形成hemt半導(dǎo)體裝置的方法和用于其的結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】在一個(gè)實(shí)施方案中，HEMT半導(dǎo)體裝置包括可含有氧氣的隔離區(qū)，其中所述隔離區(qū)可完全將ALGaN和GaN層延伸至底層中。一種HEMT半導(dǎo)體裝置，包括：具有表面的半導(dǎo)體襯底；覆在所述半導(dǎo)體襯底的所述表面上的GaN層；接近所述GaN層的AlGaN層，其中所述GaN和AlGaN層的接近性及所述AlGaN層中材料的摩爾分?jǐn)?shù)被配置成在所述GaN層中形成二維電子氣；覆在所述AlGaN層上的電介質(zhì)層；以及從所述AlGaN層的表面延伸通過所述電介質(zhì)層的第一部分、通過所述AlGaN層、并延伸至所述GaN層的第一部分中的隔離區(qū)，所述隔離區(qū)形成環(huán)繞所述電介質(zhì)、GaN層和AlGaN層的第二部分的多連通區(qū)域，其中所述隔離區(qū)是通過在所述AlGaN層和GaN層的所述第一部分中形成氧原子、在所述AlGaN層和GaN層的所述第一部分中形成受主原子、或在所述AlGaN層和GaN層中的所述第一部分中破壞原子中的一個(gè)而形成的。
【專利說明】形成HEMT半導(dǎo)體裝置的方法和用于其的結(jié)構(gòu)
[0001]發(fā)明背景
[0002]本發(fā)明大體涉及電子產(chǎn)品，且更具體來講，涉及半導(dǎo)體、其結(jié)構(gòu)和形成半導(dǎo)體裝置的方法。
[0003]在過去，半導(dǎo)體工業(yè)利用各種不同的裝置結(jié)構(gòu)和方法以形成高電子遷移率(HEMT)的半導(dǎo)體裝置。一些裝置使用氮化鎵(GaN)作為半導(dǎo)體材料中的一個(gè)以實(shí)現(xiàn)高遷移率。GaN和其他HEMT裝置結(jié)合有在GaN層中的AlGaN/GaN界面區(qū)通過應(yīng)變和極化電荷轉(zhuǎn)移生成的二維電子氣(2DEG)。
[0004]這些現(xiàn)有結(jié)構(gòu)和裝置具有的一個(gè)問題是用于絕緣體和/或電介質(zhì)的材料不具有足夠高的介電常數(shù)(k)或經(jīng)常會(huì)在所得到的裝置中形成應(yīng)力。
[0005]因此，需要具有HEMT半導(dǎo)體裝置以及用于其的方法，其包括高介電常數(shù)的絕緣體和/或電介質(zhì)材料并會(huì)減少在裝置中的應(yīng)力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的HEMT半導(dǎo)體裝置的實(shí)施方案的一部分的實(shí)例的放大平面圖；
[0007]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的HEMT半導(dǎo)體裝置的實(shí)施方案的一部分的實(shí)例的放大剖視圖；以及
[0008]圖3示出了為根據(jù)本發(fā)明的圖2所示的半導(dǎo)體裝置的替代實(shí)施方案的HEMT半導(dǎo)體裝置的實(shí)施方案的一部分的實(shí)例的放大剖視圖。
[0009]為了插圖的簡單和清楚起見，除非另有說明，附圖中的元件不一定要按比例繪制，且不同附圖中的相同參考號(hào)表示相同的元件。此外，省略了眾所周知的步驟和內(nèi)容的描述和細(xì)節(jié)以實(shí)現(xiàn)描述的簡單性。如本文所使用的，載電流電極表示載有通過裝置，如MOS晶體管的柵極或漏極或雙極型晶體管的發(fā)射極或集電極或二極管的陰極或陽極的電流的裝置的元件，且控制電極表示控制通過裝置，如MOS晶體管的柵極或雙極型晶體管的基極電流的裝置的元件。雖然在本文中裝置被解釋為某種N-通道或P-通道裝置，或某種N型或P型摻雜區(qū)，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)理解也可根據(jù)本發(fā)明使用互補(bǔ)裝置。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員明白導(dǎo)通類型是指通過其發(fā)生導(dǎo)通的機(jī)制，如通過孔或電子的導(dǎo)通，因此，導(dǎo)通類型不是指摻雜濃度，而是摻雜類型，如P型或N型。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，如本文所使用的涉及電路運(yùn)行的詞語在……期間、當(dāng)……的時(shí)候和在……的時(shí)候并不是表示在進(jìn)行開始動(dòng)作的同時(shí)發(fā)生一個(gè)動(dòng)作的準(zhǔn)確的術(shù)語，反而其中可能會(huì)出現(xiàn)一些小的但卻合理的延遲，如開始動(dòng)作引起的反應(yīng)之間的各種傳播延遲。此外，術(shù)語當(dāng)……的時(shí)候表示某個(gè)動(dòng)作至少發(fā)生在開始動(dòng)作的持續(xù)時(shí)間中的某個(gè)部分中。詞語大約或大致的使用表示元件的值具有預(yù)期會(huì)接近設(shè)定值或位置的參數(shù)。但是，如在本領(lǐng)域中所公知的，總會(huì)存在阻止值或位置與設(shè)定的完全相同的小差異。在本領(lǐng)域中公認(rèn)的是多達(dá)至少為百分之十(10%)(以及多達(dá)百分之二十(20%)的半導(dǎo)體摻雜濃度)的差異是相對(duì)于完全如本文所述的理想目標(biāo)的合理差異。在權(quán)利要求和/或在【具體實(shí)施方式】中的術(shù)語第一、第二、第三等，如在元件名稱的一部分中所使用的，是用于區(qū)別類似的元件且不一定是以等級(jí)或任何其他方式按時(shí)間和空間描述順序。應(yīng)理解的是這樣使用的術(shù)語在適當(dāng)?shù)那闆r下是可以互換的，且本文所述的實(shí)施方案能夠以不同于本文所述或所述順序的其他順序而進(jìn)行操作。為清楚起見，裝置結(jié)構(gòu)的摻雜區(qū)被示為具有大致為直線的邊緣和具有精確角度的角。然而，那些熟練的技術(shù)人員要理解，由于摻雜劑和擴(kuò)散和激活，摻雜區(qū)的邊緣通常可能不是直線且角可能不具有精確的角度。
[0010]此外，該描述闡明了蜂窩式設(shè)計(jì)(其中的本體區(qū)為多個(gè)蜂窩區(qū))而不是單體設(shè)計(jì)(其中本體區(qū)包括以細(xì)長的方式，通常是蜿蜒的方式形成的單個(gè)區(qū)域)。然而，該描述旨在可同時(shí)適用于蜂窩式實(shí)施方式和單基實(shí)施方式。

【具體實(shí)施方式】
[0011]圖1示出了具有改善的隔離的HEMT半導(dǎo)體裝置的實(shí)施方案的一部分的實(shí)例的放大平面圖。在一個(gè)非限制性示例實(shí)施方案中，HEMT半導(dǎo)體裝置為具有改善的隔離的HEMT晶體管10，其能夠承受在晶體管10的電極之間施加的大于約100伏(100V)的差分電壓。在一些實(shí)施方案中，晶體管10能夠承受大于600伏(600V)且高達(dá)幾千伏的電壓，如在一些實(shí)施方案中承受高達(dá)3000伏(3000V)的電壓。晶體管10包括有源區(qū)域或有源區(qū)29，其通常以箭頭表示；以及位于區(qū)域29之外的無源區(qū)域。
[0012]圖2示出了沿圖1的剖面線2-2的晶體管10的實(shí)施方案的一部分的實(shí)例的放大剖視圖。該描述參照了圖1和圖2。晶體管10形成在半導(dǎo)體襯底11上。襯底11通常具有多層。在一個(gè)實(shí)施方案中，襯底11包括大塊襯底13，在其上形成有覆在襯底13上的多個(gè)半導(dǎo)體層。襯底13可以是許多不同的大塊襯底中的一個(gè),該大塊襯底包括娃、絕緣體上的娃(SOI)、化合物半導(dǎo)體材料如任何第II1-V或I1-VI族的材料、陶瓷、金屬或各種其他襯底材料。
[0013]實(shí)施方案可包括在襯底13上形成可選的成核層14。成核層14可包括GaN或AlGaN層或其組合或其他合適的元件?？稍趯?4上形成緩沖層16或如果層14省略了，則可在襯底13上形成緩沖層16。緩沖層16和層14可通過已知的外延形成技術(shù)而被形成為外延層。在一些實(shí)施方案中，緩沖層16充當(dāng)過渡層以減少襯底13的材料和晶體管10的覆層之間的應(yīng)變。在一個(gè)示例實(shí)施方案中，緩沖層16可包括AlGaN層，其具有根據(jù)距襯底13的距離而變化的Al摩爾分?jǐn)?shù)，例如減少Al摩爾分?jǐn)?shù)以增加距襯底13的距離)。晶體管10通常還包括覆在緩沖層16上的通道層17以及覆在通道層17上的阻擋層22。在一個(gè)實(shí)施方案中，層17和22還可被形成為外延層。實(shí)施方案包括形成作為AlGaN層的阻擋層22并形成作為GaN層的通道層17。在優(yōu)選實(shí)施方案中，在通道層17上形成阻擋層22?？稍谕ǖ缹?7和阻擋層22之間形成可選的間隔層21。實(shí)施方案包括形成作為AlN層的層21。至少一個(gè)絕緣體或電介質(zhì)層23形成在或覆在阻擋層22上以使阻擋層22與用于形成源、漏和/或柵導(dǎo)體或電極的導(dǎo)體或電極相絕緣，且可能與位于晶體管10外部的其他電氣元件或裝置，如襯底11上的其他HEMT裝置相絕緣。絕緣體層23可包括多個(gè)絕緣體或電介質(zhì)層和不同的絕緣體或電介質(zhì)材料，如S1pS1xNpSixNpAlxOpHFOpZRC^P /或其他。在一個(gè)實(shí)施方案中，開口可通過絕緣體23而形成以暴露要形成源、漏和柵電極的阻擋層22的表面。之后，可應(yīng)用導(dǎo)體材料并對(duì)其進(jìn)行圖案化(或可選的掩模圖案化)以形成電性和機(jī)械性接觸層22的源電極26、漏電極27和柵電極28。在另一實(shí)施方案中，柵電極可使用不同于源和漏電極的導(dǎo)體材料。在另一實(shí)施方案中，在形成電極28前，可在層22和下面的電極28上形成柵絕緣體。
[0014]如通常以虛線19所示，用于形成層17和22的材料在接近層17和22的界面區(qū)處形成應(yīng)變誘導(dǎo)量子阱。接近層17和22有助于形成大致從層17連續(xù)至層22的量子阱，在一些實(shí)施方案中，層21的材料有益于量子阱的連續(xù)性。量子阱可形成有大約為百分之五至三十五(5%-35%)的Al含量且通?？晌挥诩s百分之二十(20%)的范圍中。通常以虛線19所示的二維電子氣(2DEG) —般形成于量子阱的區(qū)域中。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，盡管所述的示例實(shí)施方案包括GaN和AlGaN層以形成二維電子氣，其他材料，如其他化合物半導(dǎo)體材料，包括其他第II1-V和I1-VI族化合物材料也可用于協(xié)助形成二維電子氣。在量子阱中誘導(dǎo)的電荷能在量子阱中引起電流流動(dòng)(如靠近虛線19的區(qū)域或位于該區(qū)域中)。
[0015]形成延伸至晶體管10的結(jié)構(gòu)中的隔離區(qū)34以使漏電流最小化，漏電流可能是通過二維電子氣的部分而形成的且可沿有源區(qū)29的外周39逸出。在不具有區(qū)域34的情況下，漏電流可在外部從有源區(qū)29流至晶體管10。這種漏電流可降低晶體管10的高電壓擊穿特性。優(yōu)選地，形成隔離區(qū)34以使通道區(qū)的任何部分在區(qū)域34和形成二維電子氣區(qū)域的地方所形成的結(jié)構(gòu)中的暴露最小化。這使得可存在于晶體管10周邊，如周邊39的電子泄露最小化。例如，我們可以說，盡管所示的晶體管10具有覆在層17上的層22，但只要在層17和22接近處具有界面區(qū)，其位置就可發(fā)變化，從而使材料的帶隙被配置成形成二維電子氣。例如，層17可形成在層22上。延伸柵電極28，從而使遠(yuǎn)端邊緣至少覆在區(qū)域34(圖1)的邊緣上甚或延伸至覆在區(qū)域34的更多部分上(如虛線所示)，這也可有益于減少漏電流。
[0016]本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，通常，隔離區(qū)34被形成為在結(jié)構(gòu)的中心具有開口的大致連續(xù)的結(jié)構(gòu)，例如，包括封閉的多邊形的多連通區(qū)域，其中該結(jié)構(gòu)圍繞晶體管10的部分，從而使GaN和AlGaN中的大部分位于結(jié)構(gòu)的開口中。雖然區(qū)域34被描述為大致連續(xù)的結(jié)構(gòu)，但可以設(shè)想結(jié)構(gòu)中具有小開口或空間(如小于總外圍的約百分之一或二 [1_2%]的空間)的結(jié)構(gòu)仍將被視為大致連續(xù)的。區(qū)域34可具有不同于圖1所示的平行四邊形的形狀，包括圓形或不規(guī)則形狀。在大多數(shù)的實(shí)施方案中，晶體管10源極和漏極至少有部分位于結(jié)構(gòu)的開口中。在一些實(shí)施方案中，襯底可作為晶體管的源極，因此，所有源極均可位于結(jié)構(gòu)的開口內(nèi)部。本領(lǐng)域的技術(shù)人員也將理解，也可在多連通區(qū)域中形成其他裝置，包括無源裝置，如電阻器和/或電容器。
[0017]通常，在形成金屬互連導(dǎo)體之前，例如，在形成電極26-28之前，在電介質(zhì)層23上的晶體管10的層上形成隔離區(qū)34。也可在形成場板，如場板31-32之前形成隔離區(qū)34。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，板31-32中的一個(gè)和所有可包括多層，如交替層的導(dǎo)體和絕緣體，且該裝置10可包括兩個(gè)以上的場板。
[0018]可形成隔離區(qū)34以延伸通過形成二維電子氣的層22和17的界面區(qū)。在一個(gè)實(shí)施方案中，形成區(qū)域34以從電介質(zhì)層23的至少一表面延伸通過層22且通過將形成二維電子氣的界面區(qū)而至少延伸至層17中，例如延伸至虛線45所示的深度。在一些實(shí)施方案中，區(qū)域34可進(jìn)一步地延伸至層17中，且在一些實(shí)施方案中，可延伸至觸及緩沖層或可替代地延伸至少一段距離以延伸至緩沖層16中。在一個(gè)實(shí)施方案中，至少層17和22的部分在隔離區(qū)34所形成的多連通結(jié)構(gòu)的外面延伸。在另一實(shí)施方案中，形成層17、22和23。實(shí)施方案可包括在移除位于有源區(qū)29外部的層23、22、21或17的部分前形成區(qū)域34。
[0019]本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，盡管區(qū)域34被示為具有基本垂直的側(cè)壁(S)，在其它實(shí)施方案中，區(qū)域34可具有傾斜的側(cè)壁(S)，從而在隨延伸至晶體管10中的深度的增加，減少有源區(qū)29的寬度或可替代地，可隨深度的增加而增加有源區(qū)29的寬度。例如，可通過以相對(duì)于晶體管10頂面的一個(gè)角度植入原子而形成區(qū)域34。
[0020]在一個(gè)實(shí)施方案中，形成區(qū)域34可包括至少將氧離子植入層22以及圍繞或包圍有源區(qū)29的層17頂部的大部分中?？赏ㄟ^一次植入操作或多次植入操作植入氧原子，從而在所需的深度形成隔離區(qū)。在一個(gè)實(shí)施方案中，氧離子活躍地與鎵和/或GaN和/或AlGaN層中的鋁原子相結(jié)合以形成高度絕緣的氧化物，從而形成高完整性的隔離區(qū)。在一個(gè)非限制性的示例實(shí)施方案中，氧離子進(jìn)行結(jié)合以形成氧化物，如Ga2O3和/或Al2O3和/或其子-氧化物。這些氧化物使電流在高場條件下的泄露最小化并簡化了晶圓處理和靜電釋放(ESD)的性能。隔離區(qū)34增加了晶體管10的擊穿電壓并提供了在晶體管10的柵極-漏極和/或柵極-源極電極之間的至少為100伏(100V)的差分電壓上的操作。通常，也可將氧原子植入并通過層23。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，氧原子可能不會(huì)改變層23的材料特性且植入氧原子的層23的部分為區(qū)域34的一部分。
[0021]在高電壓下，隔離區(qū)34可以比其他隔離區(qū)，如使用氧所形成的隔離區(qū)或可創(chuàng)建其他泄漏路徑的機(jī)械溝更加有效，或需要額外的鈍化層。隔離區(qū)34具有高于現(xiàn)有隔離結(jié)構(gòu)的介電常數(shù)并使晶體管10中的應(yīng)力最小化。
[0022]在另一實(shí)施方案中，可通過植入破壞至少層17和22的材料和在材料中形成重組位點(diǎn)的種類的原子而形成區(qū)域34。重組位點(diǎn)可包括被破壞和/或替換的層22和17的原子且其結(jié)果是具有能接收電子的懸空鍵位點(diǎn)。例如，破壞可能導(dǎo)致Ga原子具有能接收自由電子的未滿足鍵。這種植入材料包括植入氦(He)、氫(H)、鐵(Fe)、氬(Ar)、氮(N)、碳(C)、鎂(Mg)和其他產(chǎn)生破壞的元素。植入材料還可包括這種元素的組合，例如N+He、N+H等。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，破壞層17和22材料的種類的原子通常是通過位于區(qū)域34中的層23的部分而植入的。位于區(qū)域34中的層23的部分繼續(xù)充當(dāng)絕緣體或電介質(zhì)。
[0023]在另一實(shí)施方案中，形成區(qū)域34可包括形成能至少在層22和17的部分中充當(dāng)受主的元素的原子。這種受主元素包括具有自由位點(diǎn)以接收電子的元素的原子。受主原子的一些實(shí)例包括源自周期表的第II族的元素，如鋅、鎘、鈹、鎂、鈣等。受主原子形成接受或捕獲電子并使至位于有源區(qū)29外部區(qū)域的漏電流最小化的重組中心。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，受主原子通常是通過位于區(qū)域34中的層23的一部分而植入的。位于區(qū)域34中的層23部分中的受主原子充當(dāng)受主，如同其將位于層17或22中一樣。
[0024]在形成晶體管10以具有至少為一百伏(100V)差分擊穿電壓的一個(gè)示例實(shí)施方案中，形成區(qū)域34以具有大約為二(2)微米的寬度，優(yōu)選為不少于約一至二(1-2)微米的寬度。實(shí)施方案可包括具有高達(dá)一(I)毫米寬度的區(qū)域34。在一個(gè)實(shí)施方案中，植入的原子可具有約為1E13-1E16原子/cm2的有效濃度。一個(gè)實(shí)施方案可包括以1-1OOOKeV的能量按約為1E11-1E16原子/cm2的劑量植入原子。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，該能量可能會(huì)高于用于其他裝置設(shè)計(jì)的能量。
[0025]圖3示出了晶體管10的替代實(shí)施方案的一部分的實(shí)例的放大剖視圖。在其他實(shí)施方案中，隔離區(qū)34可進(jìn)一步地延伸至晶體管10的結(jié)構(gòu)中。例如，區(qū)域34可延伸通過層17并延伸至層16中或可延伸通過層16以至少觸及襯底13甚或延伸一段距離而延伸至襯底13中。
[0026]在一些實(shí)施方案中，可移除層23、22、21和17的部分以形成從襯底13及可選地從層16向遠(yuǎn)處延伸的臺(tái)式結(jié)構(gòu)40。通常，所移除的材料是以虛線43所示出的。臺(tái)式結(jié)構(gòu)40的外邊緣是通過邊緣41所示出的。在一些實(shí)施方案中，可能有鄰接邊緣41的層23、22、21和/或17的部分，且在一些實(shí)施方案中，可能不具有鄰接外邊緣41的層23、22、21和/或17的部分。在其他實(shí)施方案中，層23、22、21和17未被移除且保持延伸以覆在襯底13上，如虛線43所示。
[0027]如圖所示，在一個(gè)實(shí)施方案中，HEMT半導(dǎo)體裝置包括含有氧的隔離區(qū)。例如，含有氧以作為晶體管10材料中一些的氧化物的一部分。
[0028]從所有上述內(nèi)容可知，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，在一個(gè)實(shí)施方案中，一種形成HEMT半導(dǎo)體裝置的方法可包括:提供襯底；形成覆在襯底上的緩沖層；形成覆在襯底表面上的GaN層；形成覆在GaN層上的AlGaN層；以及將氧原子植入AlGaN和GaN層中的部分，以及緩沖層的一部分中。
[0029]在另一實(shí)施方案中，方法還可包括形成覆在AlGaN層上的電介質(zhì)層并將氧原子植入電介質(zhì)層。
[0030]方法的另一實(shí)施方案可包括在HEMT晶體管的源區(qū)和漏區(qū)外植入氧原子。
[0031]本領(lǐng)域的技術(shù)人員也將理解，一種HEMT半導(dǎo)體裝置可包括:具有表面的襯底?’覆在襯底表面上的GaN層；接近GaN層的AlGaN層，其中GaN和AlGaN層的接近性及AlGaN層中材料的摩爾分?jǐn)?shù)被配置成在GaN層中形成二維電子氣；以及位于GaN和AlGaN層的邊緣的隔離區(qū)，隔離區(qū)從AlGaN層表面延伸通過AlGaN層并延伸至GaN層的第一部分中，其中隔離區(qū)是通過在AlGaN和GaN層中形成氧原子、在AlGaN和GaN層中形成受主原子或在AlGaN和GaN層中破壞原子中的一個(gè)而形成的。
[0032]實(shí)施方案可包括，隔離區(qū)延伸通過GaN層并延伸至覆在半導(dǎo)體襯底上且位于GaN層之下的緩沖層中。
[0033]在另一實(shí)施方案中，HEMT半導(dǎo)體裝置可包括位于隔離區(qū)所形成的結(jié)構(gòu)內(nèi)部的HEMT晶體管的源區(qū)和漏區(qū)中的至少一部分。
[0034]本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，一種HEMT半導(dǎo)體裝置的實(shí)施方案可包括:
[0035]具有表面的半導(dǎo)體襯底；覆在半導(dǎo)體襯底表面上的GaN層；接近GaN層的AlGaN層，其中GaN和AlGaN層的接近性及AlGaN層中材料的摩爾分?jǐn)?shù)被配置成在GaN層中形成二維電子氣；覆在AlGaN層上的電介質(zhì)層；以及隔離區(qū)，其從AlGaN層的表面延伸通過電介質(zhì)層的第一部分、通過AlGaN層并延伸至GaN層的第一部分中，隔離區(qū)形成環(huán)繞電介質(zhì)、GaN和AlGaN層的第二部分的多連通區(qū)域，其中隔離區(qū)是通過在AlGaN和GaN層的第一部分中形成氧原子、在AlGaN和GaN層的第一部分中形成受主原子或在AlGaN和GaN層中的第一部分中破壞原子中的一個(gè)而形成的。
[0036]實(shí)施方案可包括，HEMT晶體管的源區(qū)和漏區(qū)的一部分可位于隔離區(qū)所形成的多連通區(qū)域中。
[0037]另一實(shí)施方案可包括覆在半導(dǎo)體襯底上且位于GaN層之下的緩沖層。
[0038] 在實(shí)施方案中，隔離區(qū)可延伸通過GaN層的第一部分并延伸至緩沖層的第一部分中。
[0039]實(shí)施方案可包括，GaN和AlGaN層的第三部分橫向延伸通過隔離區(qū)。
[0040]本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，一種形成HEMT半導(dǎo)體裝置的方法的實(shí)施方案可包括:
[0041]提供襯底；形成覆在襯底表面上的GaN層；形成接近GaN層并覆在襯底上的AlGaN層，其中AlGaN層包括被配置成在GaN層中形成二維電子氣的Al摩爾分?jǐn)?shù)；以及形成隔離區(qū)，其延伸通過AlGaN層和GaN層的界面區(qū)的第一部分以及至少達(dá)到二維電子氣，其中隔離區(qū)環(huán)繞AlGaN和GaN層的第二部分。
[0042]方法的實(shí)施方案可包括形成位于GaN層之上或之下中的一個(gè)的AlGaN層。
[0043]方法的另一實(shí)施方案還包括形成覆在襯底上并位于GaN層之下的緩沖層并形成延伸通過GaN層以及延伸至緩沖層或延伸至緩沖層中的一個(gè)的隔離區(qū)。
[0044]在實(shí)施方案中，方法可包括將氧原子植入AlGaN和GaN層的第一部分中并形成鋁或鎵中的至少一個(gè)的氧化物。
[0045]方法還包括實(shí)施方案，其包括形成覆在AlGaN層上的至少一個(gè)電介質(zhì)層并將氧原子植入電介質(zhì)層的部分中。
[0046]實(shí)施方案可包括形成含有S1x、S1xNy, SixNY、A1X0Y、HfOx, ZrOx, YOx中的一個(gè)的至少一層。
[0047]在實(shí)施方案中，方法可包括在隔離區(qū)中形成受主原子或在AlGaN和GaN層的第一部分中破壞原子中的一個(gè)。
[0048]方法的實(shí)施方案可包括形成覆在AlGaN層上的至少一個(gè)電介質(zhì)層且還包括在至少一個(gè)電介質(zhì)層的第一部分中形成受主原子或在至少一個(gè)電介質(zhì)層的第一部分中破壞原子中的一個(gè)，其中電介質(zhì)層是作為獨(dú)立于形成隔離區(qū)步驟的步驟而形成的。
[0049]在實(shí)施方案中，方法可包括植入元素周期表第II族中所列的至少一個(gè)元素的原子。
[0050]另一實(shí)施方案可包括植入氦(He)、氫(H)、鐵(Fe)、氬(Ar)、氮(N)、碳(C)或鎂(Mg)中的一個(gè)的原子。
[0051]實(shí)施方案可包括植入選自氦(He)、氫(H)、鐵(Fe)、氬(Ar)、氮(N)、碳(C)或鎂(Mg)的列表的元素中的至少兩個(gè)的原子。
[0052]另一實(shí)施方案可包括形成位于HEMT晶體管的漏區(qū)和源區(qū)的至少一部分之外的隔離區(qū)。
[0053]本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，一種形成HEMT半導(dǎo)體裝置的方法的實(shí)施方案可包括:提供襯底；形成覆在襯底上的多個(gè)第II1-V或I1-Vi族化合物半導(dǎo)體層，其中位于多個(gè)化合物半導(dǎo)體層的至少第一半導(dǎo)體層中的材料被配置成形成二維電子氣；以及形成延伸通過多個(gè)化合物半導(dǎo)體層的第一部分且至少達(dá)到二維電子氣的隔離區(qū)。
[0054]方法的另一實(shí)施方案還包括形成覆在多個(gè)化合物半導(dǎo)體層上的電介質(zhì)層，其中電介質(zhì)層是在獨(dú)立于形成隔離區(qū)步驟的步驟中形成的。
[0055]實(shí)施方案可包括形成接近AlGaN層的GaN層，其中在AlGaN層中的Al的摩爾分?jǐn)?shù)足以形成二維電子氣。
[0056]鑒于上述所有內(nèi)容，顯而易見的是公開了一種新型的裝置和方法。
[0057]根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種HEMT半導(dǎo)體裝置，包括:具有表面的半導(dǎo)體襯底；覆在所述半導(dǎo)體襯底的所述表面上的GaN層；接近所述GaN層的AlGaN層，其中所述GaN和AlGaN層的接近性及所述AlGaN層中材料的摩爾分?jǐn)?shù)被配置成在所述GaN層中形成二維電子氣；覆在所述AlGaN層上的電介質(zhì)層；以及從所述AlGaN層的表面延伸通過所述電介質(zhì)層的第一部分、通過所述AlGaN層、并延伸至所述GaN層的第一部分中的隔離區(qū)，所述隔離區(qū)形成環(huán)繞所述電介質(zhì)、GaN層和AlGaN層的第二部分的多連通區(qū)域，其中所述隔離區(qū)是通過在所述AlGaN層和GaN層的所述第一部分中形成氧原子、在所述AlGaN層和GaN層的所述第一部分中形成受主原子、或在所述AlGaN層和GaN層中的所述第一部分中破壞原子中的一個(gè)而形成的。
[0058]在一個(gè)實(shí)例中，HEMT晶體管的源區(qū)和漏區(qū)中至少有一部分位于由所述隔離區(qū)形成的所述多連通區(qū)域中。
[0059]在一個(gè)實(shí)例中，所述的HEMT半導(dǎo)體裝置還包括覆在所述半導(dǎo)體襯底上且位于所述GaN層之下的緩沖層，其中所述隔離區(qū)延伸通過所述GaN層的所述第一部分并延伸至所述緩沖層的第一部分中。
[0060]在一個(gè)實(shí)例中，所述GaN和AlGaN層的第三部分橫向延伸通過所述隔離區(qū)。
[0061]根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種形成HEMT半導(dǎo)體裝置的方法，包括:提供襯底；形成覆在所述襯底的表面上的GaN層；形成接近所述GaN層并覆在所述襯底上的AlGaN層，其中所述AlGaN層包括被配置成在所述GaN層中形成二維電子氣的Al摩爾分?jǐn)?shù)；以及
[0062]形成延伸通過所述AlGaN層和所述GaN層的界面區(qū)的第一部分且至少達(dá)到所述二維電子氣的隔離區(qū)，其中所述隔離區(qū)環(huán)繞所述AlGaN層和GaN層的第二部分。
[0063]在一個(gè)實(shí)例中，所述方法還包括形成位于所述GaN層之上或之下的所述AlGaN層。
[0064]在一個(gè)實(shí)例中，所述方法還包括形成覆在所述襯底上并位于所述GaN層之下的緩沖層，以及形成延伸通過所述GaN層并延伸至所述緩沖層或延伸至所述緩沖層中的一個(gè)的所述隔離區(qū)。
[0065]在一個(gè)實(shí)例中，其中形成所述隔離區(qū)包括將氧原子植入所述AlGaN層和GaN層的所述第一部分中并形成鋁或鎵中的至少一個(gè)的氧化物。
[0066]在一個(gè)實(shí)例中，所述方法還包括形成覆在所述AlGaN層上的至少一個(gè)電介質(zhì)層以及將所述氧原子植入所述電介質(zhì)層的部分中。
[0067]在一個(gè)實(shí)例中，形成所述至少一個(gè)電介質(zhì)層包括形成含有S1x、S1xNy, SixNy,AIxOy, HfOx, ZrOx, YOx 中的一個(gè)的至少一層。
[0068]在一個(gè)實(shí)例中，形成所述隔離區(qū)包括在所述隔離區(qū)中形成受主原子或在所述AlGaN層和GaN層的所述第一部分中破壞原子中的一個(gè)。
[0069]在一個(gè)實(shí)例中，所述方法還包括形成覆在所述AlGaN層上的至少一個(gè)電介質(zhì)層，且還包括在所述至少一個(gè)電介質(zhì)層的第一部分中形成受主原子或在所述至少一個(gè)電介質(zhì)層的所述第一部分中破壞原子中的一個(gè)，其中所述電介質(zhì)層是作為獨(dú)立于形成所述隔離區(qū)步驟的步驟而形成的。
[0070]在一個(gè)實(shí)例中，在所述隔離區(qū)中形成所述受主原子包括植入元素周期表第II族中所列的至少一種元素的原子。
[0071]在一個(gè)實(shí)例中，在所述AlGaN層和GaN層的所述第一部分中破壞原子包括植入氦(He)、氫(H)、鐵(Fe)、氬(Ar)、氮(N)、碳(C)或鎂(Mg)中的一種的原子。
[0072]在一個(gè)實(shí)例中，在所述AlGaN層和GaN層的所述第一部分中破壞原子包括植入選自氦(He)、氫(H)、鐵(Fe)、氬(Ar)、氮(N)、碳(C)或鎂(Mg)的列表中的元素中的至少兩種元素的原子。
[0073]在一個(gè)實(shí)例中，形成所述隔離區(qū)包括形成位于HEMT晶體管的漏區(qū)和至少一部分源區(qū)之外的所述隔離區(qū)。
[0074]根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種形成HEMT半導(dǎo)體裝置的方法，包括:提供襯底；形成覆在所述襯底上的多個(gè)II1-V或I1-Vi族化合物半導(dǎo)體層，其中位于所述多個(gè)化合物半導(dǎo)體層的至少第一半導(dǎo)體層中的材料被配置成形成二維電子氣；以及形成延伸通過所述多個(gè)化合物半導(dǎo)體層的第一部分且至少達(dá)到所述二維電子氣的隔離區(qū)。
[0075]在一個(gè)實(shí)例中，所述方法還包括形成覆在所述多個(gè)化合物半導(dǎo)體層上的電介質(zhì)層，其中所述電介質(zhì)層是在獨(dú)立于形成所述隔離區(qū)步驟的步驟中形成的。
[0076]在一個(gè)實(shí)例中，形成所述多個(gè)化合物半導(dǎo)體層包括形成接近AlGaN層的GaN層，其中在所述AlGaN層中的Al的摩爾分?jǐn)?shù)足以形成所述二維電子氣。
[0077]雖然關(guān)于具體的優(yōu)選實(shí)施方案和示例實(shí)施方案描述了所描述的主題，但上述關(guān)于其的附圖和描述僅描繪了該主題的典型和示例實(shí)施方案且因此不被認(rèn)為是限制其范圍，且對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說顯而易見的是也可具有許多替代方案和變化。例如，該描述使用晶體管結(jié)構(gòu)以闡明主題，但是，方法和結(jié)構(gòu)也適用于其他HEMT裝置，例如二極管或MESHEMT (金屬半導(dǎo)體高電子遷移率晶體管)。為了說明清楚，闡明了優(yōu)選實(shí)施方案中，但是其他實(shí)施方案也是可能的。
[0078]如下列權(quán)利要求所反映的，發(fā)明性的方面在于單個(gè)前面所公開實(shí)施方案中的部分特性。因此,下文所表達(dá)的權(quán)利要求據(jù)此明確地并入本【具體實(shí)施方式】中，且每一個(gè)權(quán)利要求均是作為本發(fā)明的單獨(dú)實(shí)施方案而獨(dú)立存在的。此外，雖然本文所述的一些實(shí)施方案包括一些但不是在其他實(shí)施方案中包括的其他特性，但不同實(shí)施方案的特性的組合則意味著落在本發(fā)明的范圍中以及形成不同的實(shí)施方案，正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的那樣。
【權(quán)利要求】
1.一種HEMT半導(dǎo)體裝置，包括: 具有表面的半導(dǎo)體襯底； 覆在所述半導(dǎo)體襯底的所述表面上的GaN層； 接近所述GaN層的AlGaN層，其中所述GaN層和AlGaN層的接近性及所述AlGaN層中材料的摩爾分?jǐn)?shù)被配置成在所述GaN層中形成二維電子氣； 覆在所述AlGaN層上的電介質(zhì)層；以及 從所述AlGaN層的表面延伸通過所述電介質(zhì)層的第一部分、通過所述AlGaN層、并延伸至所述GaN層的第一部分中的隔離區(qū)，所述隔離區(qū)形成環(huán)繞所述電介質(zhì)層、GaN層和AlGaN層的第二部分的多連通區(qū)域，其中所述隔離區(qū)是通過在所述AlGaN層和GaN層的所述第一部分中形成氧原子 、在所述AlGaN層和GaN層的所述第一部分中形成受主原子、或在所述AlGaN層和GaN層的所述第一部分中破壞原子中的一個(gè)而形成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的HEMT半導(dǎo)體裝置，其中HEMT晶體管的源區(qū)和漏區(qū)中至少有一部分位于由所述隔離區(qū)形成的所述多連通區(qū)域中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的HEMT半導(dǎo)體裝置，還包括覆在所述半導(dǎo)體襯底上且位于所述GaN層之下的緩沖層，其中所述隔離區(qū)延伸通過所述GaN層的所述第一部分并延伸至所述緩沖層的第一部分中。
4.一種形成HEMT半導(dǎo)體裝置的方法，包括: 提供襯底； 形成覆在所述襯底的表面上的GaN層； 形成接近所述GaN層并覆在所述襯底上的AlGaN層，其中所述AlGaN層包括被配置成在所述GaN層中形成二維電子氣的Al摩爾分?jǐn)?shù)；以及 形成延伸通過所述AlGaN層和所述GaN層的界面區(qū)的第一部分且至少達(dá)到所述二維電子氣的隔離區(qū)，其中所述隔離區(qū)環(huán)繞所述AlGaN層和GaN層的第二部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中形成所述隔離區(qū)包括將氧原子植入所述AlGaN層和GaN層的所述第一部分中并形成鋁或鎵中的至少一個(gè)的氧化物。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中形成所述隔離區(qū)包括在所述隔離區(qū)中形成受主原子或在所述AlGaN層和GaN層的所述第一部分中破壞原子中的一個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括形成覆在所述AlGaN層上的至少一個(gè)電介質(zhì)層，且還包括在所述至少一個(gè)電介質(zhì)層的第一部分中形成受主原子或在所述至少一個(gè)電介質(zhì)層的所述第一部分中破壞原子中的一個(gè)，其中所述電介質(zhì)層是作為獨(dú)立于形成所述隔離區(qū)步驟的步驟而形成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中在所述隔離區(qū)中形成所述受主原子包括植入元素周期表第II族中所列的至少一種元素的原子。
9.一種形成HEMT半導(dǎo)體裝置的方法，包括: 提供襯底； 形成覆在所述襯底上的多個(gè)II1-V或I1-Vi族化合物半導(dǎo)體層，其中位于所述多個(gè)化合物半導(dǎo)體層的至少第一半導(dǎo)體層中的材料被配置成形成二維電子氣；以及 形成延伸通過所述多個(gè)化合物半導(dǎo)體層的第一部分且至少達(dá)到所述二維電子氣的隔離區(qū)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中形成所述多個(gè)化合物半導(dǎo)體層包括形成接近AlGaN層的GaN層，其中在所述AlGaN層中的Al的摩爾分?jǐn)?shù)足以形成所述二維電子氣。
【文檔編號(hào)】H01L29/778GK104051517SQ201410093897
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】小J·M·帕西, 劉春利, B·帕德瑪納伯翰 申請(qǐng)人:半導(dǎo)體元件工業(yè)有限責(zé)任公司