基于氮化物的晶体管的覆盖层和/或钝化层、晶体管结构及制作方法技术

本发明专利技术提供了提供包含基于不均匀铝浓度ＡｌＧａＮ的覆盖层的高电子迁移率晶体管，所述覆盖层在与远离其上设有该覆盖层的阻挡层的覆盖层表面临近处具有较高的铝浓度。还提供了包含覆盖层的高电子迁移率晶体管，所述覆盖层具有与远离其上设该覆盖层的阻挡层的覆盖层表面临近的掺杂区。还提供了用于宽带隙半导体器件的石墨ＢＮ钝化结构。设有用于Ⅲ族氮化物半导体器件的ＳｉＣ钝化结构。还对钝化结构进行氧退火。还设有无凹入部的欧姆接触部。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体设备，尤其涉及含有基于氮化物的活性层的 晶体管。
技术介绍
适于低功率和(以硅为例)低频率的应用的诸如硅(Si)和砷化 镓(GaAs)等材料在半导体器件中获得了广泛的应用。但是，这些 材料(更熟悉的是硅材料)可能不适于高功率和/或高频的应用，这 是由于其相对窄的带隙(例如在室温下，Si是1.12eV，GaAs是1.42eV) 和/或相对小的击穿电压。鉴于Si和GaAs所存在的问题，对于高功率、高温和/或高频应 用和器件的关注点已转向诸如金刚砂(室温下alpha SiC是2.996eV) 和III族氮化物(例如室温下GaN是3.36eV)等宽带隙半导体材料。 与砷化镓和硅相比，这些材料通常具有更高的电场击穿强度和电子 饱和速度。特别关注高功率和/或高频应用的器件是高电子迁移率晶体管 (HEMT)，在某些场合也称为调制掺杂场效应晶体管(MODFET)。 这些器件可在许多环境下提供工作优点，因为在具有不同带隙的能 量的两个半导体材料的异质结上产生二维电子气(2DEG)，并且其 中带隙较窄的材料具有较高的电子亲合势。所述2DEG是不掺杂的、 带隙较窄的材料中的累积层，并且能具有很高的面电子浓度(例如， 每平方厘米超过1013个载流子)。此外，源于较宽带隙的半导体的电 子转变成所述2DEG,由于减少的电离杂质扩散而能够具有高电子迁 移率。高载流子浓度和高载流子迁移率的结合能使HEMT具有非常大 的跨导，并可通过金属半导体场效应晶体管(MESFET)为高频应用 提供很强的性能优点。因为包括前述的高击穿场、其宽带隙、大的导带偏移和/或高饱 和电子漂移速度等材料特征的结合，在氮化镓/氮化镓铝 (GaN/AlGaN)材料系统中制作的高电子迁移率晶体管具有产生大 量RF功率的电势。2DEG中的绝大部分电子被认为起因于AlGaN中 的极化。GaN/AlGaN系统中的HEMT已被说明。美国专利5192987 和5296395描述了 GaN/AlGaN的结构和制作方法。^皮共同转让并通 过引用将其结合到本文中的Sheppard等人的6316793号美国专利描 述了一种HEMT器件，所述HEMT器件具有半绝缘碳化硅衬底，在 所述村底上具有氮化铝緩冲层，在所述緩冲层上具有绝缘的氮化镓 层，在所述氮化镓层具有氮化镓铝阻挡层，并且在氮化镓铝反应性 结构上具有钝化层。
技术实现思路
本专利技术的一些实施例提供了 III族氮化物高电子迁移率晶体管和 制作III族氮化物高电子迁移率晶体管的方法，所述晶体管包^^基于 III族氮化物的沟道层，沟道层上的基于III族氮化物的阻挡层和阻挡 层上基于不均匀成分AlGaN的覆盖层。基于不均匀成分AlGaN的覆 盖层在临近远离阻挡层的覆盖层表面处的Al浓度大于出现在基于 AlGaN的覆盖层内部区域中的Al浓度。在本专利技术的具有凹M盖层 的栅极凹入部的特定实施例中，较高的Al浓度延续而进入覆盖层的 约30A至约IOOO人处。在本专利技术的具有覆盖层上栅极的特定实施例 中，较高A1浓度延续而进入霞盖层约2.5A至约100A处。在本专利技术的另一些实施例中，基于AlGaN的覆盖层包含在覆盖 层表面处的A^Ga^N第一区域(其中x《1)和在基于AlGaN的覆盖层内部的AlyGa^N第二区域(其中y<l且y<x) 。 x的值可从约0.2 至约1而y从约0.15至约0.3。在本专利技术的特定实施例中，可选择x 和y的差和/或覆盖层的厚度，以防止在覆盖层中形成第二 2DEG。 在本专利技术的另 一些实施例中，其中栅极凹入覆盖层但不接触覆盖层， 可选择x和y的差和/或覆盖层的厚度，以在覆盖层中产生第二 2DEG。在本专利技术的另一些实施例中，基于AlGaN的覆盖层还包含在阻 挡层和基于AlGaN的覆盖层之间的界面上的AlzGaNzN第三区域，其 中z<l且訂。在一些实施例中，z>y。在另一些实施例中，z>x。在 再一些实施例中，z<x。在本专利技术的特定实施例中，沟道层包含GaN层，阻挡层包含 AlGaN层而覆盖层包含AlGaN层。本专利技术的一些实施例提供了 III族氮化物高电子迁移率晶体管和 制作III族氮化物高电子迁移率晶体管的方法，所述晶体管包^^基于 III族氮化物的沟道层，沟道层上基于III族氮化物的阻挡层和阻挡层 上基于GaN的覆盖层。基于GaN的覆盖层具有临近覆盖层表面并远 离阻挡层的掺杂区。在某些实施例中，掺杂区是用n型掺杂进行掺杂的区域。在本 专利技术的特定实施例中，其中没有栅极凹入部，摻杂区延续而进入覆 盖层约2.5A至约50A处。在本专利技术的具有栅极凹入部的特定实施例 中，掺杂区延续而进入覆盖层约20A至约5000A处。掺杂区可提供 从约1018至约1(Fcm-3的掺杂物浓度。n型掺杂可以是Si、 Ge或O。 在本专利技术的特定实施例中，掺杂区可以是在覆盖层表面上或接近覆 盖层表面的一个或多个A掺杂区，并可例如具有从约IO至约1015cm-2 的掺杂物浓度。在本专利技术的特定实施例中，掺杂物是O， O延续而进 入覆盖层约20A处。在另一些实施例中，掺杂区是用p型掺杂物进行掺杂的区域。 在本专利技术的没有栅极凹入部的特定实施例中凹入部，掺杂区延续而 进入覆盖层约2.5A至约50A处。在本专利技术的有栅极凹入部的特定实施例中，掺杂区延续而进入覆盖层约30A至约5000A处。掺杂区可 提供从约1016至约1(Pcm3的掺杂物浓度。p型掺杂可以是Mg、 Be、 Zn、 Ca或C。在本专利技术的特定实施例中，掺杂区可以是在覆盖层表 面上或接近覆盖层表面的一个或多个A掺杂区，并可具有例如从约 IO至约1015^11-2的掺杂物浓度。在再一些实施例中，掺杂区是用深层掺杂物进行掺杂的区域。 在本专利技术的没有栅极凹入部的特定实施例中，掺杂区延续而进入覆 盖层约2.5A至约100A处。在本专利技术的有栅极凹入部的特定实施例 中，掺杂区延续而进入覆盖层约30A至约5000A处。掺杂区可提供 从约1016至约1022(^-3的掺杂物浓度。深层掺杂物可以是Fe、 C、 V、 Cr、 Mn、 Ni、 Co或其他稀土元素。在本专利技术的另一些实施例中，掺杂区是第一掺杂区而覆盖层还 包含第二掺杂区。第二掺杂区的掺杂物浓度低于第一掺杂区的掺杂物浓度。第二掺杂区可为不在第一掺杂区中的覆盖层的其余部分。 在特定实施例中，沟道层包含GaN层，阻挡层包含AlGaN层，而覆盖层包含GaN或AlGaN层。本专利技术的一些实施例提供了用于钝化宽带隙半导体器件表面的方法，该方法包括在宽带隙半导体器件的宽带隙半导体材料的区域的至少一部分表面上形成石墨和/或非晶BN层。还提供了对应的结构。在本专利技术的另一些实施例中，宽带隙半导体器件是III族氮化物 半导体器件。例如，宽带隙半导体器件可以是基于GaN的半导体器件。此外，宽带隙半导体器件可以是III族氮化物高电子迁移率晶体管。在本专利技术的另一些实施例中，形成石墨和/或非晶BN层在低于 宽带隙半导体器件中的宽带隙半导体材料的分解温度的温度下进 行。形成石墨和/或非晶BN层可在低于约1100。C的温度下进行，在一些实施例中在低于约100(TC的温度下而在特定实施例中在低于约 900。C的温度下。并且，BN层还可形成为非本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ⅲ族氮化物高电子迁移率晶体管，包括：基于Ⅲ族氮化物的沟道层；所述沟道层上的基于Ⅲ族氮化物的阻挡层；以及所述阻挡层上的基于不均匀成分ＡｌＧａＮ的覆盖层，且所述覆盖层在与远离阻挡层的覆盖层表面临近处具有比基于ＡｌＧａ Ｎ的覆盖层内的区域中高的Ａｌ浓度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-11-23 10/996,2491.一种III族氮化物高电子迁移率晶体管，包括基于III族氮化物的沟道层；所述沟道层上的基于III族氮化物的阻挡层；以及所述阻挡层上的基于不均匀成分AlGaN的覆盖层，且所述覆盖层在与远离阻挡层的覆盖层表面临近处具有比基于AlGaN的覆盖层内的区域中高的Al浓度。2. 如权利要求1所述的晶体管，还包括凹入所述基于AlGaN 的覆盖层的栅接触部，其中，较高的Al浓度延续而进入所述覆盖层约 30A至约IOOOA处。3. 如权利要求1所述的晶体管，还包括在所述基于AlGaN的 覆盖层上且不凹入所述基于AlGaN的覆盖层的栅接触部，其中，较高 Al浓度延续而进入所述覆盖层约2.5A至约100A处。4. 如权利要求1所述的晶体管，其中所述基于AlGaN的覆盖 层包含与远离所述阻挡层的覆盖层表面临近的AlxGa^N第一区域，其 中x<l,以及在所述基于AlGaN的覆盖层内的AlyGa^N第二区域， 其中y<l、 y<x。5. 如权利要求4所述的晶体管，其中x从约0.3至约l，而y 从约0.2至约0.9。6. 如权利要求4所述的晶体管，其中所述基于AlGaN的覆盖 层还包含在所述阻挡层和所述基于AlGaN的覆盖层之间的界面处的 AlzGa^N第三区域，其中z〈l且訂。7. 如权利要求6所述的晶体管，其中z>y。8. 如权利要求7所述的晶体管，其中z>x。9. 如权利要求6所述的晶体管，其中z《x。10. 如权利要求1所述的晶体管，其中所述沟道层包含GaN层， 所述阻挡层包含AlGaN层，而所述覆盖层包含AlGaN层。11. 一种ra族氮化物高电子迁移率晶体管，包括 基于m族氮化物的沟道层； 所述沟道层上的基于m族氮化物的阻挡层；以及 所述阻挡层上的基于m族氮化物的覆盖层，且所述覆盖层具有与远离所述阻挡层的覆盖层表面临近的掺杂区。12. 如权利要求ll所述的晶体管，其中所述掺杂区包含用n型 掺杂物掺杂的区域。13. 如权利要求12所述的晶体管，其中所述n型掺杂物包舍Si、 Ge和/或O。14. 如权利要求12所述的晶体管，还包括在所迷覆盖层上且不 凹入所述覆盖层的栅接触部，其中，所述掺杂区延续而进入所述覆盖 层约2.5A至约50A处。15. 如权利要求12所述的晶体管，还包括凹入所述覆盖层的栅 接触部，其中，所述掺杂区延续而进入所述覆盖层约20A至约5000A 处。16. 如权利要求12所述的晶体管，其中所述掺杂区提供从约 1018至约10cm-3的掺杂物浓度。17. 如权利要求12所述的晶体管，其中所述掺杂区包含一个或 多个在或接近所述覆盖层表面的A掺杂区。18. 如权利要求17所述的晶体管，其中所述一个或多个A掺杂 区具有从约IO至约10cm々的掺杂物浓度。19. 如权利要求12所述的晶体管，其中所塑n型掺杂物包含O 且所述掺杂区延续而进入所M盖层约20A处。20.如权利要求11所述的晶体管，其中所述掺杂区包含用p型 掺杂物掺杂的区域。21.如权利要求20所述的晶体管，还包括在所述覆盖层上且不 凹入所述覆盖层的栅接触部，其中，所述掺杂区延续而进入所述覆盖 层约2.5A至约50A处。22. 如权利要求20所述的晶体管，还包括凹入所述覆盖层的栅接 触部，其中，所述掺杂区延续而进入所述覆盖层约30人至约5000A处。23. 如权利要求20所迷的晶体管，其中所述p型掺杂物提供从 约1016至约10cn^的掺杂物浓度。24. 如权利要求20所述的晶体管，其中所述p型掺杂物包含 Mg、 Be、 Zn、 Ca和/或C。25. 如权利要求20所述的晶体管，其中所述掺杂区包含一个或 多个在或接近所述覆盖层表面的A掺杂区。26. 如权利要求25所述的晶体管，其中所述A掺杂区具有从约 IO至约10cn^的掺杂物浓度。27. 如权利要求20所述的晶体管，还包括 在所述覆盖层中的凹入部；在所述凹入部中且不直接接触所述覆盖层的栅接触部；并且 其中，p型掺杂物浓度在所述覆盖层中形成导电区域。28. 如权利要求20所述的晶体管，还包括在所述凹入部的側壁 上的绝缘层，其中，所述栅接触部在所述凹入部中的绝缘层上。29. 如权利要求20所述的晶体管，其中所述掺杂区与所述覆盖 层形成p-n结，且所述栅接触部直接在所述掺杂区上。30. 如权利要求11所述的晶体管，其中所述摻杂区包含用深层 掺杂物进行掺杂的区域。31. 如权利要求30所述的晶体管，还包括在所述覆盖层上且不 凹入所述覆盖层的栅接触部，其中，所述掺杂区延续而进入所述覆盖 层约2.5A至约IOOA处。32. 如权利要求30所述的晶体管，还包括凹入所迷覆盖层的栅 #触部，其中，所述掺杂区延续而进入所述覆盖层约30A至约5000A 处。33. 如权利要求30所述的晶体管，其中所述深层掺杂物提供从 约1016至约1022cm-3的掺杂物浓度。34. 如权利要求30所述的晶体管，其中所述深层掺杂物包含Fe、 C、 V、 Cr、 Mn、 Ni、 Co和/或其他稀土元素。35. 如权利要求ll所述的晶体管，其中所述掺杂区包含第一掺 杂区，且所述覆盖层还包含在所述阻挡层和第一掺杂区之间的第二掺 杂区，笫二掺杂区的掺杂物浓度低于第一掺杂区的掺杂物浓度。36. 如权利要求35所述的晶体管，其中第二掺杂区包含不在第 一摻杂区中的覆盖层的剩余部分。37. 如权利要求ll所述的晶体管，其中所述覆盖层用n型掺杂 物、p型掺杂物和深层掺杂物中的至少两种进行掺杂。38. 如权利要求11所述的晶体管，其中所迷沟道层包含GaN 层，所述阻挡层包含AlGaN层，而所述覆盖层包含GaN或AlGaN层。39. —种制作m族氮化物高电子迁移率晶体管的方法，包括 形成基于III族氮化物的沟道层； 在所述沟道层上形成基于III族氮化物的阻挡层；以及 在所述阻挡层上形成基于不均匀成分AlGaN的覆盖层，且所述覆盖层在远离阻挡层的覆盖层表面处具有比基于AlGaN的覆盖层内的区 域中高的Al浓度。40. 如权利要求39所述的方法，其中，形成基于不均匀成分AlGaN 的覆盖层的步骤包含形成临近所述覆盖层表面的AlxGa^N第一区域，其中x《1,以及形成在所述基于AlGaN的覆盖层内的AlyGa^N第二区域，其中 y<l且y〈x。41. 一种制作III族氮化物高电子迁移率晶体管的方法，包括 形成基于m族氮化物的沟道层； 在所述沟道层上形成基于III族氮化物的阻挡层；以及在所述阻挡层上形成基于m族氮化物的覆盖层，且所述覆盖层具 有与远离所述阻挡层的覆盖层表面临近的掺杂区。42. 如权利要求41所述的方法，其中所述掺杂区用n型掺杂物、 p型掺杂物和/或深层掺杂物进行摻杂。43. —种将宽带隙半导体器件表面钝化的方法，包括在所述宽 带隙半导体器件的宽带隙半导体材料的区域的至少 一部分表面上形成 石墨和/或非晶BN层。44. 如权利要求43所述的方法，其中所述宽带隙半导体器件包 括III族氮化物半导体器件。45. 如权利要求43所述的方法，其中所述宽带隙半导体器件包 括基于GaN的半导体器件。46. 如权利要求43所述的方法，其中所述宽带隙半导体器件包 括m族氮化物高电子迁移率晶体管。47. 如权利要求43所述的方法，其中石墨和/或非晶BN层的形温度下进行。48. 如权利要求43所述的方法，其中石墨和/或非晶BN层的形 成在低于约1100。C的温度下进行。49. 如权利要求43所述的方法，其中石墨和/或非晶BN层的形 成在低于约1000。C的温度下进行。50. 如权利要求43所述的方法，其中石墨和/或非晶BN层的...

【专利技术属性】
技术研发人员：AW萨克斯勒，S谢泼德，RP史密斯，
申请(专利权)人：克里公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]