[发明专利]高速大功率氮化物半导体器件及其制造方法

说明书

相关申请

本发明基于2006年12月28日提交的，申请号为2006-353980的日本专利申请，并要求其优先权，将其全部内容作为参考援引于此。

技术领域

本发明涉及一种半导体器件及其制造方法，更特别地涉及一种使用氮化物半导体，例如，氮化镓(GaN)的半导体器件。本发明可应用于一种氮化物半导体器件，特别地，应用于一种高电压击穿氮化物半导体器件。

背景技术

一些用于移动电话基站和卫星通信的晶体管需要实现高温操作，高速切换和大功率运行。氮化物半导体，通常为氮化镓(GaN)、氮化铝(AIN)、氮化铟(InN)及其混合晶体，由于其优良的性能已经被关注作为高输出功率器件和短波长发光器件的材料。在应用场效应晶体管、特别是高电子迁移率晶体管(HEMT’s)作为高输出功率器件方面已经有大量的研究报告。正在研究中的典型的HEMT’s是使用GaN层作为沟道层和使用n型氮化铝镓(AlGaN)层作为载子(电子)提供层的HEMT。

JP-A-2004-186679公开了一种方法，包括以下步骤：通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)法将非晶GaN层沉积在c平面蓝宝石衬底上；通过加热到950℃-1050℃形成晶体GaN缓冲层；在晶体GaN缓冲层上形成GaN成长晶核(growth nuclei)；通过MOCVD法形成厚度为100nm或更厚的GaN沟道层、厚度为10nm-20nm的Si掺杂n型AlGaN载子提供层以及厚度为10nm-20nm的Si掺杂n型GaN接触层；形成源极/漏极；然后在栅极形成区中蚀刻n型GaN接触层；在氮气气氛中实施退火工艺；以及形成栅极。它还公开了如果使用碳化硅(SiC)衬底，优选形成AlN缓冲层。

国际公开WO2004-066393公开了通过由多个Al(ln，B)GaN层(例如，交替堆叠AlN层，p-型GaN层和GaN层)堆叠形成的缓冲层，而在Si衬底上形成GaN器件层，并且还公开了使用氧化硅膜覆盖器件层的表面，图案化氧化硅层以形成开口，以及在该开口中形成电极。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种具有更好的电性能的氮化物半导体器件，包括：

衬底，能够在其上外延生长氮化物半导体层；

半导体叠层，在所述衬底上形成，并包括氮化物半导体的沟道层；

源极和漏极，在所述半导体叠层上形成并与所述沟道层欧姆接触；

绝缘层，在所述半导体叠层上形成，并且具有开口、总厚度部分以及过渡部分，所述开口位于栅极接触区上，所述总厚度部分在与所述开口相隔的区域中有着平坦表面和总厚度，以及所述过渡(transient)部分位于所述开口和所述总厚度部分之间，所述绝缘层的面向所述开口的侧壁陡峭上升到所述总厚度的部分厚度；以及

T形栅极，与所述半导体叠层在所述开口内接触，并且在所述绝缘膜上延伸到具有增加厚度的相对部分，该增加厚度比所述部分厚度更厚。

根据本发明的另一方面，提供了一种氮化物半导体器件的制造方法，包括以下步骤：

(a)在衬底上外延生长包括氮化物半导体层的半导体叠层；

(b)形成分别与所述半导体叠层欧姆接触的源极和漏极；

(c)在所述半导体叠层上形成绝缘保护层；

(d)使用抗蚀剂掩模蚀刻所述绝缘保护层以形成开口部分，所述绝缘保护层具有在开口边缘陡峭升高到所述绝缘保护膜的总厚度的部分厚度的侧壁，并且通过过渡(transiton)部分达到总厚度部分，所述过渡部分的厚度随着距开口边缘的距离的增加而单调(monotonously)增大；

(e)形成在所述开口内与所述半导体叠层接触的栅极，并且该栅极在所述绝缘保护膜上延伸到增加厚度的部分，该增加厚度比所述部分厚度更厚。

在本发明的实施例中所提供的氮化物半导体器件，在栅极/漏极两个端点之间的反方向漏电流最小，且难以发生介电击穿。

附图说明

图1A到图1C是示出本发明制造的第一和第二样例(即HEMT的对比实例)以及第三样例(即第一实施例的样例)的结构的剖面图。

图2A到图2F是示出第三样例(即第一实施例的HEMT)的制造工艺的剖面图。

图3A和图3B是示出第一样例的制造工艺的剖面图。

图4A和图4B是示出第二样例的制造工艺的剖面图。

图5A到图5D是示出根据第二实施例的HEMT制造工艺的剖面图。

图6A到6D是示出根据第三实施例的HEMT制造工艺的剖面图。

图7A和7B是示出根据第四实施例的HEMT制造工艺的剖面图。