化合物半導(dǎo)體器件和其制造方法
【專利摘要】提供一種化合物半導(dǎo)體器件和其制造方法?；衔锇雽?dǎo)體器件包括：化合物半導(dǎo)體層；以及形成在化合物半導(dǎo)體層上方的柵電極；以及形成在化合物半導(dǎo)體層上的柵電極兩側(cè)上的源電極和漏電極，其中源電極在與化合物半導(dǎo)體層的接觸表面中具有沿著轉(zhuǎn)移電子的多個(gè)底部表面，并且多個(gè)底部表面位于距轉(zhuǎn)移電子不同距離處，越接近柵電極的底部表面越遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)移電子。
【專利說明】化合物半導(dǎo)體器件和其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文中討論的實(shí)施例涉及一種化合物半導(dǎo)體器件和其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]已經(jīng)考慮到通過利用氮化物半導(dǎo)體的特性，諸如高飽和電子速度和寬帶隙，以將氮化物半導(dǎo)體應(yīng)用于高耐壓和高功率半導(dǎo)體器件。例如，作為氮化物半導(dǎo)體的GaN具有
3.4eV (電子伏特)的帶隙，寬于Si的帶隙(1.1eV)和GaAs的帶隙(1.4eV)，并且具有高擊穿電場強(qiáng)度。這使得GaN非常有望用作用于實(shí)現(xiàn)高電壓操作和高功率的電源的半導(dǎo)體器件的材料。
[0003]已經(jīng)對作為使用氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體器件的場效應(yīng)晶體管，特別是HEMT (高電子遷移率晶體管)做了許多報(bào)道。例如，在基于GaN的HEMT (GaN-HEMT)中，使用GaN作為電子轉(zhuǎn)移層并使用AlGaN作為電子供給層的AlGaN/GaN HEMT已經(jīng)引起了關(guān)注。在AlGaN/GaN HEMT中，在AlGaN中出現(xiàn)由于GaN與AlGaN之間的晶格常數(shù)差導(dǎo)致的變形。由于由該變形引起的壓電極化和AlGaN的自發(fā)極化，獲得了高濃度的二維電子氣(2DEG)。因此，AlGaN/GaN HEMT預(yù)期用作用于電動車輛等的高效率開關(guān)元件或高耐壓功率器件。
[0004][專利文獻(xiàn)I]日本特開2012-134345號專利公報(bào)
[0005]GaN-HEMT預(yù)期具有例如400V或更大的高耐壓。當(dāng)向GaN-HEMT施加上述高壓時(shí)，通常會關(guān)注柵電極的擊穿。近年來，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在與氮化物半導(dǎo)體歐姆接觸的漏電極中也出現(xiàn)了擊穿。漏電極的擊穿歸因于發(fā)生在漏電極端部上的電場集中。因此，通過雪崩效應(yīng)同時(shí)生成電子和空穴，并且電子和空穴進(jìn)一步持續(xù)導(dǎo)致電子和空穴的累積生成，使得電流快速增大，導(dǎo)致漏電極中的擊穿。已經(jīng)證實(shí):當(dāng)在氮化物半導(dǎo)體中形成有凹部并且漏電極形成在該凹部中時(shí)，以及當(dāng)漏電極形成在沒有凹部形成的氮化物半導(dǎo)體上時(shí)都會出現(xiàn)漏電極的這種擊穿。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]考慮到上述問題，做出了本實(shí)施例，并且本實(shí)施例的目的是提供高可靠性的化合物半導(dǎo)體器件，其能夠防止同時(shí)生成電子和空穴的雪崩效應(yīng)，以抑制突發(fā)擊穿并且實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的高耐壓以能夠提高性能和產(chǎn)量，以及制造該化合物半導(dǎo)體器件的方法。
[0007]根據(jù)一方面的化合物半導(dǎo)體器件，包括:化合物半導(dǎo)體層；以及形成在化合物半導(dǎo)體層上側(cè)上的電極對，其中，電極對中的一個(gè)電極在與化合物半導(dǎo)體層的接觸表面中具有沿著轉(zhuǎn)移電子的多個(gè)底部表面，并且多個(gè)底部表面位于距轉(zhuǎn)移電子不同距離處，越接近電極對中的另一電極的底部表面越遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)移電子。
[0008]根據(jù)一方面的制造化合物半導(dǎo)體器件的方法，包括:形成化合物半導(dǎo)體層；以及在化合物半導(dǎo)體層上側(cè)上形成電極對，其中，電極對中的一個(gè)電極在與化合物半導(dǎo)體層的接觸表面中具有沿著轉(zhuǎn)移電子的多個(gè)底部表面，并且多個(gè)底部表面位于距轉(zhuǎn)移電子不同距離處，越接近電極對中的另一電極的底部表面越遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)移電子?！緦＠綀D】
【附圖說明】
[0009]圖1A至圖1C是按照步驟順序例示根據(jù)制造第一實(shí)施例的AlGaN/GaN HEMT的方法的示意性截面圖。
[0010]圖2A至圖2C是接著圖1A至圖1C按照步驟順序例示制造根據(jù)第一實(shí)施例的AlGaN/GaN HEMT的方法的示意性截面圖。
[0011]圖3A至圖3C是接著圖2A至圖2C按照步驟順序例示制造根據(jù)第一實(shí)施例的AlGaN/GaN HEMT的方法的示意性截面圖。
[0012]圖4是例示通過仿真研究關(guān)于根據(jù)比較例I的AlGaN/GaN HEMT在施加高操作電壓(柵極-漏極電壓)時(shí)漏電極的電勢狀態(tài)時(shí)所得到的結(jié)果的特性圖。
[0013]圖5是例示當(dāng)通過仿真研究關(guān)于根據(jù)比較例2的AlGaN/GaN HEMT在施加高操作電壓(柵極-漏極電壓)時(shí)漏電極的電勢狀態(tài)時(shí)所得到的結(jié)果的特性圖。
[0014]圖6是例示當(dāng)通過仿真研究關(guān)于根據(jù)第一實(shí)施例的AlGaN/GaNHEMT在施加高操作電壓(柵極-漏極電壓)時(shí)漏電極的電勢狀態(tài)時(shí)所得到的結(jié)果的特性圖。
[0015]圖7A至圖7C是例示根據(jù)第二實(shí)施例制造AlGaN/GaN HEMT的方法的主要步驟的示意性截面圖。
[0016]圖8A至圖8C是接著圖7A至圖7C例示根據(jù)第二實(shí)施例制造AlGaN/GaN HEMT的方法的主要步驟的示意性截面圖。
[0017]圖9A和圖9B是接著圖8A至圖8C例示根據(jù)第二實(shí)施例制造AlGaN/GaN HEMT的方法的主要步驟的示意性截面圖。
[0018]圖1OA至圖1OB是接著圖9A和圖9B例示根據(jù)第二實(shí)施例制造AlGaN/GaN HEMT的方法的主要步驟的示意性截面圖。
[0019]圖1lA至圖1lC是例示根據(jù)第三實(shí)施例制造AlGaN/GaN HEMT的方法的主要步驟的示意性截面圖。
[0020]圖12A和圖12B是接著圖1IA至圖1IC例示根據(jù)第三實(shí)施例制造AlGaN/GaN HEMT的方法的主要步驟的示意性截面圖。
[0021]圖13是表示當(dāng)基于與比較例對比來通過仿真研究關(guān)于根據(jù)第一實(shí)施例、第二實(shí)施例以及第三實(shí)施例的AlGaN/GaN HEMT在夾斷狀態(tài)中漏電壓變化的條件下漏電流的變化時(shí)所得到的結(jié)果的特性圖。
[0022]圖14是例示根據(jù)第四實(shí)施例的電源電路的示意性結(jié)構(gòu)的連接圖。
[0023]圖15是例示根據(jù)第五實(shí)施例的高頻放大器的示意性結(jié)構(gòu)的連接圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024](第一實(shí)施例)
[0025]在本實(shí)施例中，作為化合物半導(dǎo)體器件，公開了氮化物半導(dǎo)體的AlGaN/GaN HEMT。
[0026]圖1A至圖3C是按照步驟順序例示制造根據(jù)第一實(shí)施例的AlGaN/GaN HEMT的方法的示意性截面圖。
[0027]首先，如圖1A所示，在例如作為生長襯底的Si襯底I上形成化合物半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)2。作為生長襯底，可以使用SiC襯底、藍(lán)寶石襯底、GaAs襯底、GaN襯底等代替Si襯底。襯底的導(dǎo)電性可以是半絕緣的或?qū)щ姷摹?br>
[0028]化合物半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)2包括緩沖層2a、電子轉(zhuǎn)移層2b、中間層2c、電子供給層2d以及蓋層2e。
[0029]在電子轉(zhuǎn)移層2b與電子供給層2d (確切地說，中間層2c)的界面附近生成作為轉(zhuǎn)移電子的二維電子氣(2DEG)。該2DEG是基于電子轉(zhuǎn)移層2b的化合物半導(dǎo)體(此處為GaN)與電子供給層2d的化合物半導(dǎo)體(此處為AlGaN)之間的晶格常數(shù)差而生成的。
[0030]更詳細(xì)地，通過例如MOVPE (金屬有機(jī)物氣相磊晶)法在Si襯底I上生長以下化合物半導(dǎo)體?？梢允褂肕BE (分子束磊晶)法等代替MOVPE法。
[0031]在Si襯底I上，順序生長約IOOnm (納米)厚度的A1N、約I μ m (微米)厚度的i(有意非摻雜)-GaNJ^] 5nm厚度的1-AlGaN、Al組成例如約20%的約30nm厚度的n-AlGaN以及約3nm厚度的n-GaN。由此，形成緩沖層2a、電子轉(zhuǎn)移層2b、中間層2c、電子供給層2d以及蓋層2e。作為緩沖層2a，可以使用AlGaN代替A1N，或者可以通過低溫生長來生長GaN。
[0032]作為AlN的生長條件，使用三甲基鋁(TMA)氣體和氨(NH3)氣體的混合氣體作為源氣體。作為GaN的生長條件，使用三甲基鎵(TMG)氣體和NH3氣體的混合氣體作為源氣體。作為AlGaN的生長條件，使用TMA氣體、TMG氣體以及NH3氣體的混合氣體作為源氣體。取決于待生長的化合物半導(dǎo)體層，適當(dāng)?shù)卦O(shè)定是否供給作為Al源的TMA氣體和作為Ga源的TMG氣體，以及它們的流率。作為共用源的NH3氣體的流率設(shè)定為約100ccm(立方厘米每分鐘)至約IOLM (升每分鐘)。此外，生長壓力設(shè)定為約50Torr (托)至約300Torr，并且生長溫度設(shè)定為約1000°C (攝氏度)至約1200°C。
[0033]為了生長電子供給層2d的n-AlGaN和蓋層2e的n_GaN，例如，以預(yù)定流率向源氣體添加包含例如Si的SiH4氣體作為η型雜質(zhì)，使得AlGaN和GaN摻雜有Si。Si的摻雜濃度設(shè)定為約I X IO1Vcm3至約IX 102°/cm3,例如設(shè)定為約5 XlO1Vcm3 (立方厘米)。
[0034]隨后，如圖1B中所示，形成元件隔離結(jié)構(gòu)3。
[0035]更詳細(xì)地，首先，在化合物半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)2的表面上涂敷抗蝕劑。通過光刻法處理該抗蝕劑，由此在抗蝕劑中形成露出化合物半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)2的表面與計(jì)劃元件隔離位置對應(yīng)的部分的開口。因此，形成具有開口的抗蝕劑掩模。
[0036]通過使用該抗蝕劑掩模，對蓋層2e、電子供給層2d以及中間層2c的計(jì)劃元件隔離位置進(jìn)行干法蝕刻以將其移除，直到露出電子轉(zhuǎn)移層2b的表面為止。因此，形成露出電子轉(zhuǎn)移層2b的表面的計(jì)劃元件隔離位置的元件隔離凹部2A。作為蝕刻條件，使用惰性氣體(諸如Ar)和基于氯的氣體(諸如Cl2)作為蝕刻氣體。
[0037]通過再次使用該抗蝕劑掩模，將例如氬(Ar)注入電子轉(zhuǎn)移層2b的從開口中露出的元件隔離區(qū)域。因此，在電子轉(zhuǎn)移層2b中形成元件隔離結(jié)構(gòu)3。元件隔離結(jié)構(gòu)3在化合物半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)2上界定有源區(qū)域。
[0038]附帶提及，對于元件隔離，可以使用例如STI (淺溝槽隔離)法來代替上述注入法。此時(shí)，對于化合物半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)2的干法蝕刻，使用例如基于氯的蝕刻氣體。
[0039]通過使用氧等離子體的灰化或通過使用預(yù)定化學(xué)溶液的潤濕來移除抗蝕劑掩模。
[0040]隨后，如圖1C所示，形成保護(hù)絕緣膜4。
[0041]更詳細(xì)地，通過等離子CVD法、濺射法等在化合物半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)2上沉積具有約30nm至約500nm (例如約60nm)厚度的氮化娃(SiN),以填充元件隔離結(jié)構(gòu)3上的元件隔離凹部2A。因此，形成保護(hù)絕緣膜4。
[0042]使用SiN作為覆蓋化合物半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)2的鈍化膜可以減小電流崩塌。
[0043]隨后，如圖2A所示，在保護(hù)絕緣膜4中形成用于源電極和漏電極的電極凹進(jìn)4A1、4A2。
[0044]更詳細(xì)地，首先，在保護(hù)絕緣膜4的表面上涂敷抗蝕劑。通過光刻法處理該抗蝕齊U，由此在抗蝕劑中形成露出與要形成源電極的區(qū)域相對應(yīng)的部分和與要形成漏電極的區(qū)域相對應(yīng)的部分的開口。因此，形成具有開口的抗蝕劑掩模。
[0045]通過使用該抗蝕劑掩模，對保護(hù)絕緣膜4的計(jì)劃電極形成區(qū)域進(jìn)行干法蝕刻以將其移除，直到露出蓋層2e的表面為止。因此，在保護(hù)絕緣膜4中形成露出在蓋層2e的表面中的要形成源電極的區(qū)域的電極凹進(jìn)4A1以及露出在蓋層2e的表面中的要形成漏電極的區(qū)域的電極凹進(jìn)4A2。對于干法蝕刻，使用例如基于氟的蝕刻氣體，諸如SF6。該干法蝕刻要求對蓋層2e的蝕刻損傷盡可能小，而使用基于氟的氣體的干法蝕刻只對蓋層2e造成小損傷。
[0046]通過使用氧等離子體的灰化或者使用預(yù)定化學(xué)溶液的潤濕來移除抗蝕劑掩模。
[0047]隨后，如圖2B所示，形成抗蝕劑掩模11。
[0048]更詳細(xì)地，在整個(gè)表面上涂敷抗蝕劑。通過光刻法處理該抗蝕劑，由此在抗蝕劑中形成開口 Ila和開口 11b，其中，從開口 Ila露出蓋層2e表面中用于源電極的電極凹進(jìn)4A1，以及從開口 Ilb露出蓋層2e表面中用于漏電極的電極凹進(jìn)4A2的一部分。因此，形成具有開口 IlaUlb的抗蝕劑掩模11。
[0049]隨后，如圖2C所示，在化合物半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)2中形成電極凹進(jìn)2B1、2B2。
[0050]通過使用抗蝕劑掩模11，對蓋層2e和電子供給層2d的上層部分進(jìn)行干法蝕刻以使其移除，使得保留電子供給層2d的下層部分。因此，在化合物半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)2中形成電極凹進(jìn)2B1和電極凹進(jìn)2B2，其中，電極凹進(jìn)2B1露出在電子供給層2d的下層部分中的要形成源電極的區(qū)域，并且電極凹進(jìn)2B2露出在電子供給層2d的下層部分中的要形成漏電極的區(qū)域。對于干法蝕刻，使用例如基于氯的蝕刻氣體，諸如Cl2。
[0051]通過使用氧等離子體的灰化或者通過使用預(yù)定化學(xué)溶液的潤濕來移除抗蝕劑掩模11。
[0052]隨后，如圖3A所示，形成源電極5和漏電極6。
[0053]更詳細(xì)地，在保護(hù)絕緣膜4的表面上涂敷抗蝕劑。通過光刻法處理該抗蝕劑，由此在抗蝕劑中形成露出用于源電極的電極凹進(jìn)4A1、2BI和用于漏電極的電極凹進(jìn)4A2、2B2的開口。因此，形成具有開口的抗蝕劑掩模。
[0054]通過使用該抗蝕劑掩模，通過例如蒸鍍法在抗蝕劑掩模上、包括在露出電極凹進(jìn)4AU2B1和電極凹進(jìn)4A2、2B2的開口的內(nèi)部沉積例如Ti/Al作為電極材料。Ti的厚度為約30nm，并且Al的厚度為約200nm。通過剝離法移除抗蝕劑掩模以及其上沉積的Ti/Al。其后，在約400°C至約1000°C (例如約600°C)的溫度下，在例如氮?dú)夥罩袑i襯底I進(jìn)行熱處理，使得剩余的Ti/Al與化合物半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)2歐姆接觸。有時(shí)不必進(jìn)行熱處理，只要獲得Ti/Al與電子供給層2d的歐姆接觸即可。因此，形成電極材料的一部分填充電極凹進(jìn)4AU2B1的源電極5，以及電極材料的一部分填充電極凹進(jìn)4A2、2B2的漏電極6。
[0055]源電極5和漏電極6與電子供給層2d和蓋層2e接觸,而不與電子轉(zhuǎn)移層2b (中間層2c)接觸。
[0056]漏電極6在其下表面上具有臺階結(jié)構(gòu)，并且在與化合物半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)2的接觸表面中具有多個(gè)底部表面，此處為沿著2DEG的轉(zhuǎn)移方向的兩個(gè)底部表面6a、6b。多個(gè)底部表面位于距2DEG不同距離處，更接近源電極5的底部表面更加遠(yuǎn)離2DEG。在本實(shí)施例中，底部表面6a比底部表面6b更加遠(yuǎn)尚2DEG。
[0057]為了獲得臺階結(jié)構(gòu)，在本實(shí)施例中，漏電極6的下表面的兩級臺階結(jié)構(gòu)還填充保護(hù)絕緣膜4的電極凹進(jìn)4A2的內(nèi)部，并且與保護(hù)絕緣膜4的接觸側(cè)表面中接近源電極5的接觸側(cè)表面6c被接合到底部表面6a。
[0058]附帶提及，類似于漏電極6，源電極也可以在其下表面上具有臺階結(jié)構(gòu)。
[0059]接著，如圖3B所示，在保護(hù)絕緣膜4中形成用于柵電極的電極凹進(jìn)4B。
[0060]更詳細(xì)地，首先，在化合物半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)2的表面上涂敷抗蝕劑。通過光刻法處理該抗蝕劑，由此在抗蝕劑中形成露出在保護(hù)絕緣膜4的表面中的與待形成柵電極的位置(計(jì)劃電極形成位置)相對應(yīng)的部分的開口。因此，形成具有開口的抗蝕劑掩模。
[0061]通過使用該抗蝕劑掩模，對保護(hù)絕緣膜4的上部約40nm進(jìn)行干法蝕刻以使其移除，使得在計(jì)劃電極形成位置處保留保護(hù)絕緣膜4的下部約20nm。因此，在保護(hù)絕緣膜4中形成用于柵電極的電極凹進(jìn)4B。
[0062]通過使用氧等離子體的灰化或者通過使用預(yù)定化學(xué)溶液的潤濕來移除抗蝕劑掩模。
[0063]在本實(shí)施例中，在保護(hù)絕緣膜4中，保留在電極凹進(jìn)4B的底部上的約20nm厚度的部分起到柵極絕緣膜的作用。
[0064]附帶提及，用于柵電極的電極凹進(jìn)可以形成為露出化合物半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)2的表面的穿透式溝槽，而柵極絕緣膜可以單獨(dú)形成在保護(hù)絕緣膜4上以覆蓋表面。在這樣的情況下，通過例如ALD (原子層沉積)法沉積約2nm至約200nm膜厚度(例如約IOnm膜厚度)的Al2O3,由此形成柵極絕緣膜。對于Al2O3的沉積，可以使用例如等離子CVD法或?yàn)R射法等代替ALD法。此外，可以使用Al的氮化物或氧氮化物代替沉積Al2O315此外，對于柵極絕緣膜的形成，可以沉積S1、Hf、Zr、T1、Ta以及W的氧化物、氮化物或氧氮化物，或者可以將從這些中適當(dāng)選擇的物質(zhì)以多層沉積。
[0065]隨后，如圖3C所示，形成柵電極7。
[0066]更詳細(xì)地，首先，形成用于形成柵電極的抗蝕劑掩模。此處使用例如適合于蒸鍍法和剝離法的檐式結(jié)構(gòu)的兩層抗蝕劑。在保護(hù)絕緣膜4上涂敷該抗蝕劑，并且形成露出在保護(hù)絕緣膜4中的與電極凹進(jìn)4B對應(yīng)的部分的開口。因此，形成具有開口的抗蝕劑掩模。
[0067]通過使用該抗蝕劑掩模，通過例如蒸鍍法在抗蝕劑掩模上、包括在露出在保護(hù)絕緣膜4中的與電極凹進(jìn)4B對應(yīng)的部分的開口的內(nèi)部沉積例如Ni/Au作為電極材料。Ni的厚度為約30nm，并且Au的厚度為約400nm。通過剝離法移除抗蝕劑掩模以及其上沉積的Ni/Au。因此，形成下部中的電極材料填充電極凹進(jìn)4B的內(nèi)部并且上部騎在保護(hù)絕緣膜4上的柵電極7，使得其沿著柵極長度的橫截面為所謂的懸垂形狀。在柵電極7中，柵極長度為例如約0.5 μ m，并且柵極寬度為例如約400 μ m。
[0068]此后，經(jīng)過多個(gè)處理，諸如層間絕緣膜的形成，連接至源電極5、漏電極6以及柵電極7的布線的形成，上保護(hù)膜的形成以及露在最上面的表面的連接電極的形成，形成根據(jù)本實(shí)施例的AlGaN/GaN HEMT。
[0069]關(guān)于根據(jù)本實(shí)施例的AlGaN/GaN HEMT，基于與比較例的對比通過仿真研究了漏電極在施加高操作電壓(柵極-漏極電壓)時(shí)的電勢狀態(tài)。結(jié)果呈現(xiàn)在圖4至圖6中。圖4對應(yīng)于比較例1，圖5對應(yīng)于比較例2，圖6對應(yīng)于本實(shí)施例的圖3C，并且其均為漏電極和其鄰近部分被放大的示意性截面圖。具體地，示出了在操作電壓被設(shè)定為400V時(shí)400V和300V的等電位線。
[0070]如圖4中所示，類似于本實(shí)施例，比較例I的AlGaN/GaN HEMT具有Si襯底1、化合物半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)2和保護(hù)絕緣膜4等，并且形成有漏電極101 (和源電極)以填充形成在保護(hù)絕緣膜4中的電極凹進(jìn)。漏電極101在其下表面上沒有臺階結(jié)構(gòu)，并且與蓋層2e的表面歐姆接觸。
[0071]在比較例I中，2DEG的部分中的400V的等電位線與300V的等電位線之間的間隔dl非常窄。這意味著在漏電極101的電極端部IOlA上出現(xiàn)電場集中。該電場集中導(dǎo)致由于雪崩效應(yīng)而同時(shí)生成電子和空穴，并且電子和空穴進(jìn)一步持續(xù)導(dǎo)致電子和空穴的累積生成，從而快速地增大電流，使得在漏電極101中出現(xiàn)擊穿。
[0072]如圖5所示，類似于本實(shí)施例，比較例2的AlGaN/GaN HEMT具有Si襯底1、化合物半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)2和保護(hù)絕緣膜4等，并且形成有漏電極102 (和源電極)以填充形成在保護(hù)絕緣膜4、蓋層2e以及電子供給層2d中的電極凹進(jìn)。漏電極102在其下表面上沒有臺階結(jié)構(gòu)，并且與電子供給層2d歐姆接觸。
[0073]在比較例2中，與比較例I中一樣，2DEG的部分中的400V的等電位線與300V的等電位線之間的間隔d2也非常窄。這意味著在漏電極102的電極端部102A上出現(xiàn)電場集中。該電場集中導(dǎo)致由于雪崩效應(yīng)而同時(shí)生成電子和空穴，并且電子和空穴進(jìn)一步持續(xù)導(dǎo)致電子和空穴的累積生成，從而快速地增大電流，使得在漏電極102中出現(xiàn)擊穿。
[0074]在本實(shí)施例中，2DEG的部分中的400V的等電位線與300V的等電位線之間的間隔d3遠(yuǎn)比圖6所示的間隔dl、d2寬。本實(shí)施例中的漏電極6在其下表面上具有兩級臺階結(jié)構(gòu)，并且底部表面6a比底部表面6b更加遠(yuǎn)離2DEG。利用該結(jié)構(gòu)，在漏電極6的兩個(gè)電極端部6A、6B上出現(xiàn)電場集中。因?yàn)殡妶黾惺怯?DEG的耗盡程度決定的，所以電場集中被分配到兩個(gè)電極端部6A、6B從而得到緩和。因此，抑制了雪崩效應(yīng)并且防止了漏電極6的擊穿。
[0075]如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，實(shí)現(xiàn)了高可靠性的AlGaN/GaN HEMT，其防止同時(shí)生成電子和空穴的雪崩效應(yīng)，以抑制突發(fā)擊穿并且實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的高耐壓，以能夠提高性能和產(chǎn)量。
[0076](第二實(shí)施例)
[0077]在本實(shí)施例中，與第一實(shí)施例一樣，公開了 AlGaN/GaN HEMT的結(jié)構(gòu)和制造方法，但是漏電極的臺階結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例的不同。注意，將用相同的附圖標(biāo)記表示與第一實(shí)施例相同的組成構(gòu)件等，并且將省略其詳細(xì)描述。
[0078]圖7A至圖7C以及圖1OA至圖1OC是例示根據(jù)第二實(shí)施例的制造AlGaN/GaN HEMT的方法的主要步驟的示意性截面圖。
[0079]在本實(shí)施例中，與第一實(shí)施例一樣，首先執(zhí)行圖1A至圖2A的步驟。此時(shí)，在保護(hù)絕緣膜4中形成用于源電極和漏電極的電極凹進(jìn)4A1、4A2。圖7A示出了此時(shí)的狀態(tài)。
[0080]隨后，如圖7B所示，形成抗蝕劑掩模21。[0081]更詳細(xì)地，在整個(gè)表面上涂敷抗蝕劑。通過光刻法處理該抗蝕劑，由此在抗蝕劑中形成露出在蓋層2e的表面中的用于源電極的電極凹進(jìn)4A1的開口 21a，以及露出在蓋層2e的表面中的用于漏電極的電極凹進(jìn)4A2的一部分的開口 21b。因此，形成具有開口 21a、21b的抗蝕劑掩模21。
[0082]隨后，如圖7C所示，在化合物半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)2中形成電極凹進(jìn)2C1、2C2。
[0083]通過使用抗蝕劑掩模21，對蓋層2e和電子供給層2d的上層部分進(jìn)行干法蝕刻以使其移除，使得留下電子供給層2d的下層部分。因此，在化合物半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)2中形成電極凹進(jìn)2C1和電極凹進(jìn)2C2，電極凹進(jìn)2C1露出在電子供給層2d的下層部分中的要形成源電極的區(qū)域，并且電極凹進(jìn)2C2露出在電子供給層2d的下層部分中的要形成漏電極的區(qū)域。對于干法蝕刻，使用例如基于氯的蝕刻氣體，諸如Cl2。
[0084]通過使用氧等離子體的灰化或者通過使用預(yù)定化學(xué)溶液的潤濕來移除抗蝕劑掩模21。
[0085]隨后，如圖8A所示，形成抗蝕劑掩模22。
[0086]更詳細(xì)地，在整個(gè)表面上涂敷抗蝕劑。通過光刻法處理該抗蝕劑，由此在抗蝕劑中形成露出在蓋層2e的表面中的用于漏電極的電極凹進(jìn)4B2的一部分的開口 22a。因此，形成具有開口 22a的抗蝕劑掩模22。
[0087]隨后，如圖8B中所示，在化合物半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)2中形成電極凹進(jìn)2D。
[0088]通過使用抗蝕劑掩模22，對電子供給層2d的上層部分進(jìn)行干法蝕刻以使其移除，使得保留電子供給層2d的下層部分。因此，在化合物半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)2中形成露出在電子供給層2d的下層部分中的要形成漏電極的區(qū)域的電極凹進(jìn)2D。對于干法蝕刻，使用例如基于氯的蝕刻氣體，諸如Cl2。
[0089]隨后，如圖8C中所示，在化合物半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)2中形成電極凹進(jìn)2E。
[0090]通過再次使用抗蝕劑掩模22，對電子供給層2d的電極凹進(jìn)2D進(jìn)行濕法蝕刻。電極凹進(jìn)2D的側(cè)表面成為具有預(yù)定角度(例如,約45° )的正錐形(forward tapered)形狀，從而形成電極凹進(jìn)2E。作為用于濕法蝕刻的化學(xué)溶液，使用硫酸/雙氧水。可選擇地，通過使用作為堿性顯影溶液的NMDW (由Tokyo Ohka Kogyo C0.，Ltd制造)等,在電極供給層2d中類似地形成正錐形形狀的側(cè)表面。
[0091]隨后，如圖9A中所示，移除抗蝕劑掩模22。
[0092]通過使用氧等離子體的灰化或者通過使用預(yù)定化學(xué)溶液的潤濕來移除抗蝕劑掩模22。
[0093]因此，在化合物半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)2中形成露出在電子供給層2d的下層部分中的要形成源電極的區(qū)域的電極凹進(jìn)2C1，以及露出在電子供給層2d的下層部分中的要形成漏電極的區(qū)域的電極凹進(jìn)2C2、2E。
[0094]隨后，如圖9B所示，形成源電極23和漏電極24。
[0095]更詳細(xì)地，在保護(hù)絕緣膜4的表面上涂敷抗蝕劑。通過光刻法處理該抗蝕劑，由此在抗蝕劑中形成露出用于源電極的電極凹進(jìn)4A1、2C1以及用于漏電極的電極凹進(jìn)4A2、2C2和2E的開口。因此，形成具有開口的抗蝕劑掩模。
[0096]通過使用該抗蝕劑掩模，通過例如蒸鍍法在抗蝕劑掩模上、包括在露出電極凹進(jìn)4AU2C1以及電極凹進(jìn)4A2、2C2和2E的開口的內(nèi)部沉積例如Ti/Au作為電極材料。Ti的厚度為約30nm，并且Al的厚度為約200nm。通過剝離法移除抗蝕劑掩模以及其上沉積的Ti/Au。此后，在約400°C至約1000°C，例如約600°C的溫度下，在例如氮?dú)夥罩袑i襯底I進(jìn)行熱處理，使得剩余的Ti/Au與化合物半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)2歐姆接觸。有時(shí)不必進(jìn)行熱處理，只要獲得Ti/Au與電子供給層2d之間的歐姆接觸即可。因此，形成電極材料的一部分填充電極凹進(jìn)4A1和2C1的源電極23，以及電極材料的一部分填充電極凹進(jìn)4A1、2C2和2E的漏電極24。
[0097]源電極23和漏電極24與電極供給層4d和蓋層4e接觸，而不與電子轉(zhuǎn)移層4b(中間層4c)接觸。
[0098]漏電極24在其下表面上具有臺階結(jié)構(gòu)，并且在與化合物半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)2的接觸表面中具有多個(gè)底部表面，此處為沿著2DEG的轉(zhuǎn)移方向的三個(gè)底部表面24a、24b和24c。多個(gè)底部表面位于距2DEG的不同距離處，更接近源電極23的底部表面更加遠(yuǎn)離2DEG。在本實(shí)施例中，底部表面24a比底部表面24b更加遠(yuǎn)離2DEG，并且底部表面24b比底部表面24c更加遠(yuǎn)離2DEG。
[0099]在漏電極24中，在與化合物半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)2的接觸表面中與底部表面24b、24c接合的側(cè)表面24d為錐形形狀，使得側(cè)表面24d的更加遠(yuǎn)離源電極23的部分更接近2DEG。
[0100]為了獲得臺階結(jié)構(gòu)，在本實(shí)施例中，漏電極24的下表面的三級臺階結(jié)構(gòu)同樣填充保護(hù)絕緣膜4的電極凹進(jìn)4A2的內(nèi)部，并且與保護(hù)絕緣膜4的接觸側(cè)表面中接近源電極23的接觸側(cè)表面24e被接合到底部表面24a。
[0101 ] 附帶提及，類似于漏電極24，源電極在其下表面上也可以具有臺階結(jié)構(gòu)。
[0102]隨后，如圖1OA所示，在保護(hù)絕緣膜4中形成用于柵電極的電極凹進(jìn)4B。
[0103]更詳細(xì)地，首先，在化合物半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)2的表面上涂敷抗蝕劑。通過光刻法處理該抗蝕劑，由此在抗蝕劑中形成露出在保護(hù)絕緣膜4的表面中的與要形成柵電極的位置(計(jì)劃電極形成位置)對應(yīng)的部分的開口。因此，形成具有開口的抗蝕劑掩模。
[0104]通過使用該抗蝕劑掩模，對保護(hù)絕緣膜4的上部約40nm進(jìn)行干法蝕刻以使其移除，使得在計(jì)劃電極形成位置處保留保護(hù)絕緣膜4的下部約20nm。因此，在保護(hù)絕緣膜4中形成用于柵電極的電極凹進(jìn)4B。
[0105]通過使用氧等離子體的灰化或者通過使用預(yù)定化學(xué)溶液的潤濕來移除抗蝕劑掩模。
[0106]在本實(shí)施例中，在保護(hù)絕緣膜4中保留在電極凹進(jìn)4B的底部上的約20nm厚度的部分起到柵極絕緣膜的作用。
[0107]附帶提及，用于柵電極的電極凹進(jìn)可以形成為露出化合物半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)2的表面的穿透式溝槽，而柵極絕緣膜可以單獨(dú)形成在保護(hù)絕緣膜4上以覆蓋表面。在這樣的情況下，通過例如ALD (原子層沉積)法沉積約2nm至約200nm膜厚度(例如約IOnm膜厚度)的Al2O3,由此形成柵極絕緣膜。對于Al2O3的沉積，可以使用例如等離子CVD法、濺射法等代替ALD法。此外，可以使用Al的氮化物或氧氮化物代替沉積Al2O315此外，對于柵極絕緣膜的形成，可以沉積S1、Hf、Zr、T1、Ta以及W的氧化物、氮化物或氧氮化物，或者可以將從這些中適當(dāng)選擇的一些以多層的方式沉積。
[0108]隨后，如圖1OB所示，形成柵電極7。
[0109]更詳細(xì)地，首先，形成用于形成柵電極的抗蝕劑掩模。此處，使用例如適合于蒸鍍法和剝離法的檐式結(jié)構(gòu)的兩層抗蝕劑。在保護(hù)絕緣膜4上涂敷該抗蝕劑，并且形成露出在保護(hù)絕緣膜4中的與電極凹進(jìn)4B對應(yīng)的部分的開口。因此，形成具有開口的抗蝕劑掩模。
[0110]通過使用該抗蝕劑掩模，通過例如蒸鍍法在抗蝕劑掩模上、包括在露出在保護(hù)絕緣膜4中的與電極凹進(jìn)4B對應(yīng)的部分的開口的內(nèi)部沉積例如Ni/Au作為電極材料。Ni的厚度為約30nm，并且Au的厚度為約400nm。通過剝離法移除抗蝕劑掩模以及其上沉積的Ni/Au。因此，形成下部中的電極材料填充電極凹進(jìn)4B的內(nèi)部并且上部騎在保護(hù)絕緣膜4上的柵電極7，使得其沿著柵極長度的橫截面為所謂的懸垂形狀。在柵電極7中，柵極長度為例如約0.5 μ m，并且柵極寬度為例如約400 μ m。
[0111]此后，經(jīng)過多個(gè)步驟，諸如層間絕緣膜的形成，連接至源電極23、漏電極24以及柵電極7的布線的形成，上保護(hù)膜的形成以及露在最上面的表面的連接電極的形成，形成根據(jù)本實(shí)施例的AlGaN/GaN HEMT。
[0112]在本實(shí)施例中，漏電極24在其下表面上具有三級臺階結(jié)構(gòu)，底部表面24a比底部表面24b更加遠(yuǎn)離2DEG，底部表面24b比底部表面24c更加遠(yuǎn)離2DEG。利用該結(jié)構(gòu)，在漏電極24的三個(gè)電極端部24A、24B和24C上出現(xiàn)電場集中。因?yàn)殡妶黾惺怯?DEG的耗盡程度決定的，所以電場集中被分配到三個(gè)電極端部24A、24B和24C從而得到緩和。此外，側(cè)表面24d為錐形形狀，使得側(cè)表面24d的更遠(yuǎn)離柵電極7的部分變得更加接近2DEG，從而更加緩和電場集中。因此，抑制了雪崩效應(yīng)并且防止了漏電極24的擊穿。
[0113]如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，實(shí)現(xiàn)了高可靠性的AlGaN/GaN HEMT，其防止同時(shí)生成電子和空穴的雪崩效應(yīng)以抑制突發(fā)擊穿，并且實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的高耐壓以能夠提高性能和產(chǎn)量。
[0114](第三實(shí)施例)
[0115]在本實(shí)施例中，與第二實(shí)施例一樣，公開了 AlGaN/GaN HEMT的結(jié)構(gòu)和制造方法，但是柵電極和其下層結(jié)構(gòu)與第二實(shí)施例中的不同。注意，將用相同的附圖標(biāo)記表示與第一實(shí)施例和第二實(shí)施例相同的組成構(gòu)件等，并且將省略其詳細(xì)描述。
[0116]圖1lA至圖1lC以及圖12A至圖12C是例示根據(jù)第三實(shí)施例制造AlGaN/GaN HEMT的方法的主要步驟的示意性截面圖。
[0117]首先，如圖1lA所示，在例如作為生長襯底的Si襯底I上形成化合物半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)2。作為生長襯底，可以使用SiC襯底、藍(lán)寶石襯底、GaAs襯底、GaN襯底等代替Si襯底。襯底的導(dǎo)電性可以是半絕緣的或?qū)щ姷摹?br>
[0118]化合物半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)2包括緩沖層2a、電子轉(zhuǎn)移層2b、中間層2c、電子供給層2d、蓋層2e以及P型+導(dǎo)體層2f。
[0119]更詳細(xì)地，通過例如MOVPE法在Si襯底I上生長以下化合物半導(dǎo)體。可以使用MBE法等代替MOVPE法。
[0120]在Si襯底I上順序生長約IOOnm厚度的A1N、約I μ m厚度的i(有意非摻雜)_GaN、約5nm厚度的1-AlGan、Al組成為例如約20%的約30nm厚度的n-AlGaN、約3nm厚度的n_GaN,以及了頁定厚度的p_GaN。由此，形成緩沖層2a、電子轉(zhuǎn)移層2b、中間層2c、電子供給層2d、蓋層2e以及P型半導(dǎo)體層2f。作為緩沖層2a，可以使用AlGaN代替A1N，或者可以通過低溫生長來生長GaN。
[0121]作為AlN的生長條件，使用三甲基鋁(TMA)氣體和氨(NH3)氣體的混合氣體作為源氣體。作為GaN的生長條件，使用三甲基鎵(TMG)氣體和NH3氣體的混合氣體作為源氣體。作為AlGaN的生長條件，使用TMA氣體、TMG氣體和NH3氣體的混合氣體作為源氣體。取決于要生長的化合物半導(dǎo)體層，適當(dāng)?shù)卦O(shè)定是否供給作為Al源的TMA氣體和作為Ga源的TMG氣體，以及其流率。作為共用源的NH3氣體的流率設(shè)定為約IOOccm至約10LM。此外，生長壓力設(shè)定為約50Torr至約300Torr，并且生長溫度設(shè)定為約1000°C至約1200°C。
[0122]為了生長電子供給層2d的n-AlGaN和蓋層2e的n_GaN，例如，以預(yù)定流率向源氣體添加包含例如Si的SiH4氣體作為η型雜質(zhì)，使得AlGaN和GaN摻雜有Si。Si的摻雜濃度設(shè)定為約I X IO1Vcm3至約I X IO2Vcm3,例如設(shè)定為約5 X 1018/cm3。
[0123]為了生長P型半導(dǎo)體層2f(p_GaN)，以預(yù)定流率向源氣體添加包含例如Mg的Cp2Mg氣體作為P型雜質(zhì)，使得GaN摻雜有預(yù)定摻雜濃度的Mg。
[0124]隨后，如圖1lB所示，對P型半導(dǎo)體層2f進(jìn)行處理。
[0125]更詳細(xì)地，在P型半導(dǎo)體層2f上涂敷抗蝕劑。通過光刻法處理該抗蝕劑，由此形成打開有(open)要形成柵電極的區(qū)域的抗蝕劑掩模。
[0126]通過使用該抗蝕劑掩模，對P型半導(dǎo)體層2f進(jìn)行干法蝕刻，直到露出蓋層2e的表面。對于干法蝕刻，例如使用基于氯的蝕刻氣體，諸如Cl2。因此，在蓋層2e上的要形成柵電極的區(qū)域上保留P型半導(dǎo)體層2f。
[0127]通過使用氧等離子體的灰化或者通過使用預(yù)定化學(xué)溶液的潤濕來移除抗蝕劑掩模。
[0128]在電子轉(zhuǎn)移層2b與電子供給層2d (確切地說，中間層2c)的界面附近除位于P型半導(dǎo)體層2f下方并且與P型半導(dǎo)體層2f對齊的區(qū)域外生成作為轉(zhuǎn)移電子的二維電子氣(2DEG)。該2DEG是基于電子轉(zhuǎn)移層2b的化合物半導(dǎo)體(此處為GaN)與電子供給層2d的化合物半導(dǎo)體(此處為AlGaN)之間的晶格常數(shù)差而生成的。在本實(shí)施例中，由于存在P型半導(dǎo)體層2f，所以在P型半導(dǎo)體層2f下方并且與P型半導(dǎo)體層2f對準(zhǔn)的區(qū)域中的2DEG在電源關(guān)斷時(shí)消失。因此，實(shí)現(xiàn)了所謂的常斷操作。
[0129]接著，與第二實(shí)施例一樣，通過與第一實(shí)施例的圖1B相同的步驟形成元件隔離結(jié)構(gòu)3。
[0130]隨后，如圖1lC所示，形成保護(hù)絕緣膜4。
[0131 ] 更詳細(xì)地，通過等離子CVD法、濺射法等在化合物半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)2上沉積約30nm至約500nm，例如約60nm厚度的SiN，以填充元件隔離結(jié)構(gòu)3上的元件隔離凹部2A并且覆蓋P型半導(dǎo)體層2f。因此，形成保護(hù)絕緣膜4。
[0132]隨后，與第二實(shí)施例一樣，執(zhí)行與圖7A至圖9B中相同的步驟。此時(shí)，形成電極材料的一部分填充電極凹進(jìn)4A1和2C1的源電極23，以及電極材料的一部分填充電極凹進(jìn)4A2、2C2和2E的漏電極24。
[0133]隨后，如圖12A所示，在保護(hù)絕緣膜4中形成用于柵電極的電極凹進(jìn)4C。
[0134]更詳細(xì)地，首先，在保護(hù)絕緣膜4的表面上涂敷抗蝕劑。通過光刻法處理該抗蝕齊U，由此在抗蝕劑中形成露出在保護(hù)絕緣膜4的表面中的與P型半導(dǎo)體層2f對應(yīng)的部分的開口。因此，形成具有開口的抗蝕劑掩模。
[0135]通過使用該抗蝕劑掩模，對保護(hù)絕緣膜4進(jìn)行干法蝕刻，直到露出P型半導(dǎo)體層2f的表面為止。因此，在保護(hù)絕緣膜4中形成用于柵電極的電極凹進(jìn)4C。
[0136]通過使用氧等離子體的灰化或者通過使用預(yù)定化學(xué)溶液的潤濕來移除抗蝕劑掩模。
[0137]隨后，如圖12B所示，形成柵電極25。
[0138]更詳細(xì)地，首先，形成用于形成柵電極的抗蝕劑掩模。此處，使用例如適合于蒸鍍法和剝離法的檐式結(jié)構(gòu)的兩層抗蝕劑。在保護(hù)絕緣膜4上涂敷該抗蝕劑，并且形成露出在保護(hù)絕緣膜4中的與電極凹進(jìn)4C對應(yīng)的部分的開口。因此，形成具有開口的抗蝕劑掩模。
[0139]通過使用該抗蝕劑掩模，通過例如蒸鍍法在抗蝕劑掩模上、包括在露出在保護(hù)絕緣膜4中的與電極凹進(jìn)4C對應(yīng)的部分的開口的內(nèi)部沉積例如Ni/Au作為電極材料。Ni的厚度為約30nm，并且Au的厚度為約400nm。通過剝離法移除抗蝕劑掩模以及其上沉積的Ni/Au。由此，形成下部中的電極材料填充電極凹進(jìn)4C的內(nèi)部以與P型半導(dǎo)體層2f的表面接觸并且上部騎在保護(hù)絕緣膜4上的柵電極25，使得其沿著柵極長度的橫截面為所謂的懸垂形狀。在柵電極25中，柵極長度為例如約0.5 μ m,并且柵極寬度為例如約400 μ m。
[0140]此后，經(jīng)過多個(gè)步驟，諸如層間絕緣膜的形成，連接至源電極23、漏電極24以及柵電極25的布線的形成，上部保護(hù)膜的形成以及露在最上面的表面的連接電極的形成，形成根據(jù)本實(shí)施例的AlGaN/GaN HEMT。
[0141]在本實(shí)施例中，漏電極24在其下表面上具有三級臺階結(jié)構(gòu)，底部表面24a比底部表面24b更加遠(yuǎn)離2DEG，底部表面24b比底部表面24c更加遠(yuǎn)離2DEG。利用該結(jié)構(gòu)，在漏電極24的三個(gè)電極端部24A、24B和24C上出現(xiàn)電場集中。因?yàn)殡妶黾惺怯?DEG的耗盡程度決定的，所以電場集中被分配至三個(gè)電極端部24A、24B和24C從而得到緩和。此外，側(cè)表面24b為錐形形狀，使得側(cè)表面24b的更遠(yuǎn)離柵電極25的部分變得更加接近2DEG，從而更加緩和了電場集中。由此，確保抑制了雪崩效應(yīng)，并且防止了漏電極24的擊穿。
[0142]如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，實(shí)現(xiàn)了高可靠性的AlGaN/GaN HEMT，其防止同時(shí)生成電子和空穴的雪崩效應(yīng)以抑制突發(fā)擊穿并且實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的耐高壓以能夠提高性能和產(chǎn)量。
[0143]關(guān)于根據(jù)上述的第一實(shí)施例、第二實(shí)施例以及第三實(shí)施例的AlGaN/GaN HEMT，基于與比較例的對比通過仿真研究了當(dāng)漏極電壓在夾斷狀態(tài)中變化時(shí)漏極電流的變化情況。結(jié)果在圖13中示出。比較例I是圖4中的AlGaN/GaN HEMT，并且比較例2是圖5中的AlGaN/GaN HEMT。
[0144]在比較例1、比較例2中，觀察到:電子和空穴同時(shí)生成，并且在緊挨漏電極的擊穿之前，出現(xiàn)了漏極電壓快速減少的突發(fā)擊穿從而促進(jìn)漏電極的擊穿。另一方面，在第一實(shí)施例、第二實(shí)施例以及第三實(shí)施例中，已經(jīng)證實(shí):抑制了空穴的生成，并且沒有出現(xiàn)突發(fā)擊穿，能夠犾得超過600V的穩(wěn)定的聞耐壓。
[0145](第四實(shí)施例)
[0146]在本實(shí)施例中，公開了應(yīng)用選自第一實(shí)施例至第三實(shí)施例的AlGaN/GaN HEMT中的一種類型的電源電路。
[0147]圖14是例示根據(jù)第四實(shí)施例的電源電路的示意性結(jié)構(gòu)的連接圖。
[0148]根據(jù)本實(shí)施例的電源電路包括高壓一次側(cè)電路31、低壓二次側(cè)電路32以及置于一次側(cè)電路31與二次側(cè)電路32之間的變壓器33。
[0149]一次側(cè)電路31包括AC電源34、所謂的橋式整流電路35以及多個(gè)(此處為4個(gè))開關(guān)元件36a、36b、36c和36d。此外，橋式整流電路具有開關(guān)元件36e。
[0150]二次側(cè)電路32包括多個(gè)(此處為3個(gè))開關(guān)元件37a、37b和37c。[0151]在本實(shí)施例中，一次側(cè)電路31的開關(guān)元件36a、36b、36c、36d和36e均為選自第一實(shí)施例至第三實(shí)施例的AlGaN/GaN HEMT的一種類型。另一方面，二次側(cè)電路32的開關(guān)元件37a、37b和37c均為使用硅的普通的MIS.FET0
[0152]在本實(shí)施例中，將高可靠性的AlGaN/GaN HEMT應(yīng)用于電源電路，該AlGaN/GaNHEMT防止同時(shí)生成電子和空穴的雪崩效應(yīng)以抑制突發(fā)擊穿并且實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的高耐壓以能夠提高性能和產(chǎn)量。因此，實(shí)現(xiàn)了高可靠性的高功率電源電路。
[0153](第五實(shí)施例)
[0154]在本實(shí)施例中，公開了應(yīng)用選自第一實(shí)施例至第三實(shí)施例的AlGaN/GaN HEMT的一種類型的高頻放大器。
[0155]圖15是例示根據(jù)第五實(shí)施例的高頻放大器的示意性結(jié)構(gòu)的連接圖。
[0156]根據(jù)本實(shí)施例的高頻放大器包括數(shù)字預(yù)失真電路41、混頻器42a、42b以及功率放大器43。
[0157]數(shù)字預(yù)失真電路41對輸入信號的非線性失真進(jìn)行補(bǔ)償?；祛l器42a將非線性失真得到補(bǔ)償?shù)妮斎胄盘柵cAC信號進(jìn)行混頻。功率放大器43對與AC信號混頻的輸入信號進(jìn)行放大，并且具有選自第一實(shí)施例至第三實(shí)施例的AlGaN/GaN HEMT的一種類型。在圖15中，通過例如開關(guān)的改變，可以通過混頻器42b將輸出側(cè)信號與AC信號進(jìn)行混頻，并且可以將結(jié)果發(fā)送至數(shù)字預(yù)失真電路41。
[0158]在本實(shí)施例中，將高可靠性的AlGaN/GaN HEMT應(yīng)用于高頻放大器，該AlGaN/GaNHEMT防止同時(shí)生成電子和空穴的雪崩效應(yīng)以抑制突發(fā)擊穿并且實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的高耐壓以能夠提聞性能和廣量。因此，實(shí)現(xiàn)了聞可罪性的耐聞壓的聞?lì)l放大器。
[0159](其它實(shí)施例)
[0160]在第一實(shí)施例至第五實(shí)施例中，例示了 AlGaN/GaN HEMT作為化合物半導(dǎo)體器件。作為化合物半導(dǎo)體器件，除了 AlGaN/GaN HEMT以外，本發(fā)明適用于以下HEMT。
[0161 ] ——其它HEMT的例子I
[0162]在本例子中，公開了 InAlN/GaN HEMT作為化合物半導(dǎo)體器件。
[0163]InAlN和GaN是其晶格常數(shù)能夠通過其組成而彼此接近的化合物半導(dǎo)體。在這種情況下，在上述第一實(shí)施例至第五實(shí)施例中，由1-GaN制成電子轉(zhuǎn)移層、由1-1nAIN制成中間層、由η-ΙηΑ1Ν制成電子供給層，并且由n_GaN形成蓋層。此外，在這樣的情況下，幾乎不發(fā)生壓電極化，所以主要通過InAlN的自發(fā)極化來生成二維電子氣。
[0164]根據(jù)例子，類似于上述AlGaN/GaN HEMT，實(shí)現(xiàn)了高可靠性的耐高壓的InAlN/GaNHEMT，其防止同時(shí)生成電子和空穴的雪崩效應(yīng)以抑制突發(fā)擊穿并且實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的高耐壓以能夠提高性能和產(chǎn)量。
[0165]——其它HEMT的例子2
[0166]在本例子中，公開了 InAlGaN/GaN HEMT作為化合物半導(dǎo)體器件。
[0167]GaN和InAlGaN是如下的化合物半導(dǎo)體:其能夠通過其組成來使InAlGaN的晶格常數(shù)變得比GaN的晶格常數(shù)小。在這種情況下，在上述第一實(shí)施例至第五實(shí)施例中，由1-GaN制成電子轉(zhuǎn)移層、由1-1nAlGaN制成中間層、由n-1nAlGaN制成電子供給層以及由n-GaN形成蓋層。
[0168]根據(jù)本例子，類似于上述AlGaN/GaN HEMT，實(shí)現(xiàn)了高可靠性的和耐高壓的InAlN/GaN HEMT，其防止同時(shí)生成電子和空穴的雪崩效應(yīng)以抑制突發(fā)擊穿并且實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的高耐壓以能夠提高性能和產(chǎn)量。
[0169]根據(jù)上述各種實(shí)施例，實(shí)現(xiàn)了高可靠性的化合物半導(dǎo)體器件，其防止同時(shí)生成電子和空穴的雪崩效應(yīng)以抑制突發(fā)擊穿并且實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的高耐壓以能夠提高性能和產(chǎn)量。
【權(quán)利要求】
1.一種化合物半導(dǎo)體器件，包括: 化合物半導(dǎo)體層；以及 形成在所述化合物半導(dǎo)體層上側(cè)上的電極對， 其中，所述電極對中的一個(gè)電極在與所述化合物半導(dǎo)體層的接觸表面中具有沿著轉(zhuǎn)移電子的多個(gè)底部表面，并且所述多個(gè)底部表面位于距所述轉(zhuǎn)移電子不同距離處，越接近所述電極對中的另一電極的所述底部表面越遠(yuǎn)離所述轉(zhuǎn)移電子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體器件，其中，在所述電極對中的所述一個(gè)電極中，與所述接觸表面中的所述底部表面中預(yù)定的鄰近的兩個(gè)底部表面接合的側(cè)表面為錐形形狀，所述側(cè)表面越遠(yuǎn)離所述電極對中的所述另一電極的部分越接近所述轉(zhuǎn)移電子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的化合物半導(dǎo)體器件，還包括: 覆蓋所述化合物半導(dǎo)體層的保護(hù)絕緣膜， 其中，在所述電極對中的所述一個(gè)電極中，在與所述保護(hù)絕緣膜的接觸側(cè)表面中接近所述電極對中的所述另一電極的接觸側(cè)表面被接合到所述底部表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的化合物半導(dǎo)體器件，其中， 所述化合物半導(dǎo)體層具有其中生成所述轉(zhuǎn)移電子的電子轉(zhuǎn)移層和形成在所述電子轉(zhuǎn)移層上方的電子供給層，并且 所述電極對與所述電子供給層接觸，而不與所述電子轉(zhuǎn)移層接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的化合物`半導(dǎo)體器件，還包括: 形成在所述化合物半導(dǎo)體層上方、所述電極對之間的另一電極；以及 形成在所述化合物半導(dǎo)體層與所述另一電極之間的P型半導(dǎo)體層。
6.一種制造化合物半導(dǎo)體器件的方法，包括: 形成化合物半導(dǎo)體層；以及 在所述化合物半導(dǎo)體層上側(cè)上形成電極對， 其中，所述電極對中的一個(gè)電極在與所述化合物半導(dǎo)體層的接觸表面中具有沿著轉(zhuǎn)移電子的多個(gè)底部表面，并且所述多個(gè)底部表面位于距所述轉(zhuǎn)移電子不同距離處，越接近所述電極對中的另一電極的所述底部表面越遠(yuǎn)離所述轉(zhuǎn)移電子。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造化合物半導(dǎo)體器件的方法，其中，在所述電極對中的所述一個(gè)電極中，與所述接觸表面中的所述底部表面中預(yù)定的鄰近的兩個(gè)底部表面接合的側(cè)表面為錐形形狀，所述側(cè)表面越遠(yuǎn)離所述電極對中的所述另一電極的部分越接近所述轉(zhuǎn)移電子。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的制造化合物半導(dǎo)體器件的方法，還包括: 形成覆蓋所述化合物半導(dǎo)體層的保護(hù)絕緣膜， 其中，在所述電極對中的所述一個(gè)電極中，在與所述保護(hù)絕緣膜的接觸側(cè)表面中接近所述電極對中的所述另一電極的接觸側(cè)表面被接合到所述底部表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的制造化合物半導(dǎo)體器件的方法，其中， 所述化合物半導(dǎo)體層具有其中生成所述轉(zhuǎn)移電子的電子轉(zhuǎn)移層和形成在所述電子轉(zhuǎn)移層上方的電子供給層，并且 所述電極對與所述電子供給層接觸，而不與所述電子轉(zhuǎn)移層接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的制造化合物半導(dǎo)體器件的方法，還包括:形成在所述化合物半導(dǎo)體層上方、所述電極對之間的另一電極；以及形成在所述化合物半導(dǎo)體 層與所述另一電極之間的P型半導(dǎo)體層。
【文檔編號】H01L29/778GK103715253SQ201310459388
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月28日
【發(fā)明者】吉川俊英, 溫井健司 申請人:富士通株式會社, 富士通半導(dǎo)體股份有限公司