[发明专利]氮基半导体器件及其制造方法

说明书

一种氮基半导体器件，包括第一和第二氮基半导体层、两个或更多个源极/漏极(S/D)电极、栅极电极、掺杂的III‑V族半导体层、栅极保护层和第一钝化层。掺杂的III‑V族半导体层设置在第二氮基半导体层和栅极电极之间。栅极保护层覆盖栅极电极和掺杂的III‑V族半导体层，并且与S/D电极分离。第一钝化层覆盖第二氮基半导体层和栅极保护层，并且紧靠S/D电极的侧壁，其中S/D电极的侧壁通过第一钝化层与栅极保护层分离。

技术领域

本揭露一般涉及一种氮基半导体器件。更具体地，本揭露涉及一种氮基半导体器件，其具有位于栅极电极和钝化层之间的栅极保护层，用于改善半导体器件的电气特性。

背景技术

近年来，对高电子迁移率晶体管(HEMT)的深入研究非常普遍，特别是在高功率开关以及高频应用。HEMT利用两种不同带隙材料间的异质结界面形成类量子阱结构，可容纳二维电子气(two-dimensional electron gas,2DEG)区域，满足高功率/频率器件的要求。除了HEMT之外，具有异质结构的器件的示例还包括异质结双极晶体管(heterojunctionbipolar transistors,HBT)、异质结场效应晶体管(heterojunction field effecttransistor,HFET)以及调制掺杂FETs(modulation-doped FETs,MODFET)。在制造III族氮化物器件期间，可能会残留不需要的制程残留物，从而损害最终器件的质量。此外，来自各种钝化层的应力可对半导体器件产生负面影响。因此，需要改进制造技术和层结构来提高器件的良率和性能。

发明内容

根据本揭露的一个方面，提供了一种氮基半导体器件。一种氮基半导体器件，包括第一氮基半导体层、第二氮基半导体层、两个或更多个源极/漏极(S/D)电极、栅极电极、掺杂的III-V族半导体层、栅极保护层和第一钝化层。第二氮基半导体层设置在第一氮基半导体层上，并且其具有的带隙大于第一氮基半导体层的带隙。S/D电极设置在第二氮基半导体层上方。栅极电极设置在第二氮基半导体层上方和S/D电极之间。掺杂的III-V族半导体层设置在第二氮基半导体层和栅极电极之间。栅极保护层盖住栅极电极和掺杂的III-V族半导体层，并且与S/D电极分离。第一钝化层覆盖第二氮基半导体层和栅极保护层，并且紧靠S/D电极的侧壁，S/D电极通过第一钝化层与栅极保护层分离。栅极保护层的至少一种材料具有的内部应力选以使来自钝化层的应力重新分布(redistribute)。

根据本揭露的一个方面，提供了一种制造半导体器件的方法。此方法包括以下步骤。在衬底上形成第一氮基半导体层。在第一氮基半导体层上形成第二氮基半导体层。通过沉积金属元素和V族元素在第二氮基半导体层上形成栅极电极。形成栅极保护层以覆盖栅极电极。使用标准清洁溶液清洁未被栅极保护层覆盖的第二氮基半导体层的区域。形成覆盖栅极保护层和第二氮基半导体层的区域的钝化层。

根据本揭露的一个方面，提供了一种氮基半导体器件。一种氮基半导体器件，包括第一氮基半导体层、第二氮基半导体层、掺杂的III-V族半导体层、栅极电极、栅极保护层和钝化层。第二氮基半导体层设置在第一氮基半导体层上，并且其具有的带隙大于第一氮基半导体层的带隙。掺杂的III-V族半导体层设置在第二氮基半导体层之上。栅极电极设置在掺杂的III-V族半导体层之上，并且其具有的边缘与掺杂的III-V族半导体层的边缘间隔第一距离。栅极保护层覆盖栅极电极和掺杂的III-V族半导体层，并且其具有的边缘与掺杂的III-V族半导体层的边缘间隔第二距离。第二距离小于第一距离。钝化层覆盖第二氮基半导体层并围绕栅极保护层。

通过应用上述配置，栅极保护层可以释放钝化层所产生的热应力。栅极保护层可以保护栅极电极不被具有高氧化能力的清洁溶液破坏。因此，可以选择具有高氧化能力的清洁溶液并在制造工艺中将其应用于半导体器件，使得可以降低残留在氮基半导体层的表面/侧壁上的残留物的可能性，从而提高氮基半导体器件的性能。

附图说明