半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

一种半导体装置包含第一和第二氮化物基半导体层、第一和第二电极、第一栅极电极、第一和第二场板。所述第一场板安置在所述第二氮化物基半导体层上方，且从所述第一电极和所述第一栅极电极之间的区延伸到所述第一栅极电极的正上方的区。所述第二场板安置在所述第二氮化物基半导体层上方，且从所述第一电极和所述第一场板之间的区延伸到所述第一场板的正上方的区。所述第二场板与所述第一栅极电极水平地间隔开。地间隔开。地间隔开。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体装置及其制造方法


[0001]本公开大体上涉及一种氮化物基半导体装置。更确切地说，本公开涉及一种具有多个重叠场板的氮化物基半导体装置。

技术介绍

[0002]近年来，关于高电子迁移率晶体管(HEMT)的深入研究已经非常普遍，尤其是对于高功率切换和高频率应用。III族氮化物基HEMT利用具有不同带隙的两种材料之间的异质结界面以形成量子阱状结构，所述量子阱状结构容纳二维电子气体(2DEG)区，从而满足高功率/频率装置的需求。除了HEMT之外，具有异质结构的装置的实例进一步包含异质结双极晶体管(HBT)、异质结场效应晶体管(HFET)和调制掺杂FET(MODFET)。
[0003]为了避免由栅极边缘附近的强峰值电场引发的击穿现象，采用场板来调制其中的电场分布。然而，场板的配置可能引发不合需要的寄生/杂散电容，这限制装置的最大操作频率，借此使其电学性质和可靠性降级。因此，需要改进装置性能。

技术实现思路

[0004]根据本公开的一个方面，提供一种半导体装置。一种半导体装置包含第一氮化物基半导体层、第二氮化物基半导体层、第一电极、第二电极、第一栅极电极、第一场板和第二场板。第一氮化物基半导体层安置于衬底上方。第二氮化物基半导体层安置于所述第一氮化物基半导体层上，且具有比所述第一氮化物基半导体层的带隙大的带隙。第一电极和第二电极安置于第二氮化物基半导体层上方。第一栅极电极安置于第二氮化物基半导体层上方以及第一和第二电极之间。第一场板安置在第二氮化物基半导体层上方，且从第一电极和第一栅极电极之间的区延伸到第一栅极电极的正上方的区。第二场板安置在第二氮化物基半导体层上方，且从第一电极和第一场板之间的区延伸到第一场板的正上方的区。第二场板与第一栅极电极水平地间隔开。
[0005]根据本公开的一个方面，提供一种半导体装置。一种半导体装置包含第一氮化物基半导体层、第二氮化物基半导体层、第一电极、第二电极、栅极电极、第一场板和第二场板。第一氮化物基半导体层安置于衬底上方。第二氮化物基半导体层安置于所述第一氮化物基半导体层上，且具有比所述第一氮化物基半导体层的带隙大的带隙。第一电极和第二电极安置于第二氮化物基半导体层上方。栅极电极安置于第二氮化物基半导体层上方以及第一和第二电极之间。第一场板安置在第二氮化物基半导体层上方，且从第一电极和栅极电极之间的区延伸到栅极电极的正上方的区。第二场板安置在第二氮化物基半导体层上方。第一场板位于栅极电极和第二场板之间。第二场板的全部位于第一电极和第一场板之间。
[0006]根据本公开的一个方面，提供一种用于制造半导体装置的方法。所述方法包含如下步骤。第一氮化物基半导体层形成于衬底上方。第二氮化物基半导体层形成于第一氮化物基半导体层上。栅极电极形成于第二氮化物基半导体层上方。第一场板形成于第二氮化
物基半导体层上方且延伸到栅极电极的正上方的区。第二场板形成于第二氮化物基半导体层上方且延伸到第一场板的正上方的区，使得第一场板位于栅极电极和第二场板之间。
[0007]依据上述配置，半导体装置至少包含两个场板以实现较佳的电场分布。第一场板的两个端部部分分别与栅极电极和第二场板竖直地重叠。第二场板与栅极电极水平地/横向地间隔开，而不是与栅极电极重叠。此配置可缓解寄生电容所导致的负面影响；因此，半导体装置可具有良好的电学性质。
附图说明
[0008]结合附图阅读，从以下详细描述容易理解本公开的各方面。应注意，各种特征可能并不按比例绘制。也就是说，为了论述清楚起见，可以任意增大或缩小各种特征的尺寸。在下文中参考图式更详细地描述本公开的实施例，图式中：
[0009]图1A是根据本公开的一些实施例的半导体装置的竖直横截面视图；
[0010]图1B是图1A中的区B的放大竖直横截面视图；
[0011]图1C和1D是图1A中的半导体装置的不同竖直横截面图；
[0012]图2A、图2B、图2C、图2D、图2E、图2F、图2G和图2H展示根据本公开的一些实施例的用于制造氮化物基半导体装置的方法的不同阶段；
[0013]图3是根据本公开的一些实施例的半导体装置的放大竖直横截面视图；以及
[0014]图4是根据本公开的一些实施例的半导体装置的放大竖直横截面视图。
具体实施方式
[0015]贯穿图式和详细描述使用共同参考标号来指示相同或类似组件。根据以下结合附图作出的详细描述将容易理解本公开的实施例。
[0016]相对于某一组件或组件群组或者组件或组件群组的某一平面而指定空间描述，例如“上”、“上方”、“下方”、“向上”、“左”、“右”、“向下”、“顶部”、“底部”、“竖直”、“水平”、“侧面”、“较高”、“下部”、“上部”、“上面”、“下面”等等，以用于定向如相关联图中所示的(一个或多个)组件。应理解，本文中所使用的空间描述仅出于说明的目的，且本文中所描述的结构的实际实施方案可以任何定向或方式在空间上布置，其限制条件为本公开的实施例的优点不因此布置而有偏差。
[0017]此外，应注意，在实际装置中，归因于装置制造条件，描绘为大致矩形的各种结构的实际形状可能是弯曲的、具有圆化边缘、具有在某种程度上不均匀的厚度等。使用直线和直角只是为了方便表示层和特征。
[0018]在以下描述中，将半导体装置/裸片/封装、其制造方法等阐述为优选实例。所属领域的技术人员将显而易见，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下作出包含添加和/或替代在内的修改。可省略特定细节以免使本公开模糊不清；然而，编写本公开是为了使所属领域的技术人员能够在不进行不当实验的情况下实践本文中的教示。
[0019]图1A是根据本公开的一些实施例的半导体装置1A的竖直横截面视图。半导体装置1A包含衬底10、氮化物基半导体层12和14、栅极结构110和115、电介质层120、122和124、场板130、132、134和136、电极140、142和144、钝化层150和156、导电通孔152和158、图案化电路层154和160，以及保护层162。
[0020]衬底10可为半导体衬底。衬底10的示例性材料可包含例如但不限于Si、SiGe、SiC、砷化镓、p掺杂的Si、n掺杂的Si、蓝宝石、绝缘体上半导体(例如绝缘体上硅(SOI))或其它合适的衬底材料。在一些实施例中，衬底10可包含例如但不限于III族元素、IV族元素、V族元素或其组合(例如III
‑
V化合物)。在其它实施例中，衬底10可包含例如但不限于一个或多个其它特征，例如掺杂区、掩埋层、外延(epi)层，或其组合。在一些实施例中，衬底10的材料可包含具有<111>定向的硅衬底。
[0021]氮化物基半导体层12安置在衬底10上/之上/上方。氮化物基半导体层14安置在氮化物基半导体层12上/之上/上方。氮化物基半导体层12的示例性材料可包含例如但不限于氮化物或III
‑
V族化合物，例如GaN、AlN、InN、In
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体装置，其特征在于，包括：第一氮化物基半导体层，其安置在衬底上方；第二氮化物基半导体层，其安置于所述第一氮化物基半导体层上，且具有比所述第一氮化物基半导体层的带隙大的带隙；第一电极和第二电极，其安置于所述第二氮化物基半导体层上方；第一栅极电极，其安置于所述第二氮化物基半导体层上方以及所述第一和第二电极之间；第一场板，其安置于所述第二氮化物基半导体层上方且从所述第一电极和所述第一栅极电极之间的区延伸到所述第一栅极电极的正上方的区；以及第二场板，其安置于所述第二氮化物基半导体层上方且从所述第一电极和所述第一场板之间的区延伸到所述第一场板的正上方的区，其中所述第二场板与所述第一栅极电极水平地间隔开。2.根据前述权利要求中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述第二场板的全部位于所述第一电极和所述第一场板之间。3.根据前述权利要求中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述第一场板包括：第一部分，其在所述第一电极和所述第一栅极电极之间的所述区处以及低于所述第一栅极电极的位置中；以及第二部分，其在所述第一栅极电极的正上方的所述区处以及高于所述第一栅极电极的位置中。4.根据前述权利要求中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述第二场板与所述第一场板的所述第二部分竖直地重叠。5.根据前述权利要求中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述第二场板与所述第一场板的所述第二部分水平地间隔开。6.根据前述权利要求中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述第一部分具有相对于所述第二氮化物基半导体层的第一高度，其中所述第二部分具有相对于所述第二氮化物基半导体层的第二高度，其中所述第二场板具有相对于所述第二氮化物基半导体层的第三高度，且所述第三高度大于所述第一高度且小于所述第二高度。7.根据前述权利要求中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述第一场板进一步包括：第三部分，其将所述第一部分连接到所述第二部分且向上延伸以变得高于所述第一栅极电极。8.根据前述权利要求中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述第二场板与所述第一场板的所述第三部分水平地间隔开。9.根据前述权利要求中任一项所述的半导体装置，其特征在于，进一步包括：电介质层，其在所述第一和第二场板之间以使所述第一和第二场板竖直地隔离。10.根据前述权利要求中任一项所述的半导体装置，其特征在于，进一步包括：第三电极，其安置于所述第二氮化物基半导体层上方，其中所述第二电极位于所述第一和第三电极之间；以及第二栅极电极，其安置于所述第二氮化物基半导体层上方且位于所述第二和第三电极
之间。11.根据前述权利要求中任一项所述的半导体装置，其特征在于，进一步包括：第三场板，其安置于所述第二氮化物基半导体层上方且从所述第三电极和所述第二栅极电极之间的区延伸到所述第二栅极电极的正上方的区；以及第四场板，其安置于所述第二氮化物基半导体层上方且从所述第三电极和所述第三场板之间的区延伸到所述第三场板的正上方的区。12.根据前述权利要求中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述第二电极比所述第一电极更接近所述第一栅极电极，且所述第二电极比所述第三电极更接近所述第二栅极电极。...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵起越，石瑜，
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：