半导体装置和制作半导体装置的方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种半导体装置和一种制造所述半导体装置的方法。所述装置包括衬底，所述衬底具有位于一个或多个GaN层上的AlGaN层，以在所述AlGaN层和所述GaN层之间的界面处形成二维电子气。所述装置还包括源极触点。所述装置另外包括漏极触点。所述装置还包括位于所述源极触点和所述漏极触点之间的栅极触点。所述栅极触点包括栅极电极。所述栅极触点还包括位于所述栅极电极和所述AlGaN层之间的电绝缘层。所述绝缘层包括至少一个孔口，以允许在所述装置的关闭状态期间产生的空穴穿过所述栅极电极离开所述装置。

【技术实现步骤摘要】
半导体装置和制作半导体装置的方法
本说明书涉及一种半导体装置和一种制造半导体装置的方法。
技术介绍
近年来，GaN/AlGaN高电子迁移率晶体管(HEMT)关于它们替代Si或SiC用作高电压(HV)装置的可能性已经吸引了大量的注意力。GaN/AlGaNHEMT通常包括具有位于数个GaN层上的AlGaN层的衬底。栅极、源极和漏极位于AlGaN层上方。操作期间，电流在漏极和源极之间经由二维电子气(2DEG)流动，所述二维电子气在AlGaN层和上部GaN层之间的界面处形成。通过将合适的电压施加到栅极来实现切断，以使得在AlGaN层和最上部GaN层之间的界面处的2DEG消失。在一些应用中，这些装置在关闭状态和开启状态之间切换，在所述关闭状态中，它们阻断高漏极到源极电压，同时具有低泄漏电流，在所述开启状态中，它们在低电压下承载高电流。这些装置被设计成这样，以使得可在开启状态、关闭状态的和在切换期间的功率损耗之间找到最佳平衡点。HEMT通常使用两个不同的栅极。第一，栅极可为肖特基(Schottky)栅极，其包括位于AlGaN层上的肖特基触点。替代类型的栅极是绝缘栅极，其中栅极触点通过绝缘层而与AlGaN层的表面分隔开。包括这种第二类型的栅极的装置被称作金属绝缘体半导体高电子迁移率晶体管(MISHEMT)。MISHEMT的潜在优点是处于关闭状态时的较低泄漏电流。
技术实现思路
在随附的独立权利要求和从属权利要求中阐述了本专利技术的各方面。来自从属权利要求的特征的组合可按需要与独立权利要求的特征组合，并且不仅仅是按照权力要求中所明确阐述的。根据本专利技术的方面，提供一种半导体装置，其包括：衬底，其具有位于一个或多个GaN层上的AlGaN层，以在AlGaN层和GaN层之间的界面处形成二维电子气；源极触点；漏极触点；以及栅极触点，其位于源极触点和漏极触点之间，其中栅极触点包括：栅极电极；以及位于栅极电极和AlGaN层之间的电绝缘层，其中电绝缘层包括至少一个孔口，以允许在装置的关闭状态期间产生的空穴穿过栅极电极离开装置。根据本专利技术的另一方面，提供一种制作半导体装置的方法，所述方法包括：提供衬底，所述衬底具有位于一个或多个GaN层上的AlGaN层，以在AlGaN层和GaN层之间的界面处形成二维电子气；形成装置的源极触点；形成装置的漏极触点；以及通过以下操作在源极触点和漏极触点之间形成装置的栅极触点；形成具有至少一个孔口的电绝缘层；以及形成栅极电极，以使得电绝缘层位于栅极电极和AlGaN层之间，其中在电绝缘层中的至少一个孔口适合于允许在装置的关闭状态期间产生的空穴穿过栅极电极离开装置。在例如MISHEMT的装置中，栅极电极与下面的层的绝缘可阻止在装置的关闭状态期间产生的空穴穿过栅极电极离开装置。这些空穴可增加装置的局部体势(localbodypotential)，这可产生增加的电场，所述增加的电场可引起装置失效或劣化。通过在电绝缘层中提供至少一个孔口，在装置的关闭状态期间产生的空穴可穿过栅极电极离开装置。孔的大小可进行选择，以允许空穴离开装置而不会显著增加穿过栅极触点的泄漏电流。在一些例子中，至少一个孔口的尺寸(举例来说，至少一个孔口的大致直径(例如，其中孔口大体上是圆形的)或平行于栅极长度方向的孔口的边缘(例如，其中孔口是长椭圆形的))可为栅极长度的大约20％到70％。栅极长度可(举例来说)为大约1到3μm。在一个例子中，至少一个孔口的尺寸(例如，至少一个孔口的大致直径)可为大约0.5到2μm。在一些例子中，(例如，在大体上垂直于栅极长度方向的栅极宽度方向上)邻近孔口之间的间距(例如，平均间距)可为大致5到20μm。当从AlGaN层上方观察时，在栅极电极和AlGaN层之间的电绝缘层中的至少一个孔口的总截面面积可表示为∑A孔口。当从AlGaN层上方观察时，栅极电极的面积可表示为A栅极。这两个面积的比例可进行选择，以允许空穴离开装置而不会显著增加穿过栅极触点的泄漏电流。在一些例子中，孔口的总面积与栅极电极的面积的比例可在0.01≤∑A孔口/A栅极≤0.1范围内。电绝缘层可包括多个孔口。孔口可以规则阵列形式布置。这可允许孔口在整个栅极触点中平均分布。当从AlGaN层上方观察时，至少一个孔口可为圆形或矩形(例如，长椭圆形)。栅极电极的至少一部分可延伸到电绝缘层中的至少一个孔口中。以此方式，栅极电极的部分可更接近于装置的下面部分，从而允许空穴离开装置。在一些例子中，延伸到电绝缘层中的至少一个孔口中的栅极电极的部分可直接接触AlGaN层或位于AlGaN层上的GaN层。栅极电极可包括第一电极部分和第二电极部分第一电极部分可包括与电绝缘层中的至少一个孔口对准的至少一个孔口。第二电极部分可大体上充满第一电极部分中的至少一个孔口。这种栅极触点可便于(举例来说)通过在电绝缘层上沉积第一电极部分以及通过穿过第一电极部分和电绝缘层两者蚀刻(例如，干式蚀刻)孔口来制造。接着可沉积第二电极部分以填充孔口。如上文所描述可延伸到电绝缘层中的至少一个孔口中的栅极电极的部分可为第二电极部分。第一电极部分和第二电极部分可包括不同的导电材料。这可允许优化栅极触点，还可允许第二电极部分的材料匹配于用于在装置其它部分中的栅极电极的材料。栅极触点可包括位于栅极电极和AlGaN层之间的另一电绝缘层。所述另一绝缘层可跨越绝缘层中的至少一个孔口延伸。这可增加穿过绝缘层中的至少一个孔口的路径的电阻，从而减少装置中的泄漏电流。在其中形成栅极电极的导电材料还用于形成衬底上其它地方的肖特基触点的例子中，衬底上其它地方的肖特基触点可具有相对较低的肖特基势垒，而在电绝缘层中的至少一个孔口处形成的触点可具有相对较高的肖特基势垒，因为还存在另一绝缘层。另一绝缘层的厚度和/或组合物可进行选择以减少泄漏电流，而仍允许空穴穿过栅极触点离开。举例来说，所述另一绝缘层可具有在1nm≤T≤10nm范围内的厚度。所述另一绝缘层可包括AlN、Al2O3、SiN、SiO。栅极电极可包括金属层堆叠。所述堆叠可(举例来说)包括TiW/Al、TiWN/Al、TiN/Al、钨或AlCu。此处，使用“/”表示每一层中材料(例如，TiW/Al指代层的堆叠包括TiW层和Al层，其中首先列出所述堆叠中的最低层)。在一些例子中，装置可以另外包括位于AlGaN层上的GaN顶盖层。出于本专利技术的目的，高电子迁移率晶体管(HEMT)中的电子迁移率可在1000-3000cm^2/V/s范围内或在1000-2000cm^2/V/s范围内。附图说明在下文中将仅借助于例子参看附图来描述本专利技术的实施例，在附图中类似的附图标记指代类似的元件，并且在附图中：图1示出了包括高电子迁移率晶体管(HEMT)的半导体装置；图2示出了根据本专利技术的实施例的半导体装置；以及图3示出了根据本专利技术的另一实施例的半导体装置。具体实施方式在下文中参看附图描述本专利技术的实施例。本专利技术的实施例可提供半导体装置，例如高电子迁移率晶体管(HEMT)。HEMT可为金属绝缘体半导体高电子迁移率晶体管(MISHEMT)。装置可包括衬底，所述衬底具有位于一个或多个GaN层上的AlGaN层。二维电子气(“2DEG”)可在AlGaN层和(最上部)GaN层之间的界面处形成。在2DEG内流动的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，其特征在于，包括：衬底，其具有位于一个或多个GaN层上的AlGaN层，以在所述AlGaN层和所述GaN层之间的界面处形成二维电子气；源极触点；漏极触点；以及栅极触点，其位于所述源极触点和所述漏极触点之间，其中所述栅极触点包括：栅极电极；以及位于所述栅极电极和所述AlGaN层之间的电绝缘层，其中所述电绝缘层包括至少一个孔口，以允许在所述装置的关闭状态期间产生的空穴穿过所述栅极电极离开所述装置。

【技术特征摘要】
2016.01.05 EP 16150164.81.一种半导体装置，其特征在于，包括：衬底，其具有位于一个或多个GaN层上的AlGaN层，以在所述AlGaN层和所述GaN层之间的界面处形成二维电子气；源极触点；漏极触点；以及栅极触点，其位于所述源极触点和所述漏极触点之间，其中所述栅极触点包括：栅极电极；以及位于所述栅极电极和所述AlGaN层之间的电绝缘层，其中所述电绝缘层包括至少一个孔口，以允许在所述装置的关闭状态期间产生的空穴穿过所述栅极电极离开所述装置。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个孔口具有为所述装置的栅极长度的大致20到70％的尺寸。3.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其特征在于，∑A孔口是当从所述AlGaN层上方观察时所述栅极电极和所述AlGaN层之间的所述电绝缘层中的所述至少一个孔口的总截面面积，其中A栅极是当从所述AlGaN层上方观察时所述栅极电极的面积，并且其中0.01≤∑A孔口/A栅极≤0.1。4.根据在前的任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述电绝缘层包括多个所述孔口。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述孔口以规则阵列形式布置。6.根据在前的任一项权利要求所述的装置，其特征在于，当从所述AlG...

【专利技术属性】
技术研发人员：简·雄斯基，戈德弗里德斯·阿德里亚斯·马里亚·胡克斯，杰伦·安东·克龙，约翰内斯·J·T·M·唐克尔，
申请(专利权)人：安世有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL