[发明专利]III‑N器件及其形成方法

说明书

分案声明

本申请是申请日为2010年8月20日、发明名称为“具有场板的半导体器件”、申请号为：201080048522.9的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及半导体电子器件，具体地涉及具有场板的器件。

背景技术

迄今为止，包括诸如功率MOSFET和绝缘栅双极晶体管(IGBT)的器件的现代功率半导体器件已经通常利用硅(Si)半导体材料来制作。最近，由于碳化硅(SiC)的优异性质而对碳化硅(SiC)功率器件进行了研究。III族氮化物(III-N)半导体器件现在作为承载大电流并且支持高电压并且提供非常低的导通电阻、高电压器件操作以及快速切换时间的候选者而受到了很大关注。图1中所示的通常的III-N高电子迁移率晶体管(HEMT)包括衬底10、位于衬底顶上的诸如GaN层的沟道层11、以及位于沟道层顶上的诸如Al_xGa_1-xN的阻挡层12。二维电子气(2DEG)沟道19被诱导在沟道层11中且在沟道层11和阻挡层12之间的界面附近。源电极14和漏电极15分别形成与2DEG沟道的欧姆接触。栅极16调制位于栅极区域中、即，位于栅极16正下方的2DEG的部分。

在III-N器件中通常使用场板来以这种方式对器件的高电场区域中的电场进行整形，使得减少了峰值电场并且增加了器件击穿电压，从而允许更高电压操作。在图2中示出了具有场板的III-N HEMT的示例。除了图1的器件中包括的层之外，图2中的器件包括连接到栅极16的场板18；以及在场板和阻挡层12之间的、诸如SiN层的绝缘体层13。场板18可以包括与栅极16相同的材料或者由与栅极16相同的材料形成。绝缘体层13可以用作表面钝化层，阻止或者抑制与绝缘体层13相邻的III-N材料的表面处的电压波动。

斜场板已经显示出了对于在III-N器件中减少峰值电场并且增加击穿电压是特别有效的。在图3中示出了类似于图2的III-N器件，但是其具有斜场板28。在该器件中，栅极16和斜场板28由单个电极29形成。可以是SiN的绝缘体层23包含至少部分地限定电极29的形状的凹陷。在此，绝缘体层23将被称为“电极限定层23”。电极限定层23还可以作为表面钝化层，阻止或者抑制与电极限定层23相邻的III-N材料的表面处的电压波动。该器件中的栅极16和斜场板28可以通过下述方式来形成：首先在阻挡层12的整个表面上沉积电极限定层23，然后在包含栅极16的区域中蚀刻穿过电极限定层23的凹陷，并且最终至少在该凹陷中沉积电极29。

在使用III-N器件的很多应用中，例如，在高功率和高电压应用中，可以有利的是，包括位于栅极16和下面的III-N层之间的栅极绝缘体以便于防止栅极泄漏。在图4中示出了具有斜场板和栅极绝缘体的器件。该器件可以通过略微修改用于图3中的器件的工艺来实现。对于图4中的器件，电极限定层23中的凹陷仅被部分地蚀刻穿过该层(而不是整体穿过该层)，之后沉积电极29。在该器件中，位于栅极16和下面的III-N层之间的电极限定层23的部分用作栅极绝缘体。

发明内容

在一方面，描述了一种III-N器件，其包括III-N材料层；绝缘体层，其位于III-N材料层的表面上；蚀刻停止层，其位于绝缘体层的相对于III-N材料层的相反侧上；电极限定层，其位于蚀刻停止层的相对于蚀刻停止层的相对于绝缘体层的相反侧上；以及电极。凹陷形成在电极限定层中并且电极形成在凹陷中。

对于这里描述的所有器件，可应用下面所述中的一个或多个。电极可以包括场板。场板可以是斜场板。电极限定层中的凹陷的一部分可以具有成角度的壁，该成角度的壁的至少一部分相对于蚀刻停止层的主表面成非垂直角度，该成角度的壁限定斜场板。非垂直角度可以处于大约5度和85度之间。绝缘体层可以是钝化层。绝缘体层可以由氧化物或者氮化物形成。绝缘体层可以是大约2-50纳米厚。绝缘体层可以具有大约0.8-40毫法/平方米的每单位面积电容。电极限定层可以由氧化物或者氮化物形成。电极限定层可以为至少大约100纳米厚。绝缘体层和电极限定层的组合厚度能够足以基本上抑制分散(dispersion)。蚀刻停止层的厚度可以为大约1和15纳米之间。蚀刻停止层可以由氮化铝形成。电极限定层和蚀刻停止层可以由不同材料形成。蚀刻停止层和绝缘体层可以由不同材料形成。凹陷可以形成在蚀刻停止层中。