半导体器件、包括其的晶体管及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种半导体器件、包括其的晶体管、制造其的方法，所述半导体器件包括半导体本体，半导体本体包括多个化合物半导体层以及形成于其中一个化合物半导体层内的二维电荷载气通道区域。半导体器件进一步包括布置在半导体本体内的触点结构。触点结构包括金属区域和掺杂区域。金属区域从半导体本体的第一侧延伸至半导体本体内且至少延伸到包括通道区域的化合物半导体层。掺杂区域形成在半导体本体内且处于金属区域与通道区域之间，使得通道区域通过掺杂区域与金属区域电连接。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件、包括其的晶体管及其制造方法
本申请总体涉及化合物半导体器件(compoundsemiconductordevice，复合物半导体器件)，特别涉及用于化合物半导体器件的触点结构。
技术介绍
需要使用用于功率HEMT(高电子迁移率晶体管)和其他类型的异质结构器件的低欧姆触点来满足低RON*A(比导通电阻(specificon-resistance)，其中A对应于面积)度量。对于低电压功率器件(30V电压等级及以下)尤其如此，其中，接触电阻可代表器件总RON*A的40％或以上。优选地，AlGaN/GaNHEMT或其他异质结构器件中的低欧姆触点具有低接触电阻(因此，对RON的影响小)，还具有小的转移长度。如果转移长度小，则触点的长度可大大减小，且功率晶体管结构的尺寸可对应减小。但是，在比如GaN/AlGaN界面的异质结处提供良好的欧姆触点非常困难。例如，优化的30VGaN功率晶体管具有的比接触电阻通常为1.2e-7Ohm*mm2，其与总晶体管RON*A的约40％对应。另外，必须特别注意2DEG(二维电子气)通道与触点之间的转移电阻的优化。该转移电阻对总触点电阻具有很大影响。通过将Si注入GaN/AlGaN结构以形成与2DEG通道接触的退化区域(Si在GaN中起n型掺杂剂的作用)，可形成一种常规GaN/AlGaNHEMT触点。半导体本体的顶侧上形成金属触点，其与Si掺杂区域接触。金属触点下方设有足够的电载体，以获得良好欧姆接触。但是，该触点结构在底部的GaN/AlGaN界面处具有高过渡电阻，这大大增加了接触面积的总比电阻。高过渡电阻是由能带不连续性和感应/自发极化电荷所引起的GaN/AlGaN界面之间的明显障碍而造成的。另一种常规GaN/AlGaNHEMT触点通过进行金属沉积和后续的在通常高于600℃的温度下进行的退火过程而形成。这种高温处理阻碍了标准铝金属化方案的使用，这种方案的熔点在600℃以下。利用GaN基的材料，这种高温退火在埋入式金属触点的下方形成氮空位。这些氮空位在GaN中起n型掺杂剂的作用，从而产生与常规Si注入触点相似的效果。可下降至2DEG通道或着甚至在2DEG通道下方进行凹槽蚀刻，以避免在GaN/AlGaN界面处的过渡电阻。但是，埋入式金属触点结构与2DEG通道直接接触。金属触点与2DEG通道之间的这种直接连接在通道-金属界面处引起电流拥挤且增加了触点比电阻。
技术实现思路
本文对用于化合物半导体器件的触点结构的实施例进行了说明，其包括结合有掺杂区域的凹陷金属区域。所述触点结构在通道与掺杂区域之间具有降低的过渡电阻，并避免了异质结处(即，不同晶体半导体的两个层或区域之间的界面，例如，AlGaN/GaN界面处)的过渡电阻。通过在凹陷金属区域与通道之间设置掺杂区域，2DEG通道与触点结构之间的过渡电阻降低。该低欧姆触点结构可在非常低的温度下实现，例如，<450℃。利用在这种低温安排，如果需要，则可使用标准铝金属化方案。还可采用其他金属和处理温度，如本文所述。根据半导体器件的一个实施例，所述半导体器件包括半导体本体，半导体本体包括多个化合物半导体层和形成于其中一个化合物半导体层内的二维电荷载气通道区域。所述半导体器件进一步包括布置在半导体本体内的触点结构。所述触点结构包括金属区域和掺杂区域。所述金属区域从半导体本体的第一侧延伸至半导体本体内且至少延伸到包括通道区域的化合物半导体层。所述掺杂区域形成于金属区域与通道区域之间的半导体本体内，以使通道区域通过掺杂区域与金属区域电连接。根据半导体器件的另一个实施例，所述半导体器件包括半导体本体，半导体本体包括多个化合物半导体层和形成于其中一个化合物半导体层内的通道区域。所述半导体器件进一步包括金属区域和掺杂区域，所述金属区域从半导体本体的第一侧延伸到半导体本体内且至少延伸到包括通道区域的化合物半导体层，所述掺杂区域形成于半导体本体内，并置于金属区域与通道区域之间，以使通道区域通过掺杂区域与金属区域隔开。根据晶体管的一个实施例，所述晶体管包括半导体本体，所述半导体本体包括多个化合物半导体层，其中在两个不同化合物半导体层之间具有异质结。异质结下方形成通道区域。金属区域延伸至异质结下方的半导体本体内从而至少延伸到通道区域。形成于半导体本体内的掺杂区域置于金属区域与通道区域之间，以使通道区域通过掺杂区域与金属区域隔开。根据半导体器件的制造方法的一个实施例，所述方法包括：提供半导体本体，所述半导体本体包括多个化合物半导体层和形成于其中一个化合物半导体层内的二维电荷载气通道区域；以及在半导体本体内形成触点结构。所述触点结构包括金属区域，所述金属区域从半导体本体的第一侧至少延伸到包括通道区域的化合物半导体层而进入半导体本体内。所述触点结构进一步包括掺杂区域，所述掺杂区域形成在半导体本体内并处于金属区域与通道区域之间，以使通道区域通过掺杂区域与金属区域电连接。在阅读以下详细说明，同时参照附图时，本领域的技术人员应理解额外的特征和优点。附图说明图中的部件不一定符合比例，重点在于图解说明本专利技术的原理。另外，在图中，相似参考标号表示对应部分。在附图中：图1图解了具有触点结构的化合物半导体器件的局部截面图，所述触点结构具有形成于器件本体内的金属区域和掺杂区域。图2为触点结构的比电阻对器件的总比电阻的影响的曲线图。图3图解了根据一个实施例的具有触点结构的化合物半导体器件的局部截面图，所述触点结构具有形成于器件本体内的金属区域和掺杂区域。图4图解了根据另一个实施例的具有触点结构的化合物半导体器件的局部截面图，所述触点结构具有形成于器件本体内的金属区域和掺杂区域。图5图解了根据另一个实施例的具有触点结构的化合物半导体器件的局部截面图，所述触点结构具有形成于器件本体内的金属区域和掺杂区域。图6图解了根据又一个实施例的具有触点结构的化合物半导体器件的局部截面图，所述触点结构具有形成于器件本体内的金属区域和掺杂区域。图7图解了根据另一个实施例的具有触点结构的化合物半导体器件的局部截面图，所述触点结构具有形成于器件本体内的金属区域和掺杂区域。图8图解了根据一个实施例的具有触点结构的化合物半导体器件的局部截面图，所述触点结构具有形成于器件本体内的金属区域和掺杂区域。图9图解了根据另一个实施例的具有触点结构的化合物半导体器件的局部截面图，所述触点结构具有形成于器件本体内的金属区域和掺杂区域。图10图解了形成图9所示的触点结构的掺杂区域的过程的一个实施例。图11A至图11C图解了触点结构的制造方法的一个实施例。图12A至图12G图解了触点结构的制造方法的另一个实施例。图13图解了具有触点结构的化合物半导体晶体管的局部截面图，所述触点结构具有形成于器件本体内的金属区域和掺杂区域。图14图解了根据另一个实施例的具有触点结构的化合物半导体晶体管的局部截面图，所述触点结构具有形成于器件本体内的金属区域和掺杂区域。具体实施方式图1图解了包括半导体本体100的半导体器件的局部截面图，所述半导体本体具有设置在衬底110上的多个化合物半导体层。衬底110可为半导体衬底，例如，Si、蓝宝石、SiC、GaN或金刚石衬底。衬底110可为掺杂衬底或非掺杂衬底。在一个实施例中，布置在衬底1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：半导体本体，包括多个化合物半导体层以及形成在其中一个所述化合物半导体层内的二维电荷载气通道区域；以及触点结构，所述触点结构设置在所述半导体本体内并且包括：金属区域，从所述半导体本体的第一侧延伸至所述半导体本体内并至少延伸到包括所述通道区域的所述化合物半导体层；以及掺杂区域，形成在半导体本体内且处于所述金属区域与所述通道区域之间，使得所述通道区域通过所述掺杂区域与所述金属区域电连接。

【技术特征摘要】
2012.05.14 US 13/470,7711.一种半导体器件，包括：半导体本体，包括多个化合物半导体层以及形成在其中一个所述化合物半导体层内的二维电荷载气通道区域；以及触点结构，所述触点结构设置在所述半导体本体内并且包括：金属区域，从所述半导体本体的第一侧延伸至所述半导体本体内并至少延伸到包括所述通道区域的所述化合物半导体层；以及掺杂区域，形成在半导体本体内且处于所述金属区域与所述通道区域之间，使得所述通道区域通过所述掺杂区域与所述金属区域隔开且电连接，其中，所述掺杂区域与所述金属区域之间的界面垂直于所述第一侧，其中，在所述半导体本体内形成所述触点结构包括：将掺杂剂注入所述半导体本体的未覆盖部分中；在高温下对所述半导体本体进行退火，以活化被注入的掺杂剂并形成所述掺杂区域；在注入和退火后，在从所述半导体本体的第一侧到至少所述通道区域的深度上去除所述掺杂区域的一部分，以在所述半导体本体中形成开口，所述开口通过所述掺杂区域的剩余部分与所述通道区域横向隔开；以及在所述开口内填充金属。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述二维电荷载气通道区域为二维电子气通道区域，且所述掺杂区域为所述半导体本体的掺杂有Si的区域。3.根据权利要求2所述的半导体器件，进一步包括设置在所述半导体本体的与所述金属区域的侧面和底侧相邻的区域内的氮空位。4.根据权利要求2所述的半导体器件，其中：所述半导体本体包括GaN层和所述GaN层上的GaN合金层；并且所述掺杂区域为所述半导体本体的掺杂有Si的区域，该区域延伸穿过所述GaN合金层而进入所述GaN层并与所述二维电子气通道区域接触。5.根据权利要求4所述的半导体器件，其中，所述金属区域延伸穿过所述GaN合金层而进入所述GaN层。6.根据权利要求4所述的半导体器件，其中，所述GaN合金层包括AlGaN或InAlN，且所述二维电荷载气通道区域为形成在所述GaN层内的二维电子气通道区域。7.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述金属区域完全延伸穿过所述半导体本体。8.根据权利要求7所述的半导体器件，其中，所述半导体本体设置在衬底上，且所述金属区域延伸至所述衬底内。9.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述金属区域从所述第一侧延伸至所述半导体本体内的程度比所述掺杂区域深。10.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述金属区域包括Al、AlSi、AlCu、AlSiCu、Ni、Ti、Mo、Pt、Pd、Nb、Re、Ta、Ir、TiAl3和W中的至少一种。11.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，沿着所述第一侧，所述掺杂区域与所述金属区域不邻接。12.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述金属区域包括侧面和底侧，所述侧面从所述第一侧延伸至所述底侧，所述侧面垂直于所述第一侧并且所述底侧平行于所述第一侧，并且其中，所述通道区域通过所述掺杂区域与所述侧面隔开且电连接。13.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述金属区域包括侧面和底侧，所述侧面从所述第一侧延伸至所述底侧，所述侧面垂直于所述第一侧并且所述底侧平行于所述第一侧。14.一种晶体管，包括：半导体本体，包括多个化合物半导体层以及形成在其中一个所述化合物半导体层内的二维电荷载气通道区域；源极区域与和漏极区域，形成在所述半导体本体内并且通过所述通道区域互相隔开；栅极，能操作以控制所述通道区域；以及触点结构，所述触点结构设置在所述半导体本体内并且包括：金属区域，从所述半导体本体的第一侧延伸至所述半导体本体内且至少延伸到包括所述通道区域的所述化合物半导体层；以及掺杂区域，形成在所述半导体本体内并处于所述金属区域与所述通道区域之间，使得所述通道区域通过所述掺杂区域与所述金属区域隔开且电连接，其中，所述掺杂区域与所述金属区域之间的界面垂直于所述第一侧，其中，在所述半导体本体内形成所述触点结构包括：将掺杂剂注入所述半导体本体的未覆盖部分中；在高温下对所述半导体本体进行退火，以活化被注入的掺杂剂并形成所述掺杂区域；在注入和退火后，在从所述半导体本体的第一侧到至少所述通道区域的深度上去除所述掺杂区域的一部分，以在所述半导体本体中形成开口，所述开口通过所述掺杂区域的剩余部分与所述通道区域横向隔开；以及在所述开口内填充金属。15.根据权利要求14所述的晶体管，其中，所述触点结构具有的比电阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：格哈德·普雷希特尔，奥利弗·黑贝伦，克莱门斯·奥斯特迈尔，詹毛罗·波佐维沃，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：