兼容HEMT的横向整流器结构制造技术

本发明专利技术涉及一种与高电子迁移率晶体管兼容的功率横向场效应整流器(L-FER)器件及其形成方法。在一些实施例中，该整流器器件具有电子供给层，电子供给层设置在半导体材料层上方且位于阳极终端和阴极终端之间。掺杂的III-N半导体材料层设置在电子供给层上方。钝化层设置在电子供给层和掺杂的III-N半导体材料层上方。栅极结构设置在掺杂的III-N半导体材料层和钝化层上方。掺杂的III-N半导体材料层调制整流器器件的阈值电压，而钝化层通过缓解由于高温反向偏压(HTRB)压力(stress)引起的电流劣化而改进L-FER器件的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉参考本专利技术是于2013年8月1日提交的、标题为“HEMT-COMPATIBLELATERALRECTIFIERSTRUCTURE”的U.S.专利申请第13/956,902号的部分继续申请案。
本专利技术总体涉及半导体领域，更具体地，涉及功率半导体器件。
技术介绍
功率半导体器件是一种在功率电子设备(例如，功率变流器)中用作开关或整流器的半导体器件。与低功率MOSFET器件相比，功率半导体器件(例如，功率二极管，晶闸管，功率MOSFET等)被配置为处理较大电流且支持更大反向偏压。传统的功率半导体器件用硅来制造。然而，在近些年来，半导体工业对开发基于氮化镓(GaN)的功率器件付出了极大努力。与传统的基于硅的功率器件相比，基于GaN的功率器件的特征在于诸如较低的导通电阻和实施高频操作的能力。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种与高电子迁移率晶体管(HEMT)兼容的功率横向场效应整流器(L-FER)器件，包括：半导体材料层，设置在衬底上方；电子供给层，设置在半导体材料层上方且位于阳极终端和阴极终端之间；掺杂的III-氮化物(III-N)半导体材料层，设置在电子供给层上方；钝化层，设置在电子供给层和掺杂的III-N半导体材料层上方；以及栅极结构，设置在垂直位于掺杂的III-N半导体材料层和钝化层上方的位置处。优选地，钝化层位于掺杂的III-N半导体材料层上和电子供给层上，并且与掺杂的III-N半导体材料层和电子供给层直接其接触。优选地，该L-FER器件还包括：栅极隔离材料层，垂直地设置在钝化层与栅极结构之间。优选地，栅极隔离材料层与覆盖掺杂的III-N半导体材料层的钝化层相邻接。优选地，钝化层从阳极终端连续延伸至阴极终端。优选地，钝化层包括氮化铝(AlN)或氮化硅(Si3N4)。优选地，钝化层的厚度在大约5埃和大约100埃之间的范围内。优选地，该L-FER还包括：绝缘材料层，设置在钝化层上、阳极终端上和阴极终端上并且与钝化层、阳极终端和阴极终端直接接触，其中，钝化层是与绝缘材料层不同的材料。优选地，该L-FER器件还包括：一个或多个金属互连层，被配置成将栅极结构电连接至阳极终端。根据本专利技术的另一方面，提供了一种横向场效应整流器(L-FER)器件，包括：半导体材料层，设置在衬底上方；电子供给层，设置在半导体材料层上方且横向布置在阳极终端和阴极终端之间的位置处；掺杂的III-N(III-氮化物)半导体材料层，设置在电子供给层上方；基于氮化物的钝化层，设置在掺杂的III-N半导体材料层和电子供给层上，并且与掺杂的III-N半导体材料层和电子供给层直接接触；栅极隔离材料层，设置在覆盖掺杂的III-N半导体材料层的钝化层的上方；以及栅极结构，设置在栅极隔离材料层上方。优选地，该L-FER器件还包括：绝缘材料层，设置在钝化层、阳极终端和阴极终端上且与钝化层、阳极终端和阴极终端直接接触，其中，钝化层是与绝缘材料层不同的材料。优选地，钝化层邻接阳极终端的侧壁和阴极终端的侧壁。优选地，钝化层从阳极终端连续延伸至阴极终端。优选地，钝化层包括氮化铝(AlN)或氮化硅(Si3N4)。根据本专利技术的又一方面，提供了一种形成横向场效应整流器(L-FER)器件的方法，包括：提供衬底，衬底具有位于半导体材料层和电子供给层之间的外延异质结；形成阳极终端和阴极终端，阳极终端和阴极终端包括位于电子供给层相对两端上的欧姆接触区域；选择性地在电子供给层上形成掺杂的III-N(III-氮化物)半导体材料层；在所述电子供给层和所述掺杂的III-N半导体材料层上方形成钝化层；在所述掺杂的III-N半导体材料层上方形成栅极结构。优选地，该方法还包括：在垂直设置在钝化层和栅极结构之间的位置处形成栅极隔离材料层。优选地，钝化层形成在掺杂的III-N半导体材料层和电子供给层上，并且与掺杂的III-N半导体材料层和电子供给层直接接触。优选地，钝化层从阳极终端连续延伸至阴极终端。优选地，钝化层包括氮化铝(AlN)或氮化硅(Si3N4)。优选地，该方法还包括：绝缘材料层，设置在电子供给层的一部分上方、阳极终端上方以及阴极终端上方，其中，钝化层是与绝缘材料层不同的材料。附图说明图1示出了与高电子迁移率晶体管(HEMT)兼容的横向场效应整流器(L-FER)器件的一些实施例的截面图；图2示出了所公开的与HEMT兼容的氮化镓(GaN)整流器器件的一些实施例的性能参数图；图3示出了包括公开的与常关型HEMT集成的L-FER的集成芯片的一些实施例的截面图；图4示出了带有钝化层的与HEMT兼容的L-FER器件的一些实施例的截面图；图5示出了带有钝化层的与HEMT兼容的L-FER器件的一些可选实施例的截面图；图6示出了形成与HEMT兼容的L-FER器件的方法的一些实施例的流程图；图7至图13b示出了示例性衬底的一些实施例的截面图，在该衬底上实施形成与HEMT兼容的横向场效应整流器(L-FER)器件的方法。具体实施方式本文中参照附图来进行描述述，其中，在整个文中类似的参考标号大体上用于表示类似的元件，并且其中各种结构无需按照比例绘制。在以下描述中，出于解释目的，为了方便理解而阐述了许多具体细节。然而，可以在这些具体细节程度较低的情况下实施本文所描述的一个或多个方面对于本领域的技术人员而言可能是显而易见。在其他例子中，以框架图形式示出已知的结构和器件以方便理解。在近些年来，对于用于多种高功率应用(例如，功率开关)的基于硅晶体管而言，氮化镓(GaN)晶体管已经作为有前途的替换而出现。具有氮化铝镓/氮化镓(AlGaN/GaN)异质结构的GaN晶体管提供了多种优于传统的硅器件的性能优势。例如，GaN半导体可以提供比传统硅功率器件更低的导通电阻和更高的开关频率。为了提供具有良好性能(例如，高反向击穿电压，低正向导通电压，以及低特殊导通电阻)的、与GaNHEMT(高电子迁移率晶体管)兼容的、双终端GaN功率整流器已经付出了努力。然而，这种努力大部分以失败告终。例如，虽然在掺杂的块体GaN上形成肖特基势垒二极管和p-i-n二极管表现出高击穿电压和低导通电阻特征，但肖特基势垒二极管和p-i-n二极管的外延结构在不损失重要性能(例如，较高的导通电压和导通电阻)的情况下无法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种与高电子迁移率晶体管(HEMT)兼容的功率横向场效应整流器(L‑FER)器件，包括：半导体材料层，设置在衬底上方；电子供给层，设置在所述半导体材料层上方且位于阳极终端和阴极终端之间；掺杂的III‑氮化物(III‑N)半导体材料层，设置在所述电子供给层上方；钝化层，设置在所述电子供给层和所述掺杂的III‑N半导体材料层上方；以及栅极结构，设置在垂直位于所述掺杂的III‑N半导体材料层和所述钝化层上方的位置处。

【技术特征摘要】
2014.12.26 US 14/583,3911.一种与高电子迁移率晶体管(HEMT)兼容的功率横向场效应整流
器(L-FER)器件，包括：
半导体材料层，设置在衬底上方；
电子供给层，设置在所述半导体材料层上方且位于阳极终端和阴极终
端之间；
掺杂的III-氮化物(III-N)半导体材料层，设置在所述电子供给层上方；
钝化层，设置在所述电子供给层和所述掺杂的III-N半导体材料层上方；
以及
栅极结构，设置在垂直位于所述掺杂的III-N半导体材料层和所述钝化
层上方的位置处。
2.根据权利要求1所述的L-FER器件，其中，所述钝化层位于所述掺
杂的III-N半导体材料层上和所述电子供给层上，并且与所述掺杂的III-N
半导体材料层和所述电子供给层直接其接触。
3.根据权利要求1所述的L-FER器件，还包括：
栅极隔离材料层，垂直地设置在所述钝化层与所述栅极结构之间。
4.根据权利要求3所述的L-FER器件，其中，所述栅极隔离材料层与
覆盖所述掺杂的III-N半导体材料层的所述钝化层相邻接。
5.根据权利要求1所述的L-FER器件，其中，所述钝化层从所述阳极
终端连续延伸至所述阴极终端。
6.根据权利要求1所述的L-FER器件，其中，所述钝化层包括氮化铝
(AlN)或氮化硅(Si3N4)。
7.一种横向场效应整流器(L-FER)器件，包括：
半导体材料层，设置在衬底上方...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄敬源，蔡明玮，邱汉钦，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71