反侧设计的III-氮化物器件制造技术

描述了一种III族氮化物器件，其包括III-氮化物层的堆叠、钝化层和导电接触。该堆叠包括具有2DEG沟道的沟道层、势垒层以及间隔层。一个钝化层在与沟道层相反的一侧上直接接触间隔层的表面并且是电绝缘体。III-氮化物层的堆叠和第一钝化层形成具有邻近第一钝化层的反侧和邻近势垒层的正侧的结构。另一钝化层位于该结构的正侧上。可以部分或整体地移除在形成工艺期间形成缓冲层的有缺陷的成核和应力管理层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种在III族氮化物半导体上制作的半导体器件。
技术介绍
对于高功率电子器件应用，III族氮化物基器件相对于硅基器件具有很多潜在的材料优点。其中，这些包括更大的带隙和击穿场、二维电子气(2DEG)中的高电子迁移率、低热生成电流(thermal generation current)和使用直接带隙的可能性，还加上在很多用于新颖的器件功能的这些结构中可应用的各种能带和极化设计技术。然而，由于缺少用于器件制作的低成本的衬底而使得阻碍了应用。 有时在诸如碳化硅、蓝宝石或者硅的适合的衬底上通过异质外延形成器件。用于施加层的技术能够包括分子束外延(MBE)或者金属有机化学气相沉积(MOCVD)和氢化物气相外延(HVPE)。氮化镓(GaN)的高电压器件可能要求厚的GaN层，诸如2_6微米厚的层。可能难以通过异质外延生长厚的氮化镓。使用了诸如梯度层或者超晶格的各种应力管理技术和诸如铁(Fe)或者碳(C)掺杂的各种补偿技术来使得能够生长厚的层并且实现高电阻率缓冲层。虽然GaN缓冲层的总厚度在一些器件中可能是重要的，但是实现具有低缺陷密度材料的足够厚的层也可能是重要的。提供带隙中的深能级的广延缺陷和点缺陷以及掺杂物的浓度必须低。这能够在器件不经受陷阱、泄漏或者早期击穿效应的情况下，有利于在高电压下的器件的操作。为了在诸如异质结场效应晶体管(HFET)的晶体管中跨源极/栅极和漏极容纳大的电压，或者在二极管中跨阳极和阴极容纳大的电压，电极之间的用于承受电压所需的间隔通常必须大一例如，IkV器件可能需要10微米或更大的电极间隔。因此，高电压横向器件要求大的面积并且需要在低成本衬底上制成。硅衬底通常是用于形成III-N型器件的最成本有效的衬底。然而，由于硅和氮化镓之间的大的晶格失配和热失配，可能要求成核和应力管理层。诸如AlxGahN的超晶格层的这些层可能具有高密度的位错和其它深陷阱中心。虽然该方法能够产生可接受的间隔物、沟道和势垒层，但是难以实现高质量的缓冲层。由于间隔层下面的层可能在带隙中具有高浓度的缺陷水平，因此这能够引起漏极电压感生的电流崩塌和在高漏极偏压下的泄漏，并且还能够降低器件的击穿电压。
技术实现思路
在一个方面，描述了一种III族氮化物器件，其包括III-氮化物层的堆叠、第一钝化层、第二钝化层和一个或多个导电接触。该堆叠包括沟道层、与沟道层直接相邻的势垒层以及与沟道层的和势垒层相反的一侧直接相邻的间隔层。沟道层包括在沟道层中与势垒层相邻的2DEG沟道。第一钝化层在与沟道层相反的一侧上直接接触间隔层的表面，其中第一钝化层是电绝缘体并且III-氮化物层的堆叠和第一钝化层形成具有邻近第一钝化层的反侧和邻近势垒层的正侧的结构。第二钝化层在该结构的正侧上。接触电连接到2DEG沟道。在另一方面，描述了一种用于形成器件的方法。在母衬底上形成成核层，其中成核层包括A1N。在母衬底上的成核层上形成应力管理层，其中应力管理层包括III-氮化物材料。在应力管理层上形成III-氮化物层的堆叠，其中形成堆叠包括形成其中具有2DEG沟道的沟道层，堆叠具有与应力管理层相反的正面。将堆叠的正面附着到载体晶圆。移除母衬底、成核层和应力管理层的整体，其中移除步骤暴露堆叠的反表面。利用电介质层钝化该反表面。在又一方面，描述了一种用于形成器件的方法。在母衬底上形成成核层，其中成核层包括A1N。在母衬底上的成核层上形成应力管理层，其中应力管理层包括III-氮化物材料。在应力管理层上形成III-氮化物层的堆叠，其中形成堆叠包括形成其中具有2DEG沟道的沟道层。移除至少母衬底的一部分、成核层的一部分和应力管理层的一部分，其中移除步骤仅移除母衬底的一部分并且形成薄外骨骼部分和厚外骨骼部分，其中母衬底在薄外骨骼部分中比在厚外骨骼部分中更薄。这里描述的器件和方法的实施可以包括下述特征中的一个或多个。第一钝化层和第二钝化层可以每个均具有足够大的带隙、足够低的体缺陷密度和足够低的界面密度， 从而与具有III-氮化物层的堆叠并且缺乏第一钝化层和第二钝化层的器件相比改进了器件的击穿。第一钝化层可以具有小于IO1Vcm2的起作用的界面态密度(active interfacestate density)和小于 102°/cm3 的起作用的体陷讲密度(active bulk trap density)。第一钝化层或者第二钝化层可以由无机电介质材料形成。第一钝化层或第二钝化层可以包括氮化硅、二氧化硅、氧氮化硅、氧化铝或者氮化铝。第一钝化层或者第二钝化层可以是有机电介质材料。第一钝化层或者第二钝化层可以包括有机树脂。有机树脂可以包括聚酰亚胺、苯并环丁烯(BCB)或者SU8中的一种。钝化层可以包括至少一种有机电介质材料和至少一种无机电介质材料的堆叠。导电接触可以电连接到结构的反侧。III-氮化物层的堆叠可以在O. 5至30微米厚之间。器件可以包括栅极接触和栅极电介质，其中栅极电介质在III-氮化物层的堆叠与第二钝化层之间。一个或多个导电接触中的一个可以是在结构的正侧上的栅极接触；导电接触中的一个可以是在结构的正侧上的源极接触；导电接触中的一个可以是在结构的反侧上的漏极接触；并且第二钝化层可以覆盖包括栅极接触和源极接触之间的间隔的结构的正侧的整体。器件可以包括与间隔层接触的成核和应力管理层；以及包括硅的母衬底，其中成核和应力管理层在III-氮化物层的堆叠和母衬底之间；其中器件具有包括III-氮化物层的堆叠的第一部分和包括III-氮化物层的堆叠、成核和应力管理层以及母衬底的第二部分，第二部分形成外骨骼并且第一部分可以与母衬底和成核和应力管理层无关。器件可以包括在母衬底的与III-氮化物层的堆叠相反的一侧上的电介质层。器件可以包括导电层，其中电介质层在金属化层与母衬底之间。外骨骼可以具有薄部分和厚部分，其中薄部分中的母衬底比厚部分中的母衬底更薄并且导电层不延伸到外骨骼的厚部分中。薄部分中的母衬底可以在大约10至50微米之间。导电层可以在连接到第二部分中的导电焊盘的正侧上。外骨骼可以在III-氮化物层的堆叠中维持足够的应变以在沟道层中产生2DEG。第二钝化层可以局限于第一部分。外骨骼上的控制、保护、同步或驱动电路中的至少一个可以在硅或III-氮化物有源区中。形成器件可以包括形成与2DEG沟道电接触的导电接触。III-氮化物层的堆叠可以包括在沟道层的第一侧上的势垒层和位于沟道层的第二侧上的间隔层；间隔层可以包括蚀刻停止层；并且移除步骤可以蚀刻到蚀刻停止层。该方法可以包括形成到2DEG沟道的外部接触，其中该外部接触延伸穿过电介质层。该方法可以包括在III-氮化物层的堆叠中制作二极管或晶体管中的一种。III-氮化物层的堆叠可以包括在沟道层的第一侧上的势垒层和在沟道层的第二侧上的间隔层；间隔层可以包括蚀刻停止层并且移除步骤可以蚀刻到蚀刻停止层。可以使用下述技术中的一个或多个来实现形成高电压横向III族氮化物器件的目的。可以通过在低成本衬底上的异质外延来制作适合的半导体堆叠，在外延膜的正面附着在也具有适合的金属化和通孔的载体晶圆上之后移除该低成本衬底。衬底材料可以被减薄，其可以包括外延材料的减薄。可以移除形成缓冲层的有缺陷的成核和应力管理层。可以处理反表面以移除表面附近缺陷并且本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.12.10 US 12/635,4051.一种III族氮化物器件，包括 III-氮化物层的堆叠，其中所述堆叠包括沟道层、与所述沟道层直接相邻的势垒层以及与所述沟道层的和所述势垒层相反的一侧直接相邻的间隔层，其中所述沟道层包括在所述沟道层中的与所述势垒层相邻的2DEG沟道； 第一钝化层，所述第一钝化层在与所述沟道层相反的一侧上直接接触所述间隔层的表面，其中所述第一钝化层是电绝缘体并且所述III-氮化物层的堆叠和所述第一钝化层形成具有邻近所述第一钝化层的反侧和邻近所述势垒层的正侧的结构； 第二钝化层，所述第二钝化层在所述结构的所述正侧上；和 一个或多个导电接触，所述一个或多个导电接触电连接到所述2DEG沟道。2.根据权利要求I所述的器件，其中所述第一钝化层和所述第二钝化层每个均具有足够大的带隙、足够低的体缺陷密度和足够低的界面密度，从而与具有所述III-氮化物层的堆叠并且缺乏所述第一钝化层和所述第二钝化层的器件相比改进了所述器件的击穿。3.根据权利要求I所述的器件，其中所述第一钝化层具有小于IO1Vcm2的起作用的界面态密度和小于IO2tVcm3的起作用的体陷阱密度。4.根据权利要求I所述的器件，其中所述第一钝化层或者所述第二钝化层由无机电介质材料形成。5.根据权利要求4所述的器件，其中所述第一钝化层或者所述第二钝化层包括氮化硅、二氧化硅、氧氮化硅、氧化铝或者氮化铝。6.根据权利要求I所述的器件，其中所述第一钝化层或者所述第二钝化层是有机电介质材料。7.根据权利要求6所述的器件，其中所述第一钝化层或者所述第二钝化层包括有机树脂。8.根据权利要求7所述的器件，其中所述有机树脂包括聚酰亚胺、苯并环丁烯(BCB)或者SU8中的一种。9.根据权利要求I所述的器件，其中所述钝化层包括至少一种有机电介质材料和至少一种无机电介质材料的堆叠。10.根据权利要求I所述的器件，其中所述导电接触电连接到所述结构的所述反侧。11.根据权利要求I所述器件，其中所述III-氮化物层的堆叠在0.5和30微米厚之间。12.根据权利要求I所述的器件，进一步包括栅极接触和栅极电介质，其中所述栅极电介质在所述III-氮化物层的堆叠与所述第二钝化层之间。13.根据权利要求I所述的器件，其中 所述一个或多个导电接触中的一个是在所述结构的所述正侧上的栅极接触； 所述导电接触中的一个是在所述结构的所述正侧上的源极接触； 所述导电接触中的一个是在所述结构的所述反侧上的漏极接触；并且所述第二钝化层覆盖包括所述栅极接触和所述源极接触之间的间隔的所述结构的所述正侧的整体。14.根据权利要求I所述的器件，进一步包括 成核和应力管理层，所述成核和应力管理层与所述间隔层接触；以及母衬底，所述母衬底包括硅，其中所述成核和应力管理层在所述III-氮化物层的堆叠和所述母衬底之间； 其中所述器件具有包括所述III-氮化物层的堆叠的第一部分和包括所述III-氮化物层的堆叠、所述成核和应力管理层以及所述母衬底的第二部分，所述第二部分形成外骨骼并且所述第一部分没...

【专利技术属性】
技术研发人员：储荣明，乌梅什·米什拉，拉柯许·K·拉尔，
申请(专利权)人：特兰斯夫公司，
类型：发明
国别省市：