具有埋置場板的高電子遷移率晶體管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及化合物半導(dǎo)體晶體管，并且更具體地涉及具有埋置場板的基于III族氮化物的高電子迀移率晶體管。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體晶體管，尤其是場效應(yīng)控制型開關(guān)器件，諸如MISFET(金屬絕緣體半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)(其在下文中也被稱作MOSFET (金屬氧化物場效應(yīng)晶體管))和HEMT (高電子迀移率晶體管)(其也被稱作異質(zhì)結(jié)構(gòu)FET(HFET)和調(diào)制摻雜型FET(MODFET)，已經(jīng)被作為開關(guān)用于各種應(yīng)用，例如，包括但并不局限于被用于電源和功率轉(zhuǎn)換器、電動汽車、空調(diào)以及被用于消費類電子產(chǎn)品。
[0003]HEMT是具有在帶隙不同的兩種材料諸如GaN和AlGaN之間結(jié)的場效應(yīng)晶體管。在基于GaN/AlGaN的HEMT中，在AlGaN勢皇層和GaN緩沖層之間的界面處出現(xiàn)二維電子氣(2DEG)。該2DEG形成諸如MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)中的溝道而不是摻雜區(qū)。類似地原則可以被用來選擇形成作為器件溝道的二維空穴氣(2DHG)的緩沖和勢皇層。在沒有進一步測量的情況下，這樣的構(gòu)造導(dǎo)致了自導(dǎo)通的(即在常通的)晶體管。也就是說，HEMT在沒有正向柵極電壓的情況下是導(dǎo)通的。
[0004]諸如HEMT之類的晶體管的一種令人期望的屬性是高的擊穿電壓。例如，升高的擊穿電壓允許晶體管應(yīng)對與功率開關(guān)應(yīng)用相關(guān)聯(lián)的更大電壓。為此，常規(guī)的常通的基于GaN的HEMT通常利用連接至源極端子的頂部場板以便降低器件內(nèi)的電場峰值，這進而增大了器件的擊穿電壓。該頂部金屬場板布置在柵極電極上方，并且通過電介質(zhì)材料而與柵極電極絕緣。該頂部金屬場板通過引導(dǎo)電場線遠(yuǎn)離柵極邊緣而增大晶體管的擊穿電壓。然而，該頂側(cè)金屬場板的效用由于該場板無法放置在非常接近于柵極電極最易于受到影響的區(qū)域而受到限制。期望通過以降低最大電場峰值并且提升器件的擊穿強度的方式對電場進行整形，而具有使得GaN HEMT的擊穿強度有所提高的更為有效的場板。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]公開了一種形成高電子迀移率場效應(yīng)晶體管的方法。根據(jù)一個實施例，該方法包括形成緩沖區(qū)，該緩沖區(qū)具有臺階狀橫向剖面以及布置于其中的埋置場板。該臺階狀橫向剖面包括該緩沖區(qū)的第一、第二和第三橫截面。該第一橫截面比第三橫截面更厚并且包括該埋置場板。該第二橫截面夾置在該第一和第三橫截面之間并且與該第一和第三橫截面形成傾斜角度。該方法進一步包括沿該緩沖區(qū)的臺階狀橫向剖面形成勢皇區(qū)。該勢皇區(qū)通過該緩沖區(qū)的一部分而與該埋置場板隔開。該緩沖區(qū)由第一半導(dǎo)體材料形成并且該勢皇區(qū)由第二半導(dǎo)體材料形成。該第一和第二半導(dǎo)體材料具有不同帶隙而使得在該緩沖區(qū)和勢皇區(qū)之間的界面處由于壓電效應(yīng)而出現(xiàn)包括二維電荷載流子氣的導(dǎo)電溝道。
[0006]根據(jù)另一個實施例，該方法包括形成緩沖區(qū)，其包括形成臺階狀橫向剖面的第一、第二和第三橫截面。該第一橫截面比第三橫截面更厚并且包括布置于其中的埋置場板。該第二橫截面夾置在該第一和第三橫截面之間并且與該第一和第三橫截面形成傾斜角度。該方法進一步包括沿該緩沖區(qū)的臺階狀橫向剖面形成基本上均勻厚度的勢皇區(qū)。該勢皇區(qū)通過該緩沖區(qū)的一部分而與該埋置場板隔開。該緩沖區(qū)由氮化鎵形成并且該勢皇區(qū)由氮化鋁鎵形成而使得在該勢皇區(qū)和緩沖區(qū)之間的界面附近沿該臺階狀橫向剖面形成二維電子氣。
[0007]公開了一種高電子迀移率半導(dǎo)體器件。根據(jù)一個實施例，該器件包括具有形成臺階狀橫向剖面的第一、第二和第三橫截面。該第一橫截面比第三橫截面更厚并且包括布置于其中的埋置場板。該第二橫截面夾置在該第一和第三橫截面之間并且與該第一和第三橫截面形成傾斜角度。該器件進一步包括沿該緩沖區(qū)的臺階狀橫向剖面延伸的基本上均勻厚度的勢皇區(qū)。該勢皇區(qū)通過該緩沖區(qū)的一部分而與該埋置場板隔開。該緩沖區(qū)包括第一半導(dǎo)體材料并且該勢皇區(qū)包括第二半導(dǎo)體材料。該第一和第二半導(dǎo)體材料具有不同帶隙而使得在該緩沖區(qū)和勢皇區(qū)之間的界面處由于壓電效應(yīng)而出現(xiàn)具有二維電荷載流子氣的導(dǎo)電溝道。
[0008]本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀以下詳細(xì)描述以及觀看附圖時將會意識到另外的特征和優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0009]附圖的要素并非必然相對于彼此依比例繪制。同樣的附圖標(biāo)記指代相對應(yīng)的相似部分。除非各個所圖示實施例的特征互相排斥，否則它們能夠進行組合。實施例在附圖中進行繪制并且在隨后的描述中進行詳細(xì)描述。
[0010]圖1包括圖1A至圖1B，描繪了根據(jù)一個實施例的具有埋置層的緩沖區(qū)。
[0011]圖2描繪了根據(jù)一個實施例的圖1的緩沖區(qū)中的臺階狀橫向剖面的形成。
[0012]圖3描繪了根據(jù)一個實施例的緩沖材料的絕緣層沿臺階狀橫向剖面的形成。
[0013]圖4描繪了根據(jù)一個實施例的勢皇區(qū)沿緩沖材料的絕緣層的形成以形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
[0014]圖5描繪了根據(jù)一個實施例的在圖4的異質(zhì)結(jié)構(gòu)中形成導(dǎo)電電極的方法。
[0015]圖6描繪了根據(jù)一個實施例的對在緩沖區(qū)內(nèi)形成的材料的選擇性蝕刻以形成埋置場板溝槽。
[0016]圖7描繪了根據(jù)一個實施例的利用導(dǎo)電材料填充埋置場板溝槽。
[0017]圖8包括圖8A至圖8B，描繪了根據(jù)一個實施例的具有臺階狀橫向剖面的高電子迀移率場效應(yīng)晶體管。
[0018]圖9描繪了根據(jù)另一個實施例的具有臺階狀橫向剖面的高電子迀移率場效應(yīng)晶體管。
[0019]圖10描繪了根據(jù)另一個實施例的具有臺階狀橫向剖面的高電子迀移率場效應(yīng)晶體管。
【具體實施方式】
[0020]術(shù)語HEMT通常也被稱作HFET(異質(zhì)結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管)、M0DFET(調(diào)制摻雜型FET)和MESFET (金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)。術(shù)語HEMT、HFET、MESFET和M0DFET在這里可互換地使用以指代任意的結(jié)合有具有不同帶隙的兩種材料之間的結(jié)(即，異質(zhì)結(jié))作為溝道的基于III族氮化物的化合物半導(dǎo)體晶體管。例如，GaN可以與AlGaN或InGaN進行組合一形成作為溝道的電子氣反型區(qū)?；衔锇雽?dǎo)體器件可以具有AlInN/AlN/GaN勢皇/間隔/緩沖層結(jié)構(gòu)?？傮w上，常斷的化合物半導(dǎo)體晶體管可以使用允許由于壓電效應(yīng)而形成反向極性的反型區(qū)的任意適當(dāng)III族氮化物技術(shù)來實現(xiàn)，諸如GaN技術(shù)。
[0021]特別是關(guān)于GaN技術(shù)，基于GaN的異質(zhì)結(jié)構(gòu)主體中由于壓電效應(yīng)而存在的極化電荷和應(yīng)變效應(yīng)而在該異質(zhì)結(jié)構(gòu)主體中產(chǎn)生二維電荷載流子氣，該二維電荷載流子氣以非常高的勢皇密度和載流子迀移率為特征。諸如2DEG(二維電子氣)或2DHG(二維空穴氣)之類的該二維電荷載流子氣，在例如GaN合金勢皇區(qū)和GaN緩沖區(qū)之間的界面附近形成HEMT的傳導(dǎo)溝道。例如lnm-2nm的薄的A1N層能夠被設(shè)置在GaN緩沖區(qū)和GaN合金勢皇區(qū)之間，而使得合金散射最小化并且提升2DEG的迀移率。以廣義來講，這里所描述的化合物半導(dǎo)體晶體管能夠由任何二元、三元、四元III族氮化物化合物半導(dǎo)體材料所形成，其中壓電效應(yīng)作為器件構(gòu)想的基礎(chǔ)。
[0022]這里所描述的實施例提供了一種高電子迀移率場效應(yīng)晶體管以及形成所述器件的相對應(yīng)方法。該高電子迀移率場效應(yīng)晶體管包括具有臺階狀橫向剖面的緩沖區(qū)。也就是說，該緩沖器包括以逐漸的傾斜分隔開來的較厚和較薄的橫截面。緩沖區(qū)沿該臺階狀橫向剖面的橫向表面具有傾斜的(即，非正交的)角度。該橫向表面沿該臺階狀橫向剖面被基本上均勻厚度的緩沖區(qū)所覆蓋。該緩沖區(qū)和勢皇區(qū)由具有不同帶隙的兩種半導(dǎo)體材料(例如，GaN和AlGaN)所形成，而使得在勢皇區(qū)和緩沖區(qū)的界面附近形成二維電荷載流子氣。由于該傾斜角度，該二維電荷載流子氣在從較厚向較薄的橫截面的過渡中基本上并不出現(xiàn)中斷。因此，沿該臺階狀橫向剖面延伸的二維電荷載流子氣形成了該器件的能夠由柵極結(jié)構(gòu)進行控制的導(dǎo)電溝道。
[0023]有利的是，這里所描述的方法和器件允許:在緩沖區(qū)的較厚的橫截面中、在形成于勢皇區(qū)上的柵極電極正下方以及與之接近處，形成埋置場板。根據(jù)一個實施例，該埋置場板通過在緩沖區(qū)中設(shè)置埋置摻雜層而形成。該緩沖區(qū)被蝕刻而形成臺階狀橫向剖面，并且該埋置參雜層的一部分因此被蝕刻掉。隨后，再生