具有钝化的三价氮化物层的半导体结构及其制造方法技术

一种半导体结构，包括三价氮化物材料的层，所述层的至少一部分被钝化层覆盖，其中该钝化层包括在所述三价氮化物材料层的所述至少一部分上形成的第一SiN层和在所述第一SiN层上形成的第二SiN层；该第一SiN层具有第一厚度并在该结构中产生拉伸应力，该第二SiN层具有第二厚度并在该结构中产生压缩应力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2014年5月8日提交的美国专利申请系列号14/272,993的优先权和权利，该专利申请以引用方式整体并入本文。
本公开的技术涉及包括钝化的三价氮化物层的半导体结构如晶体管，以及其制造方法。
技术介绍
包括三价氮化物层的半导体结构如GaN晶体管可被用于高功率、高频率和高温应用中。GaN晶体管通常基于GaN区域（通常称为通道层）和上覆的AlGaN区域或层（通常称为阻挡层）之间形成异质结。在AlGaN区域的上表面上形成强粘着性钝化层，对于该结构的性能是重要的。但是，钝化层会导致多种技术问题。例如，GaN晶体管可能包括被SiN钝化层覆盖的AlGaN阻挡层。该晶体管还可能包括位于AlGaN阻挡层和该晶体管的栅极之间的栅极绝缘层，以防止AlGaN阻挡层和该栅极之间的泄漏电流。有多种沉积的介电层可用于形成栅极绝缘层。这些沉积的栅极绝缘物包括AlN、SiN、Al2O3、HfO2、MgO、Gd2O3、Ga2O3、ScO2、SiO2和/或它们的组合。但是，沉积栅极绝缘物通常需要至少一个高温工艺步骤，这会使AlGaN的SiN钝化层劣化。已发现通过PECVD（等离子体增强化学气相沉积）在AlGaN层上形成的SiN钝化层最适合用于钝化AlGaN阻挡层。PECVD沉积的SiN层通常在低于400ºC的温度下进行沉积。但是，PECVD沉积的SiN层可能与底下的半导体层的附着性差，并且在形成氮化硅钝化层之后进行的高温工艺步骤极有可能使SiN钝化层与AlGaN层分层。具体地讲，在制造GaN晶体管的示例性情况中，如果栅极绝缘物要在SiN钝化层之后形成，则必须十分小心以避免SiN钝化层与AlGaN层分层，而这造成制造过程产量降低和性能下降。已知用能提高该SiN层的温度稳定性的MOCVD（金属有机化学气相沉积）SiN层来钝化半导体结构的三价氮化物层，例如从以下文献已知：ICPS2012poster278“InAlGaN/AlNGaN-HEMTswithIn-SituSiNPassivation”（ICPS2012年海报278，“具有原位SiN钝化的InAlGaN/AlNGaN-HEMT”）；或者CSMANTECH2010page225“GaN-on-SiforPowerConversion”（CSMANTECH，2010年，第225页，“用于功率转换的硅基氮化镓”）。LPCVD（低压化学气相沉积）SiN对AlGaN/GaN的钝化效应例如在以下文献中有描述：“GrowthandpassivationofAlGaN/GaNheterostructures”byJ.R.ShealyetalinCrystalGrowth250,2003page7-13（J.R.Shealy等人，“AlGaN/GaN异质结构的生长和钝化”，《晶体生长》，2003年，第250卷，第7-13页）；及IEEETransactionsonelectronicdevicesvol.58no.1,2011,page87-94（《IEEE电子器件学报》，第58卷，第1期，2011年，第87-94页）。2012年器件研究会议(2012DRC)文集第75-76页中的文章“440VAlSiN-PassivatedAlGaN/GaNHighElectronMobilityTransistorwith40GHzBandwidth”（“440VAlSiN钝化的具有40GHz带宽的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管”）报道了LPCVDAlSiN钝化的AlGaN/GaNHEMT（尽管在台式晶体管(mesa)之后沉积），接着是欧姆触点，然后是PECVDSiN和Schottky栅极，以及具有Lg0.5um的440VVbd和具有Lg1um的470V（S-G间隔1um；G-D间隔5um）。但是，本专利技术人已发现，与PECVDSiN钝化相比，GaN晶体管的单独钝化LPCVD或MOCVDSiN层的动态性能削弱。因此，对于结合LPCVD/MOCVDSiN和LPCVDSiN的优点的三价氮化物材料的钝化方案存在着需求。
技术实现思路
本公开涉及一种半导体结构，其具有三价氮化物材料的钝化层，该钝化层包括产生拉伸应力的第一SiN层和产生压缩应力的第二SiN层，该第二SiN层覆盖该第一SiN层。根据本公开的一个实施方案，该第一SiN层可通过MOCVD或LPCVD形成，该第二SiN层可通过PECVD形成。本公开的一个实施方案涉及一种半导体结构，其包括三价氮化物材料的层；所述层的至少一部分被钝化层覆盖，其中该钝化层包括在所述三价氮化物材料层的所述至少一部分上形成的第一SiN层，和在所述第一SiN层上形成的第二SiN层；该第一SiN层具有第一厚度并在该结构中产生拉伸应力，该第二SiN层具有第二厚度并在该结构中产生压缩应力。根据本公开的一个实施方案，该三价氮化物材料是AlGaN。根据本公开的一个实施方案，该第一SiN层通过MOCVD或LPCVD形成。根据本公开的一个实施方案，该第二SiN层通过PECVD形成。根据本公开的一个实施方案，该第一SiN层具有小于1的Si/N比，该第二SiN层具有大于1的Si/N比。根据本公开的一个实施方案，该第一SiN层具有小于5%的H含量，该第二SiN层具有大于5%的H含量。根据本公开的一个实施方案，该第一SiN层包含44.2%的Si、54.7%的N、0.6%的H和0.5%的Cl，该第二SiN层包含43.5%的Si、33.5%的N和23%的H。根据本公开的一个实施方案，该第一SiN层在高于600ºC的温度下形成，该第二SiN层在低于400ºC的温度下形成。根据本公开的一个实施方案，该第一SiN层为2~50nm厚，该第二SiN层为50~200nm厚。根据本公开的一个实施方案，该半导体结构包括使用该三价氮化物材料层作为阻挡层的晶体管；该晶体管包括在该第一和第二SiN层之后形成的栅极绝缘层。本公开的一个实施方案涉及一种制造半导体结构的方法，该方法包括形成三价氮化物材料的层；用第一SiN层覆盖所述三价氮化物材料层的至少一部分，该第一SiN层具有第一厚度并在该结构中产生拉伸应力；并用第二SiN层覆盖该第一SiN层，该第二SiN层具有第二厚度并在该结构中产生压缩应力。根据本专利技术的一个实施方案，该三价氮化物材料是AlGaN。根据本专利技术的一个实施方案，该方法包括通过MOCVD或LPCVD形成该第一SiN层。根据本专利技术的一个实施方案，该方法包括通过PECVD形成该第二SiN层。根据本专利技术的一个实施方案，该方法包括形成具有小于1的Si/N比的该第一SiN层和具有大于1的Si/N比的该第二SiN层。根据本专利技术的一个实施方案，该方法包括形成具有小于5%的H含量的该第一SiN层和具有大于5%的H含量的该第二SiN层。根据本公开的一个实施方案，该方法包括形成具有44.2%的Si、54.7%的N、0.6%的H和0.5%的Cl的该第一SiN层和形成具有43.5%的Si、33.5%的N和23%的H的该第二SiN层。根据本专利技术的一个实施方案，该方法包括在高于600ºC的温度下形成该第一SiN层和在低于400ºC的温度下形成该第二SiN层。根据本公开的一个实施方案，该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体结构，包括三价氮化物材料的层；所述层的至少一部分被钝化层覆盖，其中所述钝化层包括：在所述三价氮化物材料层的所述至少一部分上形成的第一SiN层，所述第一SiN层具有第一厚度并在所述结构中产生拉伸应力；和在所述第一SiN层上形成的第二SiN层，所述第二SiN层具有第二厚度并在所述结构中产生压缩应力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.08 US 14/272,9931.一种半导体结构，包括三价氮化物材料的层；所述层的至少一部分被钝化层覆盖，其中所述钝化层包括：在所述三价氮化物材料层的所述至少一部分上形成的第一SiN层，所述第一SiN层具有第一厚度并在所述结构中产生拉伸应力；和在所述第一SiN层上形成的第二SiN层，所述第二SiN层具有第二厚度并在所述结构中产生压缩应力。2.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述三价氮化物材料是AlGaN。3.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述第一SiN层通过MOCVD或LPCVD形成。4.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述第二SiN层通过PECVD形成。5.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述第一SiN层具有小于1的Si/N比，所述第二SiN层具有大于1的Si/N比。6.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述第一SiN层具有小于5%的H含量，所述第二SiN层具有大于5%的H含量。7.根据权利要求1所述的半导体结构，其中：所述第一SiN层包含44.2%的Si、54.7%的N、0.6%的H和0.5%的Cl；且所述第二SiN层包含43.5%的Si、33.5%的N和23%的H。8.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述第一SiN层在高于600ºC的温度下形成，并且其中所述第二SiN层在低于400ºC的温度下形成。9.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述第一SiN层为2~50nm厚，所述第二SiN层为50~200nm厚。10.根据权利要求1所述的半导体结构，包括使用所述三价氮化物材料层作为阻挡层的晶体管，所述晶体管...

【专利技术属性】
技术研发人员：储荣明，陈旭，
申请(专利权)人：美国休斯研究所，
类型：发明
国别省市：美国;US