氮化物半导体器件制造技术

一种氮化物半导体器件，具备半导体衬底、源电极、漏电极以及隔着栅极绝缘膜设置于半导体衬底上的栅电极。半导体衬底具有由GaN构成的第一部分以及由AlxGa(1‑X)N(0＜x≤1)构成的第二部分。第一部分具有：n型源区，与源电极接触；n型漏区，与漏电极接触；p型体区，介于源区与漏区之间并且与源电极接触；以及n型漂移区，介于体区与漏区之间并且载流子浓度低于漏区。第二部分具有势垒区，该势垒区与源电极、体区以及漂移区分别接触。

Nitride semiconductor devices

A nitride semiconductor device is provided with a semiconductor substrate, a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode arranged on a semiconductor substrate across a gate insulating film. The semiconductor substrate has a first part composed of GaN and a second part composed of AlxGa (1_X) N (0 < x < 1). The first part has: n-type source area, contacted with the source electrode; n-type drain area, contacted with the drain electrode; p-type body area, between the source area and the drain area and contacted with the source electrode; and n-type drift area, between the body area and the drain area and the carrier concentration is lower than the drain area. The second part has a barrier area, which is in contact with the source electrode, the body region and the drift region respectively.

【技术实现步骤摘要】
氮化物半导体器件
本说明书中公开的技术涉及氮化物半导体器件。
技术介绍
在日本特开2007-59636号公报中公开了具有GaN(氮化镓)半导体衬底的半导体器件。在所述半导体衬底上形成有金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET，Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor)的元件结构。详细而言，在半导体衬底中设置有：n型源区，该n型源区与源电极接触；n型漏区，该n型漏区与漏电极接触；p型体区，该p型体区介于源区与漏区之间且与源电极接触；以及n型漂移区，该n型漂移区介于体区与漏区之间并且载流子浓度低于漏区。而且，该半导体器件被构成为：栅电极隔着栅极绝缘膜面向位于源区与漂移区之间的体区，当对栅电极与源电极之间施加驱动电压时，形成在源区与漂移区之间延伸的n型沟道。
技术实现思路
GaN、SiC(碳化硅)是具有比Si(硅)宽的宽带隙的半导体材料。这种半导体材料被称为宽带隙半导体，被积极地用于半导体器件作为替代Si的半导体材料。然而，将GaN和SiC进行比较，GaN的热导率低于SiC。由此，在使用GaN的半导体器件中，当半导体衬底(即，GaN)由于通电而发热时，难以使半导体衬底充分地散热，其结果，存在导致半导体衬底过热的风险。为了防止半导体衬底的过热，有考虑限制在半导体衬底中流过的电流，但以这样的措施不能充分地利用GaN的优点(例如，漂移区的尺寸减小带来的损耗降低)。考虑到上述事项，在本说明书中提供能够提高包含GaN的半导体衬底的散热性的技术。本技术公开了半导体器件。该半导体器件具备：半导体衬底，所述半导体衬底具有氮化物半导体；源电极及漏电极，所述源电极及漏电极分别设置于半导体衬底上；以及栅电极，所述栅电极隔着栅极绝缘膜设置于半导体衬底上。半导体衬底具有由GaN构成的第一部分以及由AlxGa(1-X)N(0＜x≤1)构成的第二部分。第一部分具有：n型源区，所述n型源区与源电极接触；n型漏区，所述n型漏区与漏电极接触；p型体区，所述p型体区介于源区与漏区之间并且与源电极接触；以及n型漂移区，所述n型漂移区介于体区与漏区之间并且载流子浓度低于漏区。第二部分具有势垒区，所述势垒区与源电极、体区以及漂移区分别接触。在半导体衬底中，伴随通电的发热主要在漂移区产生。漂移区由GaN构成，因此漂移区的热难以向外部释放。关于这方面，在上述结构中，由AlxGa(1-x)N构成的势垒区与漂移区和源电极这两者接触。AlxGa(1-x)N具有比GaN高的热导率。例如，GaN的热导率为1.30W/(cm·K)，与此相对，AlN(即，x＝1)的热导率为2.85W/(cm·K)。因此，在漂移区产生的热通过势垒区向源电极迅速地传递，由此防止或抑制了半导体衬底的过热。而且，根据上述结构，在由AlxGa(1-X)N构成的势垒区与由p型GaN构成的体区之间的界面产生二维空穴气。由此，例如当对漂移区施加高电场并且在漂移区内发生碰撞电离时，因碰撞电离产生的空穴通过二维空穴气向源电极迅速地排出。由此，碰撞电离的雪崩式的增大被抑制，半导体器件的雪崩耐量得到提高。进而，根据上述结构，在由AlxGa(1-X)N构成的势垒区与由n型GaN构成的漂移区之间的界面产生二维电子气。在二维电子气中电子迁移率高，因此当电子从源电极经过漂移区向漏电极流动时，在漂移区产生的能量损失减少。因此，在半导体器件的导通电阻减少的同时，漂移区中的发热量也减少。附图说明图1示意性地表示实施例的半导体器件10的结构。图2示意性地表示势垒区30带来的来自漂移区28的散热。图3示意性地表示二维空穴气2DHG带来的来自漂移区28的空穴的排出。具体实施方式在本技术的一实施方式中，构成半导体器件的第二部分(即，势垒区)的AlxGa(1-X)N可以是AlN(氮化铝)。即，可以是X＝1。在AlxGa(1-X)N中，Al(铝)的含有率越高，其热导率也越高。因此，为了提高势垒区带来的散热性，优选提高势垒区中的Al的含有率，尤其AlN具有能够实现足够的散热性的高热导率。在本技术的一实施方式中，半导体衬底可以具有第一表面，源区、体区以及漂移区分别在该第一表面处露出。而且，栅电极可以隔着栅极绝缘膜面向第一表面上的在源区与漂移区之间扩展的体区。由此，半导体器件能够具有平面型栅结构。作为其它实施方式，半导体器件也可以具有例如沟槽型栅结构等其它的栅结构。在上述实施方式中，半导体衬底可以进一步具有第二表面，该第二表面位于第一表面的相反侧，并且漏区在该第二表面处露出。而且，源电极可以设置于第一表面上，漏电极可以设置于第二表面上。由此，半导体器件能够具有纵型MOSFET结构。作为其它实施方式，半导体器件通过源电极和漏电极这两者位于半导体衬底的同侧，从而可以具有横型MOSFET结构。下面，参照附图详细地说明本专利技术的代表性且非限定性的具体例。该详细的说明旨在仅向本领域技术人员展示用于实施本专利技术的优选例的详细内容，并非限定本专利技术的范围。另外，为了将进一步改善的氮化物半导体器件与其制造方法及使用方法一起提供，以下公开的追加的特征及专利技术能够与其它特征、专利技术分开使用或者一起使用。另外，在以下详细的说明中公开的特征、工序的组合就其最广义而言，不是实施本专利技术时必须的，是仅用于特别说明本专利技术的代表性具体例而记载的。进而，在提供本专利技术的追加且有用的实施方式时，上述及下述代表性具体例的各种特征以及独立权利要求和从属权利要求中记载的各种特征并非必须按照此处记载的具体例或者所列举的顺序进行组合。与实施例和/或权利要求中记载的特征的构成独立地，在本说明书和/或权利要求中记载的所有特征，旨在作为针对原始申请的公开以及所要求保护的特定事项的限定而单独地且彼此独立地公开。进而，所有关于数值范围和组或集的记载作为针对原始申请的公开以及所要求保护的特定事项的限定，旨在公开其中间的构成。参照附图说明实施例的半导体器件10。半导体器件10是使用氮化物半导体的氮化物半导体器件。半导体器件10是功率半导体器件的一种，能够应用于例如用于驱动车辆的马达的电源电路中的逆变器、转换器。需要说明的是，在本实施例中说明的技术要素不限于本实施例的半导体器件10，还能够适用于其它各种半导体器件。图1具有半导体器件10的单元结构。在半导体器件10中，沿图1中的左右方向重复形成有图1所示的单元结构。如图1所示，半导体器件10具备：半导体衬底12；源电极14和漏电极16，所述源电极14和漏电极16分别设置于半导体衬底12上；栅电极18，所述栅电极18隔着栅极绝缘膜20设置于半导体衬底12上。半导体衬底12是所谓的氮化物半导体衬底，如后所述，在其至少一部分中具有氮化物半导体。半导体衬底12具有上表面12a以及位于上表面12a相反侧的下表面12b。上表面12a是本公开中的第一表面的一例，下表面12b是本公开中的第二表面的一例。作为一例，上表面12a可具有台面部12m以及位于台面部12m两侧的沟槽部12t。台面部12m相对于沟槽部12t凸出。换言之，沟槽部12t相对于台面部12m凹陷，位于相邻的两个台面部12m之间。源电极14位于半导体衬底12的上表面12a上。作为一例，源电极14设置于沟槽部12t内，并且其两端位于台面部12m上。另一方面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体器件，具备：半导体衬底，所述半导体衬底包含氮化物半导体；源电极及漏电极，所述源电极及漏电极分别设置于所述半导体衬底上；以及栅电极，所述栅电极隔着栅极绝缘膜设置于所述半导体衬底上，所述半导体衬底具有由GaN构成的第一部分以及由AlxGa(1‑X)N(0＜x≤1)构成的第二部分，所述第一部分具有：n型源区，所述n型源区与所述源电极接触；n型漏区，所述n型漏区与所述漏电极接触；p型体区，所述p型体区介于所述源区与所述漏区之间并且与所述源电极接触；以及n型漂移区，所述n型漂移区介于所述体区与所述漏区之间并且载流子浓度低于所述漏区，所述第二部分具有势垒区，所述势垒区与所述源电极、所述体区以及所述漂移区分别接触。

【技术特征摘要】
2017.02.15 JP 2017-0261481.一种半导体器件，具备：半导体衬底，所述半导体衬底包含氮化物半导体；源电极及漏电极，所述源电极及漏电极分别设置于所述半导体衬底上；以及栅电极，所述栅电极隔着栅极绝缘膜设置于所述半导体衬底上，所述半导体衬底具有由GaN构成的第一部分以及由AlxGa(1-X)N(0＜x≤1)构成的第二部分，所述第一部分具有：n型源区，所述n型源区与所述源电极接触；n型漏区，所述n型漏区与所述漏电极接触；p型体区，所述p型体区介于所述源区与所述漏区之间并且与所述源电极接触；以及n型漂移区，所述n型漂移区介于所述体区与所述漏区之间并...

【专利技术属性】
技术研发人员：渡部敦，上田博之，森朋彦，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP