半导体器件及其制造方法技术

一种半导体器件，包括成核层、缓冲层、第一氮化物基半导体层、第二氮化物基半导体层、S/D电极和栅极。成核层包括包含第一元素的组合物。缓冲层包括III

【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]本专利技术总体上涉及半导体器件。更具体地，本专利技术涉及一种具有缓冲层的高电子迁移率晶体管(HEMT)半导体器件，该缓冲层具有振荡浓度的III族元素来调制电阻率。

技术介绍

[0002]近年来，对于高电子迁移率晶体管(HEMTs)的深入研究已普遍用于半导体器件，例如，高功率开关以及高频应用。HEMT利用两种具有不同带隙的两种材料之间的异质结界面来形成量子阱结构，该结构容纳二维电子气体(2DEG)区域，满足高功率/频率器件的需求。除了HEMT之外，具有异质结构的器件的实例还包括异质结双极晶体管(HBT)、异质结场效应晶体管(HFET)和调制掺杂FET(MODFET)。目前，需要提高HEMT器件的成品率，从而使其适合大规模生产。

技术实现思路

[0003]根据本公开的一个方面，半导体器件包括衬底、成核层、缓冲层、第一氮化物基半导体层、第二氮化物基半导体层、两个或更多个源/漏(S/D)电极。成核层包括组合物，所述组合物包括第一元素，并且所述成核层设置在所述衬底上并与所述衬底形成界面。缓冲层包括包含第一元素的III
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V族化合物。缓冲层设置在成核层上并与成核层形成界面。缓冲层具有的第一元素的浓度在缓冲层内振荡，使得第一元素的浓度作为缓冲层的厚度内的距离的振荡函数而变化。振荡函数依次具有第一波峰、第二波峰和第三波峰。所述第二波峰高于所述第一波峰且低于所述第三波峰，并且所述第一波峰与所述第二波峰之间的水平距离与所述第二波峰与所述第三波峰之间的水平距离基本相同。第一氮化物基半导体层设置在缓冲层上并与缓冲层形成界面。第二氮化物基半导体层设置在所述第一氮化物基半导体层上并且具有比所述第一氮化物基半导体层的带隙大的带隙，从而在所述第一氮化物基半导体层与所述第二氮化物基半导体层之间形成具有二维电子气体(2DEG)区的异质结。S/D电极和栅极设置在第二氮化物基半导体层上。栅电极位于S/D电极之间。
[0004]根据本公开的一个方面，提供一种用于制造半导体器件的方法。该方法包括如下步骤。形成包括包含第一元素的组合物的成核层。在成核层上形成缓冲层。缓冲层包括III
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V族化合物，所述III
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V族化合物包括第一元素。缓冲层具有的第一元素的浓度在缓冲层内振荡，使得第一元素的浓度作为缓冲层的厚度内的距离的振荡函数而变化。振荡函数依次具有第一波峰、第二波峰和第三波峰。第二波峰高于第一波峰并且低于第三波峰，并且第一波峰和第二波峰之间的水平距离与第二波峰和第三波峰之间的水平距离基本相同。在缓冲层上形成第一氮化物基半导体层。在所述第二氮化物基半导体层上形成第二氮化物基半导体层。第二氮化物基半导体层的带隙大于第一氮化物基半导体的带隙，从而在所述第一氮化物基半导体层与所述第二氮化物基半导体层之间形成具有2DEG区的异质结。在第二氮化物基半导体层上形成两个或更多个S/D电极和栅极。
[0005]根据本公开的一个方面，半导体器件包括衬底、成核层、缓冲层，第一氮化物基半
导体层、第二氮化物基半导体层、两个或更多个S/D电极。成核层包括组合物，该组合物包括第一元素，并且成核层设置在衬底上并与衬底形成界面。缓冲层包括包含第一元素的III
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V族化合物。缓冲层设置在成核层上并与成核层形成界面。缓冲层具有的第一元素的浓度在缓冲层内振荡，使得第一元素的浓度作为缓冲层厚度内距离的振荡函数而变化。振荡函数依次具有第一波峰、第二波峰和第三波峰。第二波峰高于第一波峰并且低于第三波峰，并且第一波峰和第二波峰之间的水平距离不同于第二波峰和第三波峰之间的水平距离。第一氮化物基半导体层设置在缓冲层上并与缓冲层形成界面。第二氮化物基半导体层设置在第一氮化物基半导体层上，并且具有比第一氮化物基半导体层的带隙大的带隙，从而在所述第一氮化物基半导体层与所述第二氮化物基半导体层之间形成具有2DEG区的异质结。S/D电极和栅极设置在第二氮化物基半导体层上。栅极位于S/D电极之间。
[0006]根据本公开的一个方面，提供了一种用于制造半导体器件的方法。该方法包括如下步骤。形成包括包含第一元素的组合物的成核层。在成核层上形成缓冲层。缓冲层包括包含第一元素的III
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V族化合物。缓冲层具有的第一元素的浓度在缓冲层内振荡，使得第一元素的浓度作为缓冲层厚度内距离的振荡函数而变化。所述振荡函数依次具有第一波峰、第二波峰和第三波峰。所述第二波峰高于所述第一波峰且低于所述第三波峰，并且所述第一波峰与所述第二波峰之间的水平距离不同于所述第二波峰与所述第三波峰之间的水平距离。在缓冲层上形成第一氮化物基半导体层。在所述第二氮化物基半导体层上形成第二氮化物基半导体层。第二氮化物基半导体层具有大比第一氮化物基半导体层的带隙大的带隙，从而在所述第一氮化物基半导体层与所述第二氮化物基半导体层之间形成具有2DEG区的异质结。在第二氮化物基半导体层上形成两个或更多个S/D电极和栅极。
[0007]根据本公开的一个方面，半导体器件包括衬底、成核层、缓冲层、基于第一氮化物的半导体层、基于第二氮化物的半导体层、两个或多个S/D电极。成核层包括组合物，该组合物包括第一元素并设置在衬底上并与衬底形成界面。缓冲层包括包含第一元素的III
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V族化合物。缓冲层设置在成核层上并与成核层形成界面。缓冲层具有在缓冲层内振荡的第一元素浓度，使得第一元素的浓度随着缓冲层厚度内的距离的振荡函数而变化。振荡函数依次具有第一波峰、第一波谷、第二波峰和第二波谷，第一波谷高于第二波谷，并且第一波峰与第二波峰之间的高度差小于第一波谷与第二波谷之间的高度差异。第一氮化物基半导体层设置在缓冲层上并与缓冲层形成界面。所述第二氮化物基半导体层设置在所述第一氮化物基半导体上，并且具有比所述第一氮化物基半导体层的带隙大的带隙，以便在它们之间形成具有2DEG区域的异质结。S/D电极和栅电极设置在第二氮化物基半导体层上。栅电极位于S/D电极之间。
[0008]根据本公开的一个方面，提供一种用于制造半导体器件的方法。该方法包括如下步骤。形成包括包含第一元素的组合物的成核层。在成核层上形成缓冲层。缓冲层包括III
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V族化合物，所述III
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V族化合物包括第一元素。缓冲层具有在缓冲层内振荡的第一元素浓度，使得第一元素的浓度随着缓冲层厚度内的距离的振荡函数而变化。所述振荡功能依次具有第一波峰、第一波谷、第二波峰和第二波谷，所述第一波谷高于所述第二波谷，并且所述第一波峰和所述第二波峰之间的高度差小于所述第一波谷和所述第二波谷之间的高度差。在缓冲层上形成第一氮化物基半导体层。在所述第二氮化物基半导体层上形成第二氮化物基半导体层。第二氮化物基半导体层的带隙大于第一氮化物基半导体的带隙，从而在
它们之间形成具有2DEG区域的异质结。在第二氮化物基半导体层上形成两个或多个S/D电极和栅电极。
[0009]根据本公开的一个方面，半导体器件包括衬底、成核层、缓冲层、第一氮化物基半导体层、第二本文档来自技高网...

【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，包括：衬底；成核层，所述成核层包含组合物，所述组合物包括第一元素，并且所述成核层设置在所述衬底上并与所述衬底形成界面；缓冲层，所述缓冲层包括III
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V族化合物，所述III
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V族化合物包括所述第一元素，所述缓冲层设置在所述成核层上并与所述成核层形成界面，其中所述缓冲层具有的所述第一元素的浓度在所述缓冲层内振荡，使得所述第一元素的浓度作为所述缓冲层的厚度内的距离的振荡函数而变化，其中，所述振荡函数依次具有第一波峰、第二波峰和第三波峰，所述第二波峰高于所述第一波峰并且低于所述第三波峰；并且所述第一波峰和所述第二波峰之间的水平距离与所述第二波峰和所述第三波峰之间的水平距离基本相同；第一氮化物基半导体层，第一氮化物基半导体层设置在所述缓冲层上并与所述缓冲层形成界面；第二氮化物基半导体层，所述第二氮化物基半导体层设置在所述第一氮化物基半导体层上，并且所述第二氮化物基半导体层的带隙大于所述第一氮化物基半导体层的带隙，从而在所述第一氮化物基半导体层与所述第二氮化物基半导体层之间形成具有二维电子气体(2DEG)区的异质结；以及两个或更多个源/漏(S/D)电极和栅极，所述S/D电极和所述栅极设置在所述第二氮化物基半导体层上，其中，所述栅极在所述S/D电极之间。2.根据前述权利要求中任一项所述的半导体器件，其中，所述缓冲层具有与所述成核层接触的底表面，并且所述第一波峰比所述第二波峰更靠近所述缓冲层的所述底表面。3.根据前述权利要求中任一项所述的半导体器件，其中，所述缓冲层具有与所述成核层接触的底表面，并且所述第二波峰比所述第三波峰更靠近所述缓冲层的所述底表面。4.根据前述权利要求中任一项所述的半导体器件，其中，所述振荡函数具有逐渐增加的振幅。5.根据前述权利要求中任一项所述的半导体器件，其中，所述振荡函数具有固定波长。6.根据前述权利要求中任一项所述的半导体器件，其中，所述振荡函数具有多个波谷，所述多个波谷位于相同高度。7.根据前述权利要求中任一项所述的半导体器件，其中，所述第一元素为铝。8.根据前述权利要求中任一项所述的半导体器件，其中，所述振荡函数是连续曲线。9.根据前述权利要求中任一项所述的半导体器件，其中，所述振荡函数包括至少一条正弦曲线。10.根据前述权利要求中任一项所述的半导体器件，其中，所述振荡函数包括多个波，并且所述多个波中的至少一个的轮廓是关于该波自身的垂直中心线对称的。11.根据前述权利要求中任一项所述的半导体器件，其中，所述缓冲层具有与所述成核层接触的底表面，并且所述缓冲层在所述底表面处的第一元素的浓度小于在所述第一波峰处的第一元素的浓度。12.根据前述权利要求中任一项所述的半导体器件，其中，所述缓冲层具有与所述第一元素的浓度正相关的电阻率。13.根据前述权利要求中任一项所述的半导体器件，其中，所述缓冲层具有随振荡函数
而变化的电阻率。14.根据前述权利要求中任一项所述的半导体器件，其中，所述缓冲层包括AlGaN。15.根据前述权利要求中任一项所述的半导体器件，其中，所述第一氮化物基半导体层包括GaN，并且所述第二氮化物基半导体层包括AlGaN。16.一种用于制造半导体器件的方法，包括:形成包括组合物的成核层，所述组合物包括第一元素；在所述成核层上形成缓冲层，其中，所述缓冲层包括III
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V族化合物，所述III
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V族化合物包括所述第一元素，其中，所述缓冲层具有的所述第一元素的浓度在所述缓冲层内振荡，使得所述第一元素的浓度作为所述缓冲层的厚度内的距离的振荡函数而变化，其中，所述振荡函数依次具有第一波峰、第二波峰和第三波峰，所述第二波峰高于所述第一波峰且低于所述第三波峰；并且所述第一波峰和所述第二波峰之间的水平距离与所述第二波峰和所述第三波峰之间的水平距离基本相同；在所述缓冲层上形成第一氮化物基半导体层；在所述第二氮化物基半导体层上形成第二氮化物基半导体层，其中，所述第二氮化物基半导体层的带隙大于所述第一氮化物基半导体层的带隙，从而在所述第一氮化物基半导体层与所述第二氮化物基半导体层之间形成具有二维电子气体(2DEG)区的异质结；以及在所述第二氮化物基半导体层上形成两个或更多个源/漏(S/D)极和栅极。17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述缓冲层被形成为具有与所述成核层接触的底表面，并且所述第一波峰比所述第二波峰更靠近所述缓冲层的所述底表面。18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述缓冲层形成为具有与所述成核层接触的底表面，并且所述第二波峰比所述第三波峰更靠近所述缓冲层的底表面。19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述振荡函数具有逐渐增加的振幅。20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述振荡函数具有固定波长。21.一种半导体器件，包括：衬底；成核层，所述成核层包括组合物，所述组合物包括第一元素，并且所述成核层设置在所述衬底上并与所述衬底形成界面；缓冲层，所述缓冲层包括III
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V化合物，所述III
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V化合物包括所述第一元素，所述缓冲层设置在所述成核层上并与所述成核层形成界面，其中，所述缓冲层具有的所述第一元素的浓度在所述缓冲层内振荡，使得所述第一元素的浓度作为所述缓冲层的厚度内的距离的振荡函数而变化，其中，所述振荡函数依次具有第一波峰、第二波峰和第三波峰，所述第二波峰高于所述第一波峰并且低于所述第三波峰；并且所述第一波峰和所述第二波峰之间的水平距离不同于所述第二波峰和所述第三波峰间的水平距离；第一氮化物基半导体层，所述第一氮化物基半导体层设置在所述缓冲层上并与所述缓冲层形成界面；第二氮化物基半导体层，所述第二氮化物基半导体层设置在所述第一氮化物基半导体层上，并且所述第二氮化物基半导体层的带隙比所述第一氮化物基半导体层的带隙更大，从而在所述第一氮化物基半导体层与所述第二氮化物基半导体层之间形成具有二维电子
气体(2DEG)区的异质结；以及两个或更多个源/漏(S/D)极和栅极，所述S/D电极和所述栅极设置在所述第二氮化物基半导体层上，其中，所述栅极在所述S/D电极之间。22.根据前述权利要求中任一项所述的半导体器件，其中，所述缓冲层具有与所述成核层接触的底表面，并且所述第一波峰比所述第二波峰更靠近所述缓冲层的所述底表面。23.根据前述权利要求中任一项所述的半导体器件，其中，所述缓冲层具有与所述成核层接触的底表面，并且所述第二波峰比所述第三波峰更靠近所述缓冲层的所述底表面。24.根据前述权利要求中任一项所述的半导体器件，其中，所述振荡函数具有逐渐增加的振幅。25.根据前述权利要求中任一项所述的半导体器件，其中，所述第一波峰和所述第二波峰之间的水平距离大于所述第二波峰和所述第三波峰之间的水平距离。26.根据前述权利要求中任一项所述的半导体器件，其中，所述第一波峰和所述第二波峰之间的水平距离小于所述第二波峰和所述第三波峰之间的水平距离。27.根据前述权利要求中任一项所述的半导体器件，其中，所述振荡函数具有多个波谷，所述多个波谷位于相同高度。28.根据前述权利要求中任一项所述的半导体器件，其中，所述第一元素是铝。29.根据前述权利要求中任一项所述的半导体器件，其中，所述振荡函数是连续曲线。30.根据前述权利要求中任一项所述的半导体器件，其中，所述振荡函数包括至少一条正弦曲线。31.根据前述权利要求中任一项所述的半导体器件，其中，所述振荡函数包括多个波，并且至少一个波的轮廓关于该波自身的垂直中心线对称。32.根据前述权利要求中任一项所述的半导体器件，其中，所述缓冲层具有与所述第一元素的浓度正相关的电阻率。33.根据前述权利要求中任一项所述的半导体器件，其中，所述缓冲层具有随振荡函数而变化的电阻率。34.根据前述权利要求中任一项所述的半导体器件，其中所述缓冲层包括AlGaN。35.根据前述权利要求中任一项所述的半导体器件，其中，所述第一氮化物基半导体层包括GaN，并且所述第二氮化物基半导体层包括AlGaN。36.一种用于制造半导体器件的方法，包括:形成包括组合物的成核层，所述组合物包括第一元素；在所述成核层上形成缓冲层，其中所述缓冲层包括III
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V族化合物，所述III
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V族化合物包括所述第一元素，其中，所述缓冲层具有的所述第一元素的浓度在所述缓冲层内振荡，使得所述第一元素的浓度作为所述缓冲层的厚度内的距离的振荡函数而变化，其中，所述振荡函数依次具有第一波峰、第二波峰和第三波峰，所述第二波峰高于所述第一波峰并且低于所述第三波峰；并且所述第一波峰和所述第二波峰之间的水平距离不同于所述第二波峰和所述第三波峰间的水平距离；在所述缓冲层上形成第一氮化物基半导体层；在所述第二氮化物基半导体层上形成第二氮化物基半导体层，其中，所述第二氮化物基半导体层的带隙大于所述第一氮化物基半导体的带隙，从而在所述第一氮化物基半导体
层与所述第二氮化物基半导体层之间形成具有二维电子气体(2DEG)区的异质结；以及在所述第二氮化物基半导体层上形成两个或更多个源/漏(S/D)电极和栅极。37.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述缓冲层被形成为具有与所述成核层接触的底表面，并且所述第一波峰比所述第二波峰更靠近所述缓冲层的底表面。38.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述缓冲层被形成为具有与所述成核层接触的底表面，并且所述第二波峰比所述第三波峰更靠近所述缓冲层的底表面。39.根据前述权利要求中...

【专利技术属性】
技术研发人员：周以伦，
申请(专利权)人：英诺赛科苏州半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：