具有掩埋式场板的化合物半导体器件制造技术

本发明专利技术涉及具有掩埋式场板的化合物半导体器件。一种半导体器件包括第一化合物半导体材料和在第一化合物半导体材料上的第二化合物半导体材料。第二化合物半导体材料包括与第一化合物半导体材料不同的材料，使得第一化合物半导体材料具有二维电子气（2DEG）。该半导体器件还包括设置在第一化合物半导体材料中并被电连接至半导体器件的端子的掩埋式场板。2DEG被插入掩埋式场板与第二化合物半导体材料之间。

Compound semiconductor device with buried field plate

The invention relates to a compound semiconductor device with a buried field plate. A semiconductor device includes a first compound, a semiconductor material, and a second compound semiconductor material on a first compound semiconductor material. The second compound semiconductor material includes a material different from the first compound semiconductor material such that the first compound semiconductor material has a two-dimensional electron gas (2DEG). The semiconductor device also includes a buried field plate disposed in the first compound semiconductor material and is electrically connected to a terminal of the semiconductor device. The 2DEG is inserted between the buried field plate and the second compound semiconductor material.

【技术实现步骤摘要】
具有掩埋式场板的化合物半导体器件
本申请涉及化合物半导体器件，特别地涉及用于化合物半导体器件的掩埋式场板（fieldplate）。
技术介绍
MESFET（金属半导体场效应晶体管）包括位于源极和漏极区之间的导电沟道。由肖特基金属栅来控制从源极至漏极的载流子流。通过改变在金属接触下面的耗尽层宽度来控制该沟道，所述金属接触调节导电沟道的厚度并从而调节电流。基于GaN的当前功率晶体管主要被认为是HEMT（高电子迁移率晶体管），其也称为异质结（heterostructure）FET（HFET）或调制掺杂FET（MODFET）。HEMT是在诸如GaN和AlGaN的具有不同带隙的两个材料之间具有结的场效应晶体管，所述两个材料形成沟道而不是掺杂区，诸如在MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）中。HEMT提供二维电子气（2DEG），其在例如AlGaN势垒层与GaN缓冲层之间的边界上形成。在没有其他措施的情况下，此类构造导致自传导（self-conducting），即正常导通晶体管。也就是说，HEMT在不存在正栅极电压的情况下进行传导。常规正常导通GaNHEMT通常利用被连接至源极端子的顶部场板以便降低器件内的电场峰值，这又增加器件的击穿电压。顶部金属场板被设置在栅极电极之上并通过电介质材料与栅极电极绝缘。顶部金属场板不仅影响GaNHEMT器件中的电场分布，而且深深地影响器件的AC行为。事实上，可以修改晶体管的主电容（maincapacitance），并且晶体管的开关性能相应地受到影响。通过降低水平和垂直电场并因此减小场相关俘获和释放（de-trapping）机制，顶部金属场板还可以减轻电流‘崩溃’，其通常由于存在于基于GaN器件中的高浓度陷阱/缺陷而发生，该高浓度陷阱/缺陷在开关周期期间引发晶体管的电流驱动能力的大的变化。期望具有更高效的场板，其通过以降低最大电场峰值并增强器件的击穿强度的方式对电场进行成形（shaping）来增加GaNHEMT的击穿强度。
技术实现思路
在本文中公开了包括在诸如HEMT的化合物半导体器件中的掩埋式场板的实施例。掩埋式场板被设置在器件的沟道下面并以降低最大电场峰值且增强器件击穿强度的方式来帮助对电场进行成形。根据半导体器件的实施例，该器件包括第一化合物半导体材料和在第一化合物半导体材料上的第二化合物半导体材料。第二化合物半导体材料包括与第一化合物半导体材料不同的材料，使得第一化合物半导体材料具有二维电子气（2DEG）。该半导体器件还包括设置在第一化合物半导体材料中并被电连接至半导体器件的端子的掩埋式场板。2DEG被插入掩埋式场板与第二化合物半导体材料之间。根据半导体器件的另一实施例，该器件包括第一III-V半导体材料和在第一III-V半导体材料上的第二III-V半导体材料。第二III-V半导体材料包括与第一III-V半导体材料不同的材料，使得第一III-V半导体材料具有2DEG。该器件还包括在第二III-V半导体材料上的栅极区，被插入2DEG和栅极区之间的第二III-V半导体材料、通过第二III-V半导体材料延伸至第一III-V半导体材料的源极区、以及通过第二III-V半导体材料延伸至第一III-V半导体材料并且与源极区间隔开的漏极区。该器件还包括在背对第二III-V半导体材料的第一III-V半导体材料的侧面上的金属化。第一III-V半导体材料具有在从源极区横向地延伸至漏极区的方向上增加的厚度。根据制造半导体器件的方法的实施例，该方法包括：在半导体衬底上形成第一化合物半导体材料；在第一化合物半导体材料上形成第二化合物半导体材料，第二化合物半导体材料包括与第一化合物半导体材料不同的材料，使得第一化合物半导体材料具有二维电子气（2DEG）；在第一化合物半导体材料中形成掩埋式场板，使得2DEG被插入掩埋式场板与第二化合物半导体材料之间；将掩埋式场板电连接至半导体器件的端子。在阅读以下详细描述时和在观看附图时，本领域的技术人员将认识到附加特征和优点。附图说明附图的元件相对于彼此不一定按比例。相同的参考标号指定相应的类似部分。可以将各种所示实施例的特征组合，除非它们相互排斥。在图中描绘了实施例并在随后的描述中详述。图1图示了具有掩埋式场板的化合物半导体器件的实施例的截面图。图2A至2C图示了制造具有掩埋式场板的化合物半导体器件的方法的实施例的截面图。图3A至3C图示了制造具有掩埋式场板的化合物半导体器件的方法的另一实施例的截面图。图4A至4C图示了制造具有掩埋式场板的化合物半导体器件的方法的又一实施例的截面图。图5A至5C图示了制造具有掩埋式场板的化合物半导体器件的方法的另一实施例的截面图。图6A至6C图示了制造具有多个掩埋式场板的化合物半导体器件的方法的实施例的截面图。图7图示了具有掩埋式场板的化合物半导体器件的另一实施例的截面图。图8A和8B图示了将化合物半导体器件的端子电连接至掩埋式场板的方法的实施例的截面图。图9A和9B图示了将化合物半导体器件的端子电连接至掩埋式场板的方法的另一实施例的截面图。图10A和10B图示了将化合物半导体器件的端子电连接至掩埋式场板的方法的又一实施例的截面图。图11A和11B图示了制造具有带有可变厚度的缓冲区和在缓冲区的背面上形成的金属化的化合物半导体器件的方法的实施例的截面图。具体实施方式图1图示了化合物半导体器件的实施例。根据本实施例，半导体器件是高电子迁移率晶体管（HEMT），一般也称为异质结FET（HFET）或调制掺杂FET（MODFET）。半导体器件是在诸如Si或SiC衬底的半导体衬底100上制造的，并且包括用于向衬底100提供热和晶格匹配的成核（籽晶）层110，诸如AIN层。在本文中也称为缓冲区的化合物半导体材料120被设置在成核层110上。在本文中也称为势垒区的另一化合物半导体材料130被设置在缓冲区120上。势垒区130包括与缓冲区120不同的材料，使得缓冲区120具有在图1中用短划线和点线图示出的二维电子气（2DEG）。在一个实施例中，缓冲区120包括GaN且势垒区130包括AlGaN。可以使用III-V半导体材料的其他组合以便在缓冲区120中形成2DEG。图1所示的半导体器件还包括在缓冲区120中的掩埋式场板140。掩埋式场板140被电连接至半导体器件的端子，2DEG被插入掩埋式场板140与势垒区130之间。在本实施例中，被电连接至掩埋式场板140的端子是晶体管的源极区150。源极区150通过势垒区130延伸至缓冲区120中并与掩埋式场板140电接触。源极区150和掩埋式场板140之间的电连接在图1中被示为插头（plug）152，但是可以以如稍后在本文中更详细地解释的各种方式来形成。晶体管的漏极区160类似地通过势垒区130延伸至缓冲区120中，并且与源极区150和掩埋式场板140间隔开。栅极区170被设置在诸如GaN帽层的帽层180上的2DEG之上，并且电介质层190在栅极区170和帽层180之上形成。2DEG提供源极和漏极区150、160之间的沟道，其由施加于栅极区170的电压来控制。掩埋式场板140被设置在2DEG下面，并且以降低最大电场峰值且增强器件的击穿强度的方式来帮助对电场进行成形。在一个实施例中，掩埋式场板140本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：第一化合物半导体材料；在所述第一化合物半导体材料上的第二化合物半导体材料，所述第二化合物半导体材料包括与所述第一化合物半导体材料不同的材料，使得所述第一化合物半导体材料具有二维电子气（2DEG）；以及掩埋式场板，其设置在所述第一化合物半导体材料中并被电连接至所述半导体器件的端子，2DEG被插入所述掩埋式场板与所述第二化合物半导体材料之间;其中掩埋式场板降低最大电场峰值并且增强所述半导体器件的击穿强度；还包括：在所述2DEG上的栅极区；源极区，其通过所述第二化合物半导体材料延伸至所述第一化合物半导体材料并与所述掩埋式场板接触；以及漏极区，其通过所述第二化合物半导体材料延伸至所述第一化合物半导体材料并与所述源极区和所述掩埋式场板间隔开；还包括设置在所述2DEG下面且与所述源极区接触的所述第一化合物半导体材料中的至少一个附加掩埋式场板，所述掩埋式场板中的相邻掩埋式场板通过所述第一化合物半导体材料的区域被相互间隔开。

【技术特征摘要】
2011.12.20 US 13/3319701.一种半导体器件，包括：第一化合物半导体材料；在所述第一化合物半导体材料上的第二化合物半导体材料，所述第二化合物半导体材料包括与所述第一化合物半导体材料不同的材料，使得所述第一化合物半导体材料具有二维电子气（2DEG）；以及掩埋式场板，其设置在所述第一化合物半导体材料中并被电连接至所述半导体器件的端子，2DEG被插入所述掩埋式场板与所述第二化合物半导体材料之间;其中掩埋式场板降低最大电场峰值并且增强所述半导体器件的击穿强度；还包括：在所述2DEG上的栅极区；源极区，其通过所述第二化合物半导体材料延伸至所述第一化合物半导体材料并与所述掩埋式场板接触；以及漏极区，其通过所述第二化合物半导体材料延伸至所述第一化合物半导体材料并与所述源极区和所述掩埋式场板间隔开；还包括设置在所述2DEG下面且与所述源极区接触的所述第一化合物半导体材料中的至少一个附加掩埋式场板，所述掩埋式场板中的相邻掩埋式场板通过所述第一化合物半导体材料的区域被相互间隔开。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述掩埋式场板包括与所述第二化合物半导体材料相同的材料。3.根据权利要求2所述的半导体器件，其中，所述掩埋式场板和所述第二化合物半导体材料的每个包括AlGaN。4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述掩埋式场板包括InGaN。5.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述掩埋式场板包括所述第一化合物半导体材料的更加高度掺杂区，其被所述第一化合物半导体材料的不太高度掺杂区围绕。6.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述掩埋式场板与所述2DEG之间的距离大于所述栅极区与所述2DEG之间的距离。7.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述掩埋式场板比所述栅极区更远地从所述源极区朝着所述漏极区横向地延伸。8.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述掩埋式场板和所述源极区包括相同掺杂类型的掺杂区。9.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述源极区比所述漏极区更深地延伸至所述第一化合物半导体材料中。10.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述掩埋式场板中的第二个比所述掩埋式场板中的第一个更远地与所述第二化合物半导体材料间隔开，并且比所述掩埋式场板中的第一个更远地从所述源极区朝着所述漏极区横向地延伸。11.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述掩埋式场板与所述2DEG之间的距离在从所述源极区横向延伸至所述漏极区的方向上增加。12.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括在所述第一化合物半导体材料中并比第一2DEG更远地与所述第二化合物半导体材料间隔开的第二2DEG，并且其中，所述掩埋式场板被插入第一和第二2DEG之间。13.根据权利要求12所述的半导体器件，其中，所述第一2DEG从所述半导体器件的源极区横向地延伸至所述半导体器件的漏极区并且形成所述半导体器件的沟道，并且所述第二2DEG从所述源极区朝着所述漏极区横向地延伸并在到达所述漏极区之前终止。14.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括在所述第一化合物半导体材料中且比2DEG更远地与所述第二化合物半导体材料间隔开的二维空穴气（2DHG），并且其中，所述掩埋式场板被插入2DEG和2DHG之间。15.一种制造半导体器件的方法，包括；在半导体衬底上形成第一化合物半导体材料；在所述第一化合物半导体材料上形成第二化合物半导体材料，所述第二化合物半导体材料包括与所述第一化合物半导体材料不同的材料，使得所述第一化合物半导体材料具有二维电子气（2DEG）；以及在所述第一化合物半导体材料中形成掩埋式场板，使得2DEG被插入所述掩埋式场板与所述第二化合物半导体材料之间；以及将所述掩埋式场板电连接至所述半导体器件的端子；其中掩埋式场板降低最大电场峰值并且增强所述半导体器件的击穿强度；其中，在所述第一化合物半导体材料中形成所述掩埋式场板包括：在形成所述第二化合物半导体材料之前在所述第一化合物半导体材料上形成掩膜，使得所述第一化合物半导体材料的一部分被暴露；将掺杂剂注入到所述第一化合物半导体材料中以在所述第一化合物半导体材料中的一深度处形成所述掺杂剂浓度区域；在注入所述掺杂剂之后在所述第一化合物半导体材料上形成所述第二化合物半导体材料，所述2DEG被插入所述掺杂剂浓度区域与所述第二化合物半导体材料之间；以及对所述半导体器件进行退火以激活所述掺杂剂并形成所述掩埋式场板。16.一种制造半导体器件的...

【专利技术属性】
技术研发人员：G库拉托拉，O赫贝尔伦，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT