半导体器件及其制造方法技术

一种半导体器件，包括衬底、第一和第二氮基半导体层、掺杂的氮基半导体层、栅极电极、第一和第二介电保护层。第二氮基半导体层的带隙大于第一氮基半导体层的带隙。第一和第二介电保护层包括氧。第一介电保护层与由栅极电极、掺杂的氮基半导体层和第二氮基半导体层共同构成的轮廓保持一致。第二介电保护层与第一介电保护层接触。第一介电保护层的氧浓度小于第二介电保护层的氧浓度。二介电保护层的氧浓度。二介电保护层的氧浓度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体器件及其制造方法


[0001]本专利技术一般涉及氮基半导体器件。更具体地说，本专利技术涉及具有多层结构的氮基半导体器件，此多层结构包括分别具有不同氧浓度和厚度的至少两个介电保护层，从而改善其电特性。

技术介绍

[0002]近年来，对高电子迁移率晶体管(high
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electron
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mobility transistors,HEMTs)的深入研究非常普遍，尤其是在大功率开关和高频应用方面。III族氮基HEMT利用具有不同带隙的两种材料之间的异质结界面形成量子阱状结构，其容纳二维电子气(two
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dimensional electron gas,2DEG)区域，满足高功率/频率器件的要求。除了HEMT，具有异质结构的器件的示例还包括异质结双极晶体管(heterojunction bipolar transistors,HBT)、异质结场效应晶体管(heterojunction field effect transistor,HFET)和调制掺杂的FET(modulation
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doped FETs,MODFET)。
[0003]在III族氮基器件的制造过程中，杂质气体或等离子体可能会损坏栅极电极和2DEG区域，从而降低其电性能。因此，有必要提高器件性能。

技术实现思路

[0004]根据本专利技术的一个方面，提供了一种半导体器件。一种半导体器件，包括衬底、第一氮基半导体层、第二氮基半导体层、掺杂的氮基半导体层、栅极电极、第一介电保护层和第二介电保护层。第一氮基半导体层设置在衬底上方。第二氮基半导体层设置在第一氮基半导体层上，并且其具有的带隙大于第一氮基半导体层的带隙。掺杂的氮基半导体层设置在第二氮基半导体层上方。栅极电极设置在掺杂的氮基半导体层上。第一介电保护层包括氧，并设置在栅极电极和第二氮基半导体层上。第一介电保护层与由栅极电极、掺杂的氮基半导体层和第二氮基半导体层共同构成的轮廓共形。第二介电保护层包括氧，并且设置在第一介电保护层上并与第一介电保护层接触。第一介电保护层的氧浓度小于第二介电保护层的氧浓度。
[0005]根据本专利技术的一个方面，提供了一种制造半导体器件的方法。此方法包括以下多道步骤。形成第一氮基半导体层。在第一氮基半导体层上形成第二氮基半导体层。在第二氮基半导体层上形成掺杂的氮基半导体层。在掺杂的氮基半导体层上方形成栅极电极。在栅极电极和第二氮基半导体层上形成包括氧的第一介电保护层。在第一介电保护层上形成包括氧的第二介电保护层且其与第一介电保护层接触。第一介电保护层的氧浓度小于第二介电保护层的氧浓度，并且比第二介电保护层薄。
[0006]根据本专利技术的一个方面，提供了一种半导体器件。一种半导体器件，包括衬底、第一氮基半导体层、第二氮基半导体层、掺杂的氮基半导体层、栅极电极和多层结构。第一氮基半导体层设置在衬底之上。第二氮基半导体层设置在第一氮基半导体层上，并且其具有的带隙大于第一氮基半导体层的带隙。掺杂的氮基半导体层设置在第二氮基半导体层上。
栅极电极设置在掺杂的氮基半导体层上。多层结构设置在栅极电极和第二氮基半导体层上。多层结构包括第一介电保护层和第二介电保护层。第一介电保护层包括氧并覆盖栅极电极、掺杂的氮基半导体层和第二氮基半导体层。第二介电保护层包括氧，并且设置在第一介电保护层上，并与第一介电保护层接触以在其间形成界面。从所述第二介电保护层、通过所述界面至所述第一介电保护层，多层结构具有的氧浓度为先增加后降低。
[0007]通过上述配置，多层结构的第一和第二介电保护层具有不同的厚度和氧浓度，其中第一介电保护层的氧浓度小于第二介电保护层的氧浓度。多层结构可保护下方组件层在制造过程中免受损坏，其中损坏包括氧对掺杂的氮基半导体层和栅极电极的损伤。因此，可以很好地保护半导体器件中的元件层，从而提高其电性能和可靠度。
附图说明
[0008]当结合附图阅读时，从以下具体实施方式能容易地理解本揭露内容的各方面。应注意的是，各个特征可以不按比例绘制。实际上，为了便于论述，可任意增大或减小各种特征的尺寸。本专利技术的实施例在下文中可对照附图以进行更详细的描述，其中：
[0009]图1A是根据本专利技术的一些实施例的半导体器件的垂直截面图；
[0010]图1B是根据本专利技术一些实施例的图1A中一区域的放大垂直截面图；
[0011]图1C、图1D、图1E和图1F是根据本专利技术一些实施例的半导体器件中的不同氧浓度分布；
[0012]图2A、图2B、图2C、图2D和图2E示出了根据本专利技术一些实施例的用于制造氮基半导体器件的方法的不同阶段图；以及
[0013]图3是根据本专利技术一些实施例的氮基半导体器件的垂直截面图。
具体实施方式
[0014]于全部的附图和详细说明中，将使用相同的参考符号来表示相同或相似的部件。借由以下结合附图的详细描述，将可容易理解本揭露内容的实施方式。
[0015]于空间描述中，像是“上”、“上方”、“下”、“向上”、“左侧”、“右侧”、“下方”、“顶部”、“底部”、“纵向”、“横向”、“一侧”、“较高”、“较低”、“较上”、“之上”、“之下”等的用语，是针对某个组件或是由组件所构成的群组的某个平面定义的，对于组件的定向可如其对应图所示。应当理解，这里使用的空间描述仅用于说明目的，并且在此所描述的结构于实务上的体现可以是以任何方向或方式设置于空间中，对此的前提为，本
技术实现思路
的实施方式的优点不因如此设置而偏离。
[0016]此外，需注意的是，对于描绘为近似矩形的各种结构的实际形状，在实际器件中，其可能是弯曲的、具有圆形的边缘、或是具有一些不均匀的厚度等，这是由于设备的制造条件造成的。本
技术实现思路
中，使用直线和直角绘示仅用于方便表示层体和技术特征。
[0017]于下面的描述中，半导体器件/芯片/封装以及其制造方法等被列为优选实例。本领域技术人员将能理解到，可以在不脱离本专利技术的范围以及精神的情况下进行修改，包括添加以及/或替换。特定细节可以省略，目的为避免使本专利技术模糊不清；然而，本
技术实现思路
是为了使本领域技术人员能够在不进行过度实验的情况下，实现本
技术实现思路
中的教示。
[0018]图1A是根据本专利技术的一些实施例的半导体器件100A的垂直截面图。半导体器件
100A包括衬底102、缓冲层103、氮基半导体层104和106、源极/漏极(S/D)电极110和112、掺杂的氮基半导体层120、栅极电极130、介电保护层140和142以及钝化层150。
[0019]衬底102可以是半导体衬底。衬底102的示例性材料可包括，例如但不限于，硅(Si)、硅锗(SiGe)、碳化硅(SiC)、砷化镓、p型掺杂的硅、n型掺杂的硅、蓝宝石、绝缘体上半导体(例如绝缘体上硅(silicon on insulator,SOI))或其他合适的衬底材料。在一些实施例中，衬底102可包括，例如但不限于，III族元素、IV族元素、V族元素或其组合(例如，III...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体器件，其特征在于，包括：衬底；第一氮基半导体层，设置在所述衬底上方；第二氮基半导体层，设置在所述第一氮基半导体层上，并且其具有的带隙大于所述第一氮基半导体层的带隙；掺杂的氮基半导体层，设置在所述第二氮基半导体层上方；栅极电极，设置在所述掺杂的氮基半导体层上；第一介电保护层，其包括氧，且设置在所述栅极电极和所述第二氮基半导体层上，其中所述第一介电保护层与由所述栅极电极、所述掺杂的氮基半导体层以及第二氮基半导体层所共同构成的轮廓共形；以及第二介电保护层，其包括氧，且设置在所述第一介电保护层上并与所述第一介电保护层接触，其中所述第一介电保护层的氧浓度小于所述第二介电保护层的氧浓度。2.根据前述权利要求的任一项所述的半导体器件，其特征在于，其中所述第二介电保护层与所述第一介电保护层共形并且比所述第一介电保护层厚。3.根据前述权利要求的任一项所述的半导体器件，其特征在于，其中所述掺杂的氮基半导体层的厚度和所述栅极电极的厚度之和大于所述第一和第二介电保护层的厚度之和。4.根据前述权利要求的任一项所述的半导体器件，其特征在于，其中所述第一介电保护层的厚度与所述第二介电保护层的厚度之比在0.01到0.5的范围内。5.根据前述权利要求的任一项所述的半导体器件，其特征在于，其中所述第一和第二介电保护层在其间形成界面，且氧分布于所述界面处。6.根据前述权利要求的任一项所述的半导体器件，其特征在于，其中在所述界面处的氧浓度大于所述第二介电保护层的氧浓度。7.根据前述权利要求的任一项所述的半导体器件，其特征在于，其中所述第二介电保护层的氯浓度大于所述第一介电保护层的氯浓度。8.根据前述权利要求的任一项所述的半导体器件，其特征在于，其中所述第二介电保护层掺有氯。9.根据前述权利要求的任一项所述的半导体器件，其特征在于，其中所述第一介电保护层不含氯。10.根据前述权利要求的任一项所述的半导体器件，其特征在于，其中所述第一介电保护层从所述第二氮基半导体层延伸至所述掺杂的氮基半导体层。11.根据前述权利要求的任一项所述的半导体器件，其特征在于，其中所述第一介电保护层从所述掺杂的氮基半导体层延伸至所述栅极电极。12.根据前述权利要求的任一项所述的半导体器件，其特征在于，其中所述第一介电保护层在所述栅极电极的顶面上横向地延伸。13.根据前述权利要求的任一项所述的半导体器件，其特征在于，其进一步包括源极/漏极(S/D)电极，所述源极/漏极(S/D)电极贯穿所述第一和第二介电保护层以与所述第二氮基半导体层接触。14.根据前述权利要求的任一项所述的半导体器件，其特征在于，其中所述第一和第二介电保护层均包含氮化硅(Si3N...

【专利技术属性】
技术研发人员：王攀，谢文元，陈泓宇，
申请(专利权)人：英诺赛科苏州科技有限公司，
类型：发明
国别省市：