化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法以及電源的制作方法
【專利說明】化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法以及電源
[0001]本申請是申請日為2012年2月23日、申請?zhí)枮?01210044499.7、發(fā)明名稱為“化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法以及電源”的中國專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本文討論的實施方案涉及化合物半導(dǎo)體器件、用于制造化合物半導(dǎo)體器件的方法以及電源。
【背景技術(shù)】
[0003]氮化物半導(dǎo)體器件具有適合作為高擊穿電壓-高速電子器件的物理特性，并且被期望應(yīng)用于例如服務(wù)器系統(tǒng)。存在被稱為垂直氮化物半導(dǎo)體器件的高擊穿電壓半導(dǎo)體器件，其包括例如由硅(Si)和碳化硅(SiC)構(gòu)成的襯底。這樣的垂直氮化物半導(dǎo)體器件包括通過在半導(dǎo)體層的表面中離子注入P型雜質(zhì)形成的P型半導(dǎo)體區(qū)域，用于抑制由于半導(dǎo)體層的位于半導(dǎo)體層與絕緣層之間的界面處的區(qū)域中的電場集中(electric fieldconcentrat1n)而引起的反向擊穿電壓的降低，并增強浪涌電流能力。該P型半導(dǎo)體區(qū)域被稱為結(jié)終端擴展(JTE)結(jié)構(gòu)。
[0004]現(xiàn)有的JTE結(jié)構(gòu)的示例包括多區(qū)域結(jié)構(gòu)和保護環(huán)結(jié)構(gòu)。多區(qū)域結(jié)構(gòu)通過將P型雜質(zhì)以離子注入方式注入到化合物半導(dǎo)體層中使得P型雜質(zhì)的濃度從有源區(qū)朝向切片區(qū)逐漸降低來形成。保護環(huán)結(jié)構(gòu)通過將P型雜質(zhì)以離子注入方式注入到化合物半導(dǎo)體層中使得P型雜質(zhì)的注入間隔從有源區(qū)朝向切片區(qū)發(fā)生變化來形成。從而，JTE結(jié)構(gòu)通過離子注入P型雜質(zhì)來使電場集中逐漸降低而形成。
[0005]下面為參考文獻。
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]根據(jù)實施方案的一方面，化合物半導(dǎo)體器件包括:襯底；形成在襯底上的第一化合物半導(dǎo)體層；形成在第一化合物半導(dǎo)體層上的第二化合物半導(dǎo)體層；以及形成在第一化合物半導(dǎo)體層上的上電極，其中在第一化合物半導(dǎo)體層的位于第一化合物半導(dǎo)體層與第二化合物半導(dǎo)體層之間的界面處的區(qū)域中產(chǎn)生二維空穴氣，使得具有隨著到所述上電極的距離的增加而降低的空穴濃度。
【附圖說明】
[0015]圖1A至圖1C是順序地示出用于制造根據(jù)第一實施方案的SBD的方法步驟的截面示意圖；
[0016]圖2A至圖2C是順序地示出用于制造根據(jù)第一實施方案的SBD的方法的(在圖1C中的步驟之后的)步驟的截面示意圖；
[0017]圖3A至圖3C是順序地示出用于制造根據(jù)第一實施方案的SBD的方法的(在圖2C中的步驟之后的)步驟的截面示意圖；
[0018]圖4A至圖4C是順序地示出用于制造根據(jù)第一實施方案的SBD的方法的(在圖3C中的步驟之后的)步驟的截面示意圖；
[0019]圖5是示出用于制造根據(jù)第一實施方案的SBD的方法的(在圖4C中的步驟之后的)步驟的截面示意圖；
[0020]圖6是根據(jù)第一實施方案的SBD的平面示意圖；
[0021]圖7是曲線圖，其示出了根據(jù)第一實施方案的SBD和對比例的SBD的到SBD陽極端部(電極端)的距離Um)與電場強度(V/cm)的關(guān)系；
[0022]圖8是示出了在根據(jù)第一實施方案的SBD中產(chǎn)生2DHG的截面示意圖；
[0023]圖9是示出了用于制造根據(jù)第一實施方案的第一修改方案的SBD的方法的步驟的截面示意圖；
[0024]圖10是示出了用于制造根據(jù)第一實施方案的第一修改方案的SBD的方法的(在圖9中的步驟之后的)步驟的截面示意圖；
[0025]圖11是示出了在根據(jù)第一實施方案的第一修改方案的SBD中產(chǎn)生2DHG的截面示意圖；
[0026]圖12A和圖12B是順序地示出用于制造根據(jù)第一實施方案的第二修改方案的SBD的方法的步驟的截面示意圖；
[0027]圖13A和圖13B是順序地示出用于制造根據(jù)第一實施方案的第二修改方案的SBD的方法的(在圖12B中的步驟之后的)步驟的截面示意圖；
[0028]圖14是示出了用于制造根據(jù)第一實施方案的第二修改方案的SBD的方法的(在圖13B中的步驟之后的)步驟的截面示意圖；
[0029]圖15是根據(jù)第一實施方案的第二修改方案的SBD的平面示意圖；
[0030]圖16A至圖16C是順序地示出用于制造根據(jù)第二實施方案的SBD的方法的步驟的截面示意圖；
[0031]圖17A至圖17C是順序地示出用于制造根據(jù)第二實施方案的SBD的方法的(在圖16C中的步驟之后的)步驟的截面示意圖；
[0032]圖18A和圖18B是順序地示出用于制造根據(jù)第二實施方案的SBD的方法的(在圖17C中的步驟之后的)步驟的截面示意圖；
[0033]圖19是示出了用于制造根據(jù)第二實施方案的SBD的方法的(在圖18B中的步驟之后的)步驟的截面示意圖；
[0034]圖20是示出了在根據(jù)第二實施方案的SBD中產(chǎn)生2DHG的截面示意圖；
[0035]圖21A至圖21C是順序地示出用于制造根據(jù)第三實施方案的SBD的方法的步驟的截面示意圖；
[0036]圖22A至圖22C是順序地示出用于制造根據(jù)第三實施方案的SBD的方法的(在圖21C中的步驟之后的)步驟的截面示意圖；
[0037]圖23A和圖23B是順序地示出用于制造根據(jù)第三實施方案的SBD的方法的(在圖22C中的步驟之后的)步驟的截面示意圖；
[0038]圖24是示出了用于制造根據(jù)第三實施方案的SBD的方法的(在圖23B中的步驟之后的)步驟的截面示意圖；
[0039]圖25是示出了在根據(jù)第三實施方案的SBD中產(chǎn)生2DHG的截面示意圖；
[0040]圖26是分立元件的平面示意圖；
[0041]圖27是PFC電路的連接圖；以及
[0042]圖28是服務(wù)器電源的示意圖。
【具體實施方式】
[0043]下面，將參照附圖來詳細(xì)地描述實施方案。下面的實施方案公開了具有JTE結(jié)構(gòu)的化合物半導(dǎo)體器件，并且將會描述所述器件的結(jié)構(gòu)和制造方法。
[0044]在附圖中，為了清晰起見，元件不必一定按比例繪制。
[0045]第一實施方案
[0046]第一實施方案公開了作為具有JTE結(jié)構(gòu)的化合物半導(dǎo)體器件的肖特基勢皇二極管(SBD) ?
[0047]圖1A至圖5是順序地示出用于制造根據(jù)第一實施方案的SBD的方法的步驟的截面示意圖。
[0048]參照圖1A，在n-GaN襯底I的表面上順序地形成n_GaN層2和AlGaN層3。具體地，例如，n-GaN襯底I用作生長襯底。n_GaN襯底I包含預(yù)定濃度(例如，大約IXlO18/cm3)的例如為Si的η型雜質(zhì)。
[0049]n-GaN層2和AlGaN層3通過例如金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)順序地生長在n-GaN型襯底I的表面(此處為(000-1)面，即N面)上。η-GaN層2形成為具有N面表面、具有例如大約5 ym的厚度以及包含濃度為大約I X 1lfVcm3的例如為Si的η型雜質(zhì)。AlGaN層3形成在n_GaN層2的N面上，具有例如大約10%的Al含量和例如大約20nm的厚度。代替MOCVD，例如可以使用分子束外延(MBE)。
[0050]使用如下源氣體來生長GaN和AlGaN:該源氣體是三甲基鋁(TMA)氣體、三甲基鎵(TMG)氣體和氨氣(NH3)的混合氣體。取決于待生長的化合物半導(dǎo)體層，合適地確定用作Al源的TMA氣體和用作Ga源的TMG氣體的流量(其中一個可以為零)。在GaN和AlGaN的生長中使用的NH3氣的流量設(shè)置為大約10ccm至10LM。生長壓力設(shè)置為大約50至300Torr。生長溫度設(shè)置為大約1000°C至1200°C，在第一實施方案中為大約1000°C。
[0051]當(dāng)生長η型GaN時，例如，將預(yù)定流量的、包含用作η型雜質(zhì)的Si的SiH4氣體與源氣體混合，使得GaN被Si摻雜。
[0052]或者，代替形成AlGaN層3，也可以在n-GaN層2上形成InAIN層或InAlGaN層。當(dāng)通過例如MOCVD或MBE生長InAIN層時，使用如下源氣體:所述源氣體是用作In源的三甲基銦(TMI)氣體、用作Al源的TMA氣體和順3氣的混合氣體。當(dāng)通過例如MOCVD來生長InAlGaN層時，使用如下源氣體:所述源氣體是用作In源的三甲基銦(TMI)氣體、用作Al源的TMA氣體、用作Ga源的TMG氣體和順3氣的混合氣體?；蛘?，可以通過例如MBE來生長InAlGaN 層。
[0053]代替形成n-GaN層2，可以在n_GaN襯底I的表面上形成n_AlGaN層。在這樣的情況下，優(yōu)選地使n-AlGaN層的Al含量高于形成在n-AlGaN層上的AlGaN層3的Al含量。當(dāng)AlGaN層3的Al含量為大約10%時，n-AlGaN層的Al含量可以為例如大約20%。
[0054]參照圖1B，接下來在n-GaN襯底I的背面形成陰極4。具體地，通過例如真空沉積在n-GaN襯底I的整個背面沉積電極材料(例如，Ti和Al)，使得形成具有大約30nm厚度的Ti膜和具有大約300nm厚度的Al膜。使沉積的Ti和Al膜經(jīng)歷在例如大約600°C的快速熱退火(RTA)。從而，形成覆蓋n-GaN襯底的背面的陰極4。
[0055]參照圖1C，接下來在AlGaN層3的有源區(qū)中形成抗蝕劑圖案11a。具體地，將抗蝕劑施加到AlGaN層3上，并通過光刻將施加的抗蝕劑圖案化，使得抗蝕劑保留在AlGaN層3的有源區(qū)中。從而，形成了抗蝕劑圖案11a。
[0056]參照圖2A，接下來對AlGaN層3進行蝕