述襯底中。
19.權(quán)利要求15的方法，其中所述溝槽穿過所述復(fù)合半導(dǎo)體材料延伸到所述襯底并且所述蝕刻劑被選擇成僅侵蝕所述襯底，使得所述腔體被完全地形成在所述復(fù)合半導(dǎo)體材料下面的襯底中。
20.權(quán)利要求14的方法，其中形成所述絕緣區(qū)域包括: 在所述溝道區(qū)域下面的半導(dǎo)體本體中形成腔體；以及 用絕緣材料填充所述腔體。
21.權(quán)利要求20的方法，其中在半導(dǎo)體本體中形成腔體和用絕緣材料填充所述腔體包括: 將在垂直于所述半導(dǎo)體本體的第一主表面的垂直方向上延伸的溝槽蝕刻到所述半導(dǎo)體本體中，所述溝槽具有側(cè)壁和底部； 在所述溝槽中設(shè)置所述蝕刻劑，以在平行于所述半導(dǎo)體本體的第一主表面的橫向方向上蝕刻所述腔體到所述半導(dǎo)體本體中；以及在所述溝槽被所述絕緣材料封閉之前，用所述絕緣材料填充整個(gè)腔體。
22.權(quán)利要求21的方法，其中所述溝槽穿過所述復(fù)合半導(dǎo)體材料延伸到所述襯底，所述方法進(jìn)一步包括保護(hù)溝槽側(cè)壁的上部不受蝕刻劑影響，使得所述腔體在所述溝槽側(cè)壁的被保護(hù)的上部下面被部分地形成在所述復(fù)合半導(dǎo)體材料中并且被部分地形成在所述襯底中。
23.權(quán)利要求21的方法，其中所述溝槽穿過所述復(fù)合半導(dǎo)體材料延伸到所述襯底并且所述蝕刻劑被選擇成僅侵蝕所述襯底，使得所述腔體被完全地形成在所述復(fù)合半導(dǎo)體材料下面的襯底中。
24.權(quán)利要求14的方法，進(jìn)一步包括: 形成從所述半導(dǎo)體本體的第一主表面延伸到所述有源區(qū)域外部的所述半導(dǎo)體本體的區(qū)域中的半導(dǎo)體本體中的溝槽；以及用絕緣材料填充所述溝槽。
25.權(quán)利要求24的方法，其中形成所述溝槽包括在所述半導(dǎo)體本體中蝕刻所述溝槽，使得所述溝槽在所述絕緣區(qū)域的長度上垂直于所述源極和所述漏極延伸，所述絕緣區(qū)域的長度平行于所述源極和所述漏極延伸。
26.權(quán)利要求24的方法，其中所述溝槽從所述襯底的背離所述復(fù)合半導(dǎo)體材料的一側(cè)被蝕刻到所述襯 底中。
【文檔編號(hào)】H01L21/335GK103594507SQ201310350393
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月13日
【發(fā)明者】O.赫貝爾倫, C.奧斯特邁爾, G.普雷希特爾 申請人:英飛凌科技奧地利有限公司