[发明专利]集成异质结半导体器件和用于生产该半导体器件的方法

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及集成异质结半导体器件，特别地涉及具有被形成在硅半导体结构上的HEMT的集成异质结半导体器件，并且涉及用于生产集成异质结半导体器件的相关方法。

背景技术

半导体晶体管、特别是诸如MISFET（金属绝缘体半导体场效应晶体管）之类的场效应控制开关器件（在下面也被称为MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）和HEMT（高电子迁移率场效应晶体管））已经被用于各种应用，这些应用包括但不限于用作在电源和功率转换器、电动车、空调中以及在消费电子设备、例如立体音响系统和通信技术中的开关。

近年来，HEMT已经找到了在低损耗高频率和低损耗高功率应用中的更广泛的使用。特别地，氮化镓（GaN）基HEMT器件已经被发现良好地适合于在DC整流器、功率微波和雷达放大器、低噪声放大器和高温元件等中的使用。氮化镓（GaN）材料显示出了高极化效应，所述极化效应包括自发极化和压电极化。即使在没有被掺杂的情况下，该极化效应也允许形成与GaN/AlGaN（氮化镓/氮化铝镓）异质结结构（或GaN/AlInGaN、AlGaN/AlInGaN，氮化铝铟镓）的界面（异质结）邻接的二维电子气（2DEG）。在2DEG中，电子浓度与极化强度有关。GaN/AlGaN异质结结构的2DEG面电子浓度（sheet electron concentration）可以达到非常高的值。因此，基于GaN/AlGaN异质结结构的场效应晶体管能够控制非常大的电流。

经常，不同的功能希望被集成在单个器件或者集成电路（IC）中，以使电子设备的成本、尺寸和重量最小化。然而，现有的针对把GaN基HEMT与广泛使用的硅基器件（例如硅基CMOS（互补金属氧化物半导体）器件）相组合的概念导致高制造成本。

因此，存在对于在硅上GaN技术中提供用于形成集成半导体器件的有成本效益的方法的需求。

发明内容

根据生产半导体器件的方法的实施例，该方法包括：提供具有限定垂直方向的<111>表面的硅衬底；在硅衬底中形成至少一个电子部件；在硅衬底上形成至少两个外延半导体层，以在<111>表面之上形成异质结；以及在<111>表面之上形成HEMT结构。

根据生产半导体器件的方法的实施例，该方法包括：提供具有限定垂直方向的第一表面的<111>硅片；在<111>硅片中形成电阻器和双极半导体结构中的至少一个；通过外延淀积在<111>硅片上形成至少两个宽带隙半导体层；以及在至少两个宽带隙半导体层中形成HEMT结构。

根据生产半导体器件的方法的实施例，该方法包括：提供具有限定垂直方向的第一表面的<111>硅片；通过外延淀积在<111>硅片上形成至少两个宽带隙半导体层，以在第一表面之上形成异质结；在第一表面之上形成HEMT结构；部分地去除至少两个宽带隙半导体层，以使第一表面的部分暴露；以及在异质结以下形成至少一个电子部件。

根据半导体器件的实施例，该半导体器件包括：第一半导体本体（body），所述第一半导体本体包括至少一个电子部件，并且由具有限定垂直方向的<111>表面的单晶硅衬底形成；第二半导体本体，所述第二半导体本体被布置在<111>表面上并且与所述<111>表面接触，而且所述第二半导体本体包括HEMT结构，所述HEMT结构包括异质结和被布置在该异质结之上的栅电极。至少一个电子部件被完全布置在异质结以下。

在阅读下面的详细描述时并且在观察附图时，本领域技术人员将认识到附加的特征和优点。

附图说明

图中的部件不一定是按比例的，而是重点被放在图解说明本发明的原理上。此外，在附图中，同样的参考数字指定相对应的部分。在附图中：

图1图示了穿过根据实施例的半导体器件的垂直横截面；

图2和图3以平面图图示了根据实施例的与在图1中所图示的类似的半导体器件的布局；

图4图示了如在图1至图3中所图示的半导体器件的温度响应；

图5图示了穿过根据实施例的半导体器件的垂直横截面；

图6图示了穿过根据实施例的半导体器件的垂直横截面；

图7至图12图示了在根据实施例的方法的方法步骤期间的穿过半导体器件的垂直横截面；

图13和图14图示了根据实施例的图1的半导体器件的掺杂分布图（profile）；并且