專利名稱：化合物半導(dǎo)體器件、制造器件的方法和電氣器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該公開涉及化合物半導(dǎo)體器件、制造器件的方法和電氣器件。
背景技術(shù)：
以高飽和電子速率、寬帶隙等為特征的氮化物半導(dǎo)體器件可用作高壓和高輸出半導(dǎo)體器件。氮化物半導(dǎo)體器件可包括場效應(yīng)晶體管和高電子遷移率晶體管(HEMTs)，例如，包括GaN電子傳輸層的AlGaN/GaNHEMT，并且也可包括AlGaN電子供給層。AlGaN/GaN HEMT的AlGaN可承受因GaN與AlGaN之間晶格常數(shù)差造成的畸變。高濃度的二維電子氣(2DEG)可基于AlGaN的壓電極化和自發(fā)極化而獲得。GaN的帶隙可為3. 4eV，其大于Si的帶隙(I. IeV)或GaAs的帶隙(I. 4eV)，并且GaN可具有高擊穿電場強(qiáng)度。由于GaN具有高飽和電子速率，所以GaN可用在用于在高壓下操作的高輸出電源的半導(dǎo)體器件中。氮化物半導(dǎo)體器件可用在用于電動車輛的高效開關(guān)元件、高電壓高輸出器件等當(dāng)中。例如，日本特許公開專利公報No. 2000-252299中公開了相關(guān)技術(shù)。當(dāng)?shù)锇雽?dǎo)體器件用在電源中時，氮化物半導(dǎo)體器件可配置為具有低損耗和高擊穿電壓的常閉(增強(qiáng)型)器件，其中當(dāng)柵電壓斷開時，電流不流動。例如，在常閉模式中在高擊穿電壓下操作的HEMT可為包括柵電極下方的柵極絕緣膜的金屬絕緣體半導(dǎo)體(MIS)型。柵極部分的電子供給層或電子傳輸層具有通過蝕刻形成的電極溝槽，以增大閾值。柵電極嵌入電極溝槽中，并且可減少電子傳輸層(柵極凹陷結(jié)構(gòu))中電子的數(shù)目。電場集中可發(fā)生在MIS型HEMT的柵電極的一個端部中，并且電流崩塌特性可退化。柵極凹陷結(jié)構(gòu)中，電場集中可能日益增多，并且電流崩塌特性可能退化。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)實施方案的一個方面，化合物半導(dǎo)體器件包括化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)；化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)上的柵極絕緣膜；和柵電極，其中所述柵電極包括在所述柵極絕緣膜上的柵極基部和柵極傘部，并且所述柵極傘部的表面包括與化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)的肖特
基接觸。提供一種化合物半導(dǎo)體器件，其包括具有良好電流崩塌特性、器件效率和擊穿電壓的常閉模式MIS型器件，以及用于制造化合物半導(dǎo)體器件的方法。本發(fā)明的額外有點和新穎特征部分上將在隨后的具體實施方式
部分得以闡述，并且部分在查閱下文時或在通過實踐本發(fā)明的學(xué)習(xí)中，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得更明顯。



圖IA至IH示出用于制造化合物半導(dǎo)體器件的一個示例性方法。圖2A 示出一個示例性 MIS 型 AlGaN/GaN HEMT。圖2B是柵電極與漏電極之間的距離(G-D距離)與電流崩塌率之間的示例性關(guān)系。圖3示出一個示例性肖特基型AlGaN/GaN HEMT。圖3B是柵電極與漏電極之間的距離與電流崩塌率之間的示例性關(guān)系。圖4A至4G示出一種用于制造化合物半導(dǎo)體器件的示例性方法。圖5示出一種示例性化合物半導(dǎo)體器件。圖6示出一種示例性化合物半導(dǎo)體器件。
圖7示出一種示例性電源器件。圖8示出一種示例性高頻放大器。
具體實施例方式化合物半導(dǎo)體器件可為MIS型AlGaN/GaN HEMT。在附圖中，相對尺寸和厚度可能不是精確示出的。圖IA至IH示出一種用于制造化合物半導(dǎo)體器件的示例性方法。如圖IA至IH中所制造的化合物半導(dǎo)體器件可為MIS型AlGaN/GaNHEMT。參考圖1A，化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)2形成在例如用作沉積襯底的半絕緣SiC襯底I上?；衔锇雽?dǎo)體多層結(jié)構(gòu)2可包括緩沖層2a、電子傳輸層2b、中間層2c、電子供給層2d和帽層2e。二維電子氣體(2DEG)可在電子傳輸層2b與電子供給層2d之間的界面，例如中間層2c附近產(chǎn)生。在附圖中，2DEG用虛線表示?；衔锇雽?dǎo)體層可通過，例如金屬有機(jī)物氣相外延(MOVPE)形成在SiC襯底上?；蛘撸衔锇雽?dǎo)體層可通過分子束外延(MBE)等來形成。緩沖層2a、電子傳輸層2b、中間層2c、電子供給層2d和帽層2e堆疊在SiC襯底I上。這些層可連續(xù)堆疊。緩沖層2a可包括A1N。電子傳輸層2b可包括有意不摻雜的GaN(i-GaN)。中間層2c可包括i_AlGaN。電子供給層2d可包括n_AlGaN。帽層2e可包括三層的化合物半導(dǎo)體,如n-GaN2ei、AlN2e2和n_GaN2e3。緩沖層2a的厚度可為約0. I ii m。電子傳輸層2b的厚度可為約3 ii m。中間層2c的厚度可為約5nm。電子供給層2d的厚度可為約20nm。每層中Al比率例如可為約0. 2到約0. 3。帽層2e中n-GaN2ei的厚度可為約2nm至3nm。帽層2e中AlN2e2的厚度可為約2nm至3nm。帽層2e中n_GaN2e3的厚度可為約5nm。包含三甲基鋁氣體、三甲基鎵氣體、氨氣的混合氣體可用作用于形成AIN、GaN和AlGaN的源氣體。是否供給三甲基鋁氣體(即Al源氣體)或三甲基鎵氣體(即Ga源氣體)以及供給的氣體流量可取決于待形成的化合物半導(dǎo)體層的類型來充分設(shè)置。氨氣(其為共用原材料)的流量可為約IOOccm到10LM。沉積壓力可為約50托到300托。沉積溫度可為約 1000。。到 1200。。。包括硅作為n-型雜質(zhì)的氣體如SiH4氣體可以以一定流量添加到源氣體，以形成n-型、Si-摻雜的GaN和AlGaN0 Si摻雜濃度可為約I X IO1Vcm3到約I X IO2Vcm3,并且可以為例如約5 X IO1Vcm3?，F(xiàn)在參考圖1B，形成元件隔離結(jié)構(gòu)3。例如，可將氬(Ar)摻雜到化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)2的元件隔離區(qū)域中。元件隔離結(jié)構(gòu)3形成在SiC襯底I的表面層部分和化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)2中。元件隔離結(jié)構(gòu)3限定化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)2上的有源區(qū)域，如元件區(qū)域。元件隔離結(jié)構(gòu)3可通過例如淺溝道隔離(STI)法來形成。參考圖1C，形成源電極4和漏電極5。電極溝槽2A和2B形成在其中待形成源電極4和漏電極5的化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)2的帽層2e中。電極溝槽2A和2B可穿透帽層2e并到達(dá)下方的層。例如，可形成穿透帽層2e、電子供給層2d和中間層2c，并到達(dá)電子傳輸層2b的表面層部分的電極溝槽2A和2B。在與化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)2上待形成源電極和漏電極的位置相對應(yīng)位置處形成具有開口的抗蝕劑掩模。使用抗蝕劑掩模來干蝕刻帽層2e，直到暴露出電子供給層2d的表面的一部分。結(jié)果，形成電極溝槽2A和2B。諸如Ar的惰性氣體和諸如Cl2的氯氣等可用作蝕刻氣體。Cl2的流量可為例如30sccm，壓力可為2Pa，并且RF輸入功率可為20W。例如可使用Ti/Al作為電極材料?？赏ㄟ^使用具有適合于氣相沉積法和剝離法的 傘狀結(jié)構(gòu)的兩層抗蝕劑來形成電極。抗蝕劑施加到化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)2，并且形成用于打開電極溝槽2A和2B的抗蝕劑掩模。使用抗蝕劑掩模來沉積Ti/Al。Ti的厚度可為約20nm并且Al的厚度可為約200nm。通過剝離法移除具有傘狀結(jié)構(gòu)的抗蝕劑掩模和沉積在抗蝕劑掩模上的Ti/Al。例如，在約550°C在氮氣氛中熱處理SiC襯底1，并且剩余的Ti/Al與電子供給層2d形成歐姆接觸。結(jié)果，形成源電極4和漏電極5，同時以下部的Ti/Al填充電極溝槽2A和2B?，F(xiàn)在參考圖1D，電極溝槽2C形成在化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)中待形成柵電極的位置。在圖ID至IF中，可從圖中略去元件隔離結(jié)構(gòu)3。帽層2e中待形成柵電極的位置通過光刻與干蝕刻來處理。諸如Ar的惰性氣體和諸如Cl2的氯氣用作蝕刻氣體。Cl2的流量可為例如30SCCm，壓力可為2Pa，并且RF輸入功率可為20W。使電子供給層2d的表面的一部分暴露的電極溝槽2C形成在帽層2e上待形成柵電極的位置中。電極溝槽2C可形成在從源電極4與漏電極5之間的中心位置處源電極4的一側(cè)。柵電極的電極溝槽可形成在帽層2e的表面層中，而不穿透帽層2e，或者穿透帽層2e并到達(dá)下方的層。例如，可形成穿透帽層2e并到達(dá)電子供給層2d的表面層部分的電極溝槽。參考圖1E，形成柵極絕緣膜6。柵極絕緣膜6通過將絕緣材料如Al2O3沉積在化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)2上來形成，絕緣材料覆蓋電極溝槽2C的內(nèi)壁表面。Al2O3例如通過原子層沉積(ALD)來沉積。Al2O3的厚度可為約5nm至約lOOnm，如約40nm。Al2O3的沉積可通過化學(xué)氣相沉積(CVD)等來實施。例如，可沉積Al的氮化物或氮氧化物，硅(Si)的氧化物、氮化物或氮氧化物，或者鉿(Hf)的氧化物、氮化物或氮氧化物來代替Al2O315可堆疊選自這些材料的兩種或更多種材料來形成多層?xùn)艠O絕緣膜。參考圖1F，抗蝕劑掩模11形成在柵極絕緣膜6上。施加抗蝕劑到柵極絕緣膜6并通過光刻來處理。結(jié)果，在柵極絕緣膜6上形成具有開口 Ila的抗蝕劑掩模11。開口 Ila可形成為長溝槽，其使柵極絕緣膜6中電極溝槽2C的漏電極5側(cè)邊沿部分沿待形成的柵電極的縱向方向(例如，與柵極長方向正交的方向)暴露。參考圖1G，在柵極絕緣膜6中形成開口 6a。使用抗蝕劑掩模11干蝕刻柵極絕緣膜6。在抗蝕劑掩模11的開口 Ila中暴露的柵極絕緣膜6的一部分被移除，并且結(jié)果在柵極絕緣膜6中形成開口 6a。開口 6a可形成為長溝槽，其使帽層2e中電極溝槽2C的漏電極5側(cè)邊沿部分沿待形成的柵電極的縱向暴露。開口 Ila的長度可與電極溝槽2C在其縱向上的長度基本上相同。耗盡層可在柵電極的縱向上每個部分的橫向方向擴(kuò)展，并且器件效率和耐電壓可以改善。抗蝕劑掩模11可通過灰化等來去除?，F(xiàn)在參考圖1H，形成柵電極7。下層抗蝕劑如由美國MicroChem Corp.生產(chǎn)的PMGI,以及上層抗蝕劑如由Sumitomo Chemical Co. ,Ltd.生產(chǎn)的PFI32-A8,通過旋涂施加到柵極絕緣膜6。實施紫外光曝光以在上層抗蝕劑中形成具有約0. 8 y m的光點大小的開口。下層抗蝕劑層通過使用上層抗蝕劑作為掩模以堿性顯影液來濕蝕刻。通過使用上層抗蝕劑和下層抗蝕劑作為掩模，將柵極金屬氣相沉積在包括開口內(nèi)側(cè)的整個表面上。例如，可氣相沉積具有約IOnm厚度的Ni和具有約300nm厚度的Au。用加熱的有機(jī)溶劑實施剝離，結(jié)果去除下層抗蝕劑、上層抗蝕劑和上層抗蝕劑上的柵極金屬。結(jié)果，通過經(jīng)由柵極絕緣膜6利用柵極金屬的一部分填充電極溝槽2C來形成柵電極7。柵電極7包括對應(yīng)于其中用柵極金屬掩埋電極溝槽2C的位置的柵極基部7a和形成在柵極基部7a上的柵極傘部7b，并且具有在柵長度方向(柵寬度方向)比柵極基部7a寬的寬度。柵極基部7a與柵極傘部7b之間的邊界用虛線表示。在柵極絕緣膜6的開口 6a中，柵極傘部7b的漏電極5側(cè)下表面，如漏極側(cè)下表面7A與化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)2的帽層2e形成直接接觸，例如肖特基接觸。AlGaN/GaN HEMT可采用MIS型結(jié)構(gòu)，并在一些部分采用肖特基型結(jié)構(gòu)。例如，柵極絕緣膜6形成在化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)2與柵極傘部7b和柵極基部7a源電極4側(cè)下表面之間以形成MIS型結(jié)構(gòu)。柵極傘部7b的漏電極側(cè)下表面7A與化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)2為直接接觸以形成肖特基型結(jié)構(gòu)。在形成保護(hù)性膜之后，可以在柵電極7與源電極4之間以及柵電極7與漏電極5之間形成接觸。結(jié)果，可形成MIS型AlGaN/GaN HEMT。圖2A示出示例性MIS型AlGaN/GaN HEMT。圖2B是柵電極和漏電極之間的距離與電流崩塌率之間的示例性關(guān)系。圖2B中示出的柵電極和漏電極可為圖2A中的HEMT的柵電極和漏電極。距離的單位可為Pm，并且電流崩塌率的單位可為％。圖3A示出示例性的肖特基-型AlGaN/GaN HEMT。圖3B是柵電極和漏電極之間的距離與電流崩塌率之間的示例性關(guān)系。圖3B中示出的柵電極和漏電極可為圖3A中的HEMT的柵電極和漏電極。距離的單位可為Pm，并且電流崩塌率的單位可為％。在圖2A和3A中，示出了襯底的上部分的結(jié)構(gòu)并且可不示出元件隔離結(jié)構(gòu)。圖 2A和3A中的化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)101各自包括包含i-GaN的電子傳輸層101a、包含i-AlGaN的中間層101b、包含n_AlGaN的電子供給層IOlc以及包含順序堆疊的n_GaN、AlN和n-GaN的帽層101d。源電極102和漏電極103也有示出。圖2A中，示出了通過掩埋經(jīng)由柵極絕緣膜105形成在帽層IOld中的電極溝槽104形成的電極溝槽104。圖3A中，示出了通過掩埋電極溝槽104并與電子供給層IOlc形成肖特基接觸而形成的柵電極106。圖3A中，形成覆蓋帽層IOld的保護(hù)性膜107。柵電極106與漏電極103之間的距離(G-D距離)可為圖中所示的電極溝槽104的邊沿部分與漏電極103的邊沿部分之間的距離d。參考圖2B，MIS型AlGaN/GaN HEMT的電流崩塌率隨著G-D距離的增加而減小。電流崩塌的影響可因G-D距離增加而變得更強(qiáng)。例如，漏極電流的跨導(dǎo)(gm)(如漏極電流的堵塞)可得以減小。參考圖3B，肖特基型AlGaN/GaN HEMT的電流崩塌率隨G-D距離而增加。電流崩塌的影響可因G-d距離增加而變得更弱。例如漏極電流的堵塞可得以減小。當(dāng)在柵電極與漏電極之間的柵電極的邊沿部分發(fā)生電場集中時，在位于化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)以及絕緣體如柵極絕緣膜的內(nèi)側(cè)和表面中的生成陷阱，例如，缺陷。由于電子陷獲在這些缺陷中，所以可發(fā)生電流崩塌，即漏極電流減小的現(xiàn)象。圖2A中示出的MIS型AlGaN/GaN HEMT的耗盡層的形狀幾乎不取決于G-D距離，并且耗盡層可直接處于柵電極106下面。耗盡層可僅處于柵電極106正下方的部分中。隨著G-D距離增加，處于柵電極和漏電極之間的陷阱數(shù)目可增加，并且陷阱中捕獲的電子的總數(shù)目可增加。因此，漏極電流的堵塞可增加。MIS型AlGaN/GaN HEMT中，在柵電極的邊沿部分中的電場集中可隨著G-D距離減小而增強(qiáng)。圖3B中示出的肖特基型AlGaN/GaN HEMT的耗盡層的形狀可根據(jù)G-D距離而在橫向如水平方向擴(kuò)展和收縮。耗盡層可隨著G-D距離增加而在柵電極和漏電極之間在橫向擴(kuò)展。耗盡層在柵電極和漏電極之間的擴(kuò)展可增加耗盡層中包括的陷阱的數(shù)目。耗盡層中包括的陷阱可不捕獲電子。隨著G-D距離增加，擴(kuò)展的耗盡層中包括的陷阱的數(shù)目可變得比處于柵電極和漏電極之間的陷阱的數(shù)目更多。因此，被陷阱捕獲的電子的總數(shù)目可減小，并且漏極電流的堵塞可以減少。
由于在可靠地維持高閾值的同時維持MIS型結(jié)構(gòu)，并在一些部分采用肖特基型結(jié)構(gòu)，所以漏極電流的堵塞可得以減小。參考圖1H，開口 6a形成在柵極絕緣膜6中，以形成柵電極7。提供具有MIS型結(jié)構(gòu)、增加到柵電極7的漏極側(cè)的肖特基型結(jié)構(gòu)以及良好器件效率和擊穿電壓的AlGaN/GaN HEMT。參考圖1H，柵電極7形成在遠(yuǎn)離源電極4與漏電極5之間中心位置的源電極4側(cè)位置，例如遠(yuǎn)離漏電極5的位置。因此，G-D距離得以可靠地維持，并且漏極電流的堵塞可得以減小。提供適合于常閉模式并具有改善的電流崩塌特性、良好的器件效率和良好的擊穿電壓的 MIS 型 AlGaN/GaN HEMT。減輕柵電極處電場集中的介電結(jié)構(gòu)可添加到圖IH中示出的MIS型AlGaN/GaNHEMT。圖4A到4G示出用于制造化合物半導(dǎo)體器件的示例性方法。MIS型AlGaN/GaN HEMT可通過圖4A到4G中示出的方法來制造。圖4A到4G中，可省略元件隔離結(jié)構(gòu)3。參考圖4A，介電溝槽2D形成在化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)2中。例如，通過光刻和干蝕刻來處理其中待形成柵電極的位置以及待形成漏電極的位置之間的帽層2e中的位置。諸如Ar的惰性氣體和諸如C12的氯氣可用作蝕刻氣體。Cl2的流量可為例如30SCCm，壓力可為2Pa，并且RF輸入功率可為20W。在帽層2e中形成使電子供給2d的表面的一部分暴露的介電溝槽2D。介電溝槽2D可形成在帽層2e的表面層中，而不穿透帽層2e，或者穿透帽層2e并到達(dá)下方的層。例如，介電溝槽2D可穿透帽層2e并到達(dá)電子供給層2d的表面層部分。參考圖4B，形成介電結(jié)構(gòu)12。介電材料如包括高k絕緣材料的高介電材料可沉積在化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)2上，以便填充介電溝槽2D。高介電材料可包括選自Si02、SiN、SiON、HfSiO、HfAlON、HfO2和Y2O3中的至少一種。例如，當(dāng)使用HfSiO時，通過化學(xué)氣相沉積(CVD)等等將HfSiO沉積在化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)2上，以便填充介電溝槽2D。沉積的高介電材料通過例如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)來拋光，直到帽層2e的表面暴露。結(jié)果，形成由高介電材料填充的介電溝槽2D形成的介電結(jié)構(gòu)12。參考圖4C，形成源電極4和漏電極5。參考圖4D，在化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)2中待形成柵電極的位置形成電極溝槽2C。介電溝槽2D可形成為具有與電極溝槽2C縱向上的長度基本上相同的長度。減輕(發(fā)散)電場集中的效果可在柵電極縱向上的各個部分獲得。器件效率和擊穿電壓可得以改善。參考圖4E，形成柵極絕緣膜6。參考圖4F，在柵極絕緣膜6中形成開口 6a。參考圖4G，形成柵電極7。在形成保護(hù)性膜之后，形成源電極4與柵電極7之間以及漏電極5與柵電極7之間的接觸。結(jié)果，形成MIS型AlGaN/GaN HEMT。圖5示出示例性化合物半導(dǎo)體器件。圖5中示出的化合物半導(dǎo)體器件可為AlGaN/GaN HEMT。圖5中，為了方便闡述，示出了襯底的上部分，并且元件隔離結(jié)構(gòu)可從圖中略去。電場集中發(fā)生在柵電極和漏電極之間的柵電極的邊沿部分中，并且電子被化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)或諸如柵極絕緣膜的絕緣體內(nèi)部或表面中的陷阱捕獲，導(dǎo)致電流崩塌。參考圖5，增加肖特基型結(jié)構(gòu)到柵電極7的漏極側(cè)，并且在柵電極和漏電極之間形成介電結(jié)構(gòu) 12。漏極電流的堵塞可因肖特基型結(jié)構(gòu)而得以減少。介電結(jié)構(gòu)12可減輕柵電極7的漏極側(cè)邊沿部分的電場集中。當(dāng)沒有形成介電結(jié)構(gòu)12時，發(fā)生在柵電極7的漏極側(cè)邊沿部分的電場集中可被發(fā)散到介電結(jié)構(gòu)12的漏極側(cè)邊沿部分中。柵電極7的漏極側(cè)邊沿部分中可減輕的電場集中相應(yīng)于發(fā)散的量。由于添加肖特基型結(jié)構(gòu)到柵電極7的漏極側(cè)，并且在柵電極和漏電極之間設(shè)置介電結(jié)構(gòu)12，所以可改善電流崩塌特性。介電結(jié)構(gòu)12通過用高介電材料填充帽層2e中的介電溝槽2D來形成。漏極電流在化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)2的柵電極和漏電極之間流動。由于介電結(jié)構(gòu)12形成在電流路徑中，所以介電結(jié)構(gòu)12的邊沿部分中的電場集中可被發(fā)散，并且可減輕柵電極7的邊沿部分中的電場集中。由于介電溝槽2D形成在帽層2e中，并且填充介電溝槽2D的材料的絕緣性質(zhì)高，所以可減少柵電極和漏電極之間的漏極電流的流動。當(dāng)填充介電溝槽2D的材料包括金屬等時，可通過制造過程期間發(fā)生的金屬擴(kuò)散而生成泄漏路徑。當(dāng)材料包括上文描述的高介電材料時，泄漏路徑可被減少，而不減小漏極電流的流動。提供具有適合于常閉模式的MIS型結(jié)構(gòu)并且呈現(xiàn)改善的電流崩塌特性和良好的器件效率和擊穿電壓的AlGaN/GaN HEMT。介電結(jié)構(gòu)可在不形成介電溝槽4D的情況下形成。例如，介電結(jié)構(gòu)可通過在與柵電極和漏電極之間的介電溝槽4D的位置基本上相同的位置形成圖案而形成高介電材料來形成。電場集中的發(fā)散改善電流崩塌特性，并改善AlGaN/GaN HEMT的器件效率和擊穿電壓。例如，介電結(jié)構(gòu)12可形成在柵電極和漏電極之間，而不增加肖特基型結(jié)構(gòu)到柵電極7的漏極側(cè)以及在柵極絕緣膜6中形成開口 6a。圖6示出示例性化合物半導(dǎo)體器件。圖6中示出的化合物半導(dǎo)體器件可為AlGaN/GaN HEMT。例如，圖6中示出的AlGaN/GaN HEMT的柵電極7可通過進(jìn)行圖1A、1B、4A至4E以及4G中示出的過程來形成。圖6中，元件隔離結(jié)構(gòu)可從圖中略去。形成保護(hù)性膜之后，形成源電極4、柵電極7和漏電極5之間的接觸。結(jié)果，可形成MIS型AlGaN/GaNHEMT。介電結(jié)構(gòu)12減輕柵電極的漏極側(cè)邊緣部分的電場集中，并改善電流崩塌特性。電流崩塌特性在采用適合于常閉模式的MIS型結(jié)構(gòu)的同時得以改善，并由此改善AlGaN/GaNHEMT的器件效率和擊穿電壓。
SiC襯底I可用作襯底。其他襯底可用作替代。當(dāng)具有場效應(yīng)晶體管功能的外延結(jié)構(gòu)包括氮化物半導(dǎo)體時，可使用包括藍(lán)寶石、Si、GaAs等的襯底。襯底可為半絕緣或電導(dǎo)性的。源電極4、漏電極5和柵電極7的層結(jié)構(gòu)可為任意的，并且可為單層或多層。用于形成電極的方法可為任意的。源電極4和漏電極5的形成期間可實施熱處理。熱處理可省略，只要獲得歐姆特性即可，并且可在柵電極7的形成之后進(jìn)行另一熱處理。帽層2e可由三層形成，可為由n-GaN構(gòu)成的單層，或可為包括四個或更多化合物半導(dǎo)體層的帽層?？梢曰蚩梢圆恍纬捎糜谛纬蓶烹姌O7的電極溝槽2C圖7示出示例性電源器件。圖7中的電源器件可包括上文描述的AlGaN/GaN HEMT。圖7中的電源器件包括高壓初級側(cè)電路21、低壓次級側(cè)電路22，以及初級側(cè)電路21與次級側(cè)電路22之間的變壓器23。初級側(cè)電路21包括AC電源24、橋式整流電路25，以及多個(如四個)開關(guān)元件26a、26b、26c和26d。橋式整流電路25包括開關(guān)元件26e。次級側(cè)電路22包括多個(例如三個)開關(guān)元件27a、27b和27c。初級側(cè)電路21的開關(guān)元件26a、26b、26c、26d和26e可以各自為AlGaN/GaN HEMT。次級側(cè)電路22的開關(guān)元件27a、27b和27c可以各自為使用硅的金屬絕緣體半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MIS-FET)。適合于常閉模式并且具有良好電流崩塌特性、器件效率和擊穿電壓的MIS型AlGaN/GaN HEMT用在高壓電路中。圖8示出高頻放大器。圖12中的高頻放大器可為上文描述的AlGaN/GaN HEMT。圖8中的高頻放大器包括數(shù)字失真電路31、混頻器32a和32b以及功率放大器33。數(shù)字預(yù)失真電路31補償輸入信號的非線性失真?；祛l器32a將通過補償非線性失真獲得的輸入信號與AC信號混合。功率放大器33放大與AC信號混合的輸入信號。功率放大器33可為上文描述的AlGaN/GaN HEMT。例如，混頻器可基于開關(guān)通過混頻器32b與AC信號混合，并可被傳輸?shù)綌?shù)字預(yù)失真電路31。適合于常閉模式并且具有良好電流崩塌特性、器件效率和擊穿電壓的MIS型AlGaN/GaN HEMT用在高頻放大器中。上文描述的化合物半導(dǎo)體器件可用作除AlGaN/GaN HEMT以外的以下HEMT?；衔锇雽?dǎo)體器件可包括InAlN/GaN HEMT。InAlN的晶格常數(shù)可通過調(diào)節(jié)InAlN和GaN的組成而接近GaN的晶格常數(shù)。電子傳輸層可為i_GaN。中間層可為i_InAlN。電子供給層可為n-InAIN。帽層可包括三層，這三層分別包括n_GaN、AlN和n_GaN。由于壓電極化減小，所以可通過InAlN的自發(fā)激化而生成二維電子氣體。提供了適合于常閉模式并且具有良好電流崩塌特性、器件效率和擊穿電壓的MIS型 InAlN/GaN HEMT。化合物半導(dǎo)體器件可包括InAlGaN/GaN HEMT。GaN的晶格常數(shù)可大于InAlGaN的晶格常數(shù)。電子傳輸層可為i-GaN。中間層可為i-InAlGaN。電子供給層可為n_InAlGaN。帽層可包括三層，這三層分別包括n-GaN、AlN和n_GaN。適合于常閉模式的MIS型化合物半導(dǎo)體器件的電流崩塌特性、器件效率和擊穿電壓得以改進(jìn)。本發(fā)明的示例實施方案現(xiàn)已依照以上優(yōu)點得以描述。將認(rèn)識到，這些實施例僅是對本發(fā)明的舉例說明。許多變化與修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是明顯的。
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)體多層結(jié)構(gòu)； 在所述化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)上的柵極絕緣膜；和 柵電極， 其中所述柵電極包括所述柵極絕緣膜上的柵極基部和柵極傘部，并且所述柵極傘部的表面包括與所述化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)的肖特基接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的化合物半導(dǎo)體器件，還包括在所述化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)上與所述柵電極一起提供的介電體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的化合物半導(dǎo)體器件，其中所述柵極基部通過填充形成在所述化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)中的第一溝槽來形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化合物半導(dǎo)體器件，其中所述介電體通過填充形成在所述化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)中的第二溝槽來形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的化合物半導(dǎo)體器件，其中所述柵極傘部的表面在形成在所述柵極絕緣膜中的開口中具有所述肖特基接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的化合物半導(dǎo)體器件，其中所述開口沿所述柵電極的縱向方向形成在所述柵極絕緣膜中。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的化合物半導(dǎo)體器件，還包括 在所述化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)上的所述柵電極一側(cè)上的源電極；和 在所述化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)上的所述柵電極的另一側(cè)上的漏電極， 其中在所述柵電極的所述另一側(cè)上的所述柵極傘部的表面和所述化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)之間形成所述肖特基接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化合物半導(dǎo)體器件，還包括 在所述化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)上的所述柵電極一側(cè)上的源電極；和 在所述化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)上的所述柵電極的另一側(cè)上的漏電極， 其中所述介電體設(shè)置在所述柵電極和所述漏電極之間。
9.一種用于制造化合物半導(dǎo)體器件的方法，包括 在化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)上形成柵極絕緣膜； 在所述柵極絕緣膜上形成開口，以暴露所述化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)的表面的一部分；和 在所述柵極絕緣膜上形成包括柵極基部和柵極傘部的柵電極，以使所述柵極傘部的表面包括在所述開口中的與所述化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)的肖特基接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括， 與所述柵電極一起在所述化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)上形成介電體。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述開口沿所述柵電極的縱向方向形成在所述柵極絕緣膜中。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括 在所述化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)中形成第一溝槽；和 填充所述第一溝槽以形成所述柵極基部。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括在所述化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)中形成第二溝槽，和 填充所述第二溝槽以形成所述介電體。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括 在所述化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)上的所述柵電極的一側(cè)上形成源電極； 在所述化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)上 的所述柵電極的另一側(cè)上形成漏電極， 其中在所述柵電極的所述另一側(cè)上的所述柵極傘部的表面和所述化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)之間形成所述肖特基接觸。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括， 在所述化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)上的所述柵電極的一側(cè)上形成源電極； 在所述化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)上的所述柵電極的另一側(cè)上形成漏電極；和 在所述柵電極和所述漏電極之間形成介電體。
16.—種用于處理和輸出信號的電氣器件,包括， 包括化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)、在所述化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)上的柵極絕緣膜和柵電極的晶體管， 其中所述柵電極包括在所述柵極絕緣膜上的柵極基部和柵極傘部，并且 所述柵極傘部的表面包括與所述化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)的肖特基接觸。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電氣器件，其中所述器件包括耦接到變壓器的高壓電路。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電氣器件，其中所述器件包括放大和輸出高頻電壓的高頻放大器。
全文摘要
提供一種化合物半導(dǎo)體器件、制造所述器件的方法以及電氣器件，所述化合物半導(dǎo)體器件包括化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)；所述化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)上的柵極絕緣膜；以及柵電極，其中所述柵電極包括所述柵極絕緣膜上的柵極基部和柵極傘部，并且所述柵極傘部的表面包括與所述化合物半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)的肖特基接觸。
文檔編號H01L29/778GK102637721SQ201210020479
公開日2012年8月15日 申請日期2012年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月10日
發(fā)明者倉橋菜緒子 申請人:富士通株式會社