[发明专利]半导体结构以及凹槽形成蚀刻技术

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年11月16日提交的题为“III-氮化物半导体的结构和蚀刻技术(Structure and Etch Technology for III-Nitride Semiconductors)”的美国临时申请系列第61/727,333号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本文所描述是半导体结构以及用于形成半导体结构的工艺。描述了用于形成半导体结构中的凹槽例如晶体管的栅极凹槽的蚀刻技术。这样的技术可以用于制造在例如电力电子器件、功率放大器和数字电子器件中使用的高性能晶体管。

背景技术

需要改进的功率晶体管用于先进的输送系统、更强大的能量传输网络以及高效发电和电转换的新方法。功率晶体管的应用包括例如电源、机动车电子器件、自动化工厂设备、马达控制器、牵引马达驱动器、高压直流(HVDC)电子设备、灯镇流器、电信电路和显示驱动器。这样的系统依靠有效的转换器来升高或降低电压，并且使用能够阻断大电压和/或承载大电流的功率晶体管。在混合动力车辆中，例如，具有超过500V的阻断电压的功率晶体管被用于将来自电池的DC电力转换成AC电力以操作马达。

在这样的应用中使用的常规功率器件(例如，晶体管或二极管)是由硅制成的。然而，硅的有限的临界电场及其相对高的电阻使得市售器件，电路和系统非常大且笨重，并且以低频操作。因此，这样的商业器件不适用于下一代混合动力车辆和其他应用。

已经提出了氮化物半导体器件，这是因为其提供了用于制造需要高阻断电压和低导通电阻的高效率电力电子器件的潜力。

发明内容

一些实施方案涉及包括沟道层和阻挡层的晶体管。阻挡层具有包含第一半导体材料的第一层和包含第二半导体材料的第二层。第一层设置在第二层之上。相对于第二半导体材料，第一半导体材料可利用干法蚀刻工艺被选择性地蚀刻。至少在第一层中设置有栅极凹槽。在栅极凹槽中设置有栅极。

一些实施方案涉及具有包含第一半导体材料的第一层和包含第二半导体材料的第二层的半导体结构。第一层设置在第二层之上。相对于第二半导体材料，第一半导体材料可利用干法蚀刻工艺被选择性地蚀刻。至少在第一层中设置有凹槽。

一些实施方案涉及具有包含第一半导体材料的第一层和包含第二半导体材料的第二层的半导体结构。第一层设置在第二层之上。相对于第二半导体材料，第一半导体材料可利用第一蚀刻工艺被选择性地蚀刻。至少在第一层中设置有凹槽。

一些实施方案涉及形成包括凹槽的半导体结构的方法。该方法包括利用第一蚀刻工艺对第一层中的区域进行蚀刻。第一层包含第一半导体材料。第一蚀刻工艺在第一层之下的第二层处被阻止。第二层包含第二半导体材料。第一半导体材料包括第一III-N半导体材料。第二半导体材料包括第二III-N半导体材料。

通过例示的方式提供的前述发明内容并非旨在限制。

附图说明

在附图中，在不同的附图中示出的每个相同或几乎相同的部件通过相似的附图标记来表示。为了清楚起见，并不是在每个附图中的每个部件都会被标记。附图不一定按比例绘制，相反重点放在示出本文所描述的技术和器件的各个方面。

图1A至图1D示出了根据一些实施方案的具有双层阻挡结构的半导体结构以及用于形成半导体结构中的凹槽的蚀刻工艺。

图2A至图2D示出了根据一些实施方案的具有载流子施主层的半导体结构以及用于形成半导体结构中的凹槽的蚀刻工艺。

图3A至图3D示出了根据一些实施方案的具有带偏移层的半导体结构以及用于形成半导体结构中的凹槽的蚀刻工艺。

图4示出了根据一些实施方案的具有多个双层阻挡结构的半导体结构。

图5A示出了示例性晶体管的能带结构和电子密度相对于位置的关系曲线图。

图5B示出了根据一些实施方案的示例性晶体管的结构。

图6A示出了蚀刻深度作为蚀刻的持续时间的函数的曲线图。

图6B示出了样品干法蚀刻350秒并随后通过TMAH湿法蚀刻的XPS F1s信号的曲线图。

图7示出了用双向栅极扫描在V_ds＝0.1V下的I_d-V_gs特性的曲线图。