Iii-n器件及其形成方法_4

文档序号:8262511阅读:来源:国知局
域中移除蚀刻停止层21。
[0049] 已经制作了诸如图5中所示的具有单个场板的器件,该器件的动态导通电阻(当 以达到40V的源极-漏极偏置将器件从截止状态切换到导通状态时测量)不超过DC导通电 阻(Rw)的1. 2倍。发现对于50mA/mm的饱和电流的平均DCRQN为大约11. 5ohm-mm,而发现当 器件在施加有40V的源极-漏极偏置的同时进行切换时测量的平均动态为11. 9ohm-mm。 在切换应用中使用的半导体晶体管中,分散可以导致器件的动态导通电阻增加。在不具有 诸如图5中的器件中的斜场板的器件中,分散可以导致对于器件正在其中使用的应用来说 太大的动态导通电阻。图5的器件中的分散可以被保持为足够小,S卩,分散得到了充分的抑 制,使得动态导通电阻对于器件应用来说是可接受的。
[0050] 在图12a中示出包括栅极绝缘体和两个斜场板的器件的示意图。图12a的器件与 图5中所示的器件相同,但是进一步包括了绝缘体层32、第二蚀刻停止层31、第二电极限定 层33和包括第二斜场板38的电极39。与图5的器件相比,第二斜场板38的添加可以进一 步减小器件操作期间的峰值电场,从而进一步增加器件击穿电压并且减少分散,或者导致 在比利用图5的器件可能的电压更高的电压下的足够低的分散。
[0051] 第二电极限定层33和第二蚀刻停止层31可以分别类似于电极限定层23和蚀刻 停止层21。即,第二电极限定层33可以由与第二蚀刻停止层31不同组成或者是不同材料 的诸如AlN、SiN或者Si〇d^绝缘材料形成。另外,第二电极限定层33可以由这样的材料形 成:对于该材料,蚀刻工艺可以蚀刻电极限定层33的材料并且产生诸如对于图5中的侧壁 24所述侧壁的侧壁,同时基本上没有蚀刻第二蚀刻停止层31的材料。例如,当第二蚀刻停 止层31是A1N时,第二电极限定层33可以为SiN,这是因为,基于氟的干法蚀刻蚀刻SiN,基 本上不蚀刻A1N,并且当使用适合的光致抗蚀剂蚀刻掩膜时可以产生诸如对于图5中的侧 壁24所述侧壁的侧壁。在一些实施中,第二电极限定层33的厚度处于大约10nm和lOOOnm 之间,诸如大约500nm。在一些实施中,第二电极限定层33由通过等离子体增强化学气相沉 积(PECVD)沉积的SiN形成并且大约500nm厚。
[0052] 第二蚀刻停止层31可以由与下面的绝缘体层32不同且与第二电极限定层33不 同组成或者是不同材料的诸如AlN、SiN或者SiOj^绝缘材料形成。第二蚀刻停止层31可 以由这样的材料组成,对于该材料,蚀刻工艺可以蚀刻蚀刻停止层31的材料而基本上不蚀 刻下面的绝缘体层32或者第二电极限定层33的材料。例如,当下面的绝缘体层32和第二 电极限定层33是SiN时,第二蚀刻停止层31可以为A1N,这是因为可以使用基本上不蚀刻 SiN的基于K0H的湿法蚀刻来蚀刻A1N。此外,第二蚀刻停止层31可以是薄的,诸如小于大 约15nm,诸如大约5nm厚,以便于防止第二蚀刻停止层31的实质性横向蚀刻,该横向刻蚀可 以导致第二电极限定层33下面的底切。在一些实施中,第二蚀刻停止层31由通过溅射沉 积而沉积的A1N形成并且为大约5nm厚。
[0053] 形成图12a的器件中的电极39和相邻层的方法与形成图5的器件中的电极29和 相邻层的方法类似或者相同。另外,电极39和电极29 (为了方便起见,在图5中标出而在 图12a中没有标出)可以外部地或者在器件周围电连接,从而第二斜场板38是栅极连接的 场板(未示出)。如这里使用的,如果两个或更多接触或者其它元件(item)通过这样的材 料连接:该材料充分地导电以确保在该接触或者其它元件中的每一个处的电势始终相同, 即大致相同,则该接触或者其它元件被称为被"电连接"。此外,额外的斜场板可以使用与对 于电极39和相邻层所述的类似或相同的工艺而添加到该器件,该额外的斜场板也可以是 栅极连接的场板。
[0054] 可以是SiN的绝缘体层32将电极39与电极29分离并且可以当蚀刻第二蚀刻停 止层31时保护电极29避免损坏。在一些实施中,不包括绝缘体层32,在该情况下,电极39 可以直接连接到有源器件区域内的电极29。
[0055] 在图12a中所示的器件的一个实施中,III-N层和栅极绝缘体层22都通过M0CVD 来生长并且在单一的生长步骤中形成。栅极绝缘体层22是SiN并且为大约22nm厚。蚀 刻停止层21包括A1N或者由A1N形成,该A1N通过蒸镀或者溅射沉积,并且蚀刻停止层21 为大约5nm厚。电极限定层23是通过PECVD沉积的SiN,并且为大约120nm厚。图10中 所示的蚀刻掩膜17由光致抗蚀剂形成并且被以这样的方式图案化:使得侧壁实质上倾斜, 或者使得侧壁具有底切使得可以在下面的电极限定层23中限定具有斜侧壁的沟槽。使用 诸如RIE或者ICP的基于氟的干法蚀刻在栅极区域中移除电极限定层23,该干法刻蚀蚀刻 SiN而基本上不蚀刻A1N并且当使用适当的光致抗蚀剂蚀刻掩膜时产生诸如对于图5中的 侧壁24所述侧壁的侧壁。使用蚀刻A1N而基本上不蚀刻SiN的基于K0H的湿法蚀刻在栅 极区域中移除蚀刻停止层21。绝缘体层32是由PECVD沉积的SiN,并且为大约200nm厚。 第二蚀刻停止层31是通过蒸镀或者溅射沉积的A1N,并且为大约5nm厚。第二电极限定层 33是通过PECVD沉积的SiN,并且为大约500nm厚。使用诸如RIE或者ICP的基于氟的干 法蚀刻来蚀刻第二电极限定层33,该干法蚀刻蚀刻SiN而基本上不蚀刻A1N并且当使用适 合的光致抗蚀剂蚀刻掩膜时产生诸如对于图5中的侧壁24所述侧壁的侧壁。使用蚀刻A1N 而基本上不蚀刻SiN的基于KOH的湿法蚀刻来蚀刻第二蚀刻停止层31。
[0056] 已经制作了诸如图12a中所示的具有两个斜场板的器件,该器件的动态导通电阻 (当以达到200V的源极-漏极偏置将器件从截止状态切换到导通状态时测量)不超过DC 导通电阻(Rw)的1. 2倍。发现对于50mA/mm的饱和电流的平均DCRQN为大约11. 5ohm-mm, 而发现当器件在施加有200V的源极-漏极偏置的同时进行切换时测量的平均动态R〇N也 为大约11. 5ohm-mm。在切换应用中使用的半导体晶体管中,分散可以导致器件的动态导通 电阻增加。在不具有诸如图12a中的器件中的多个斜场板的器件中,分散可以导致对于器 件正在其中使用的应用来说太大的动态导通电阻。图12a的器件中的分散可以保持为足够 小,即,分散得到充分的抑制,从而动态导通电阻对于器件应用来说是可接受的。
[0057] 已经制作了与图12a中所示的器件类似但是具有三个斜场板的器件,该器件的动 态导通电阻(当以达到600V的源极-漏极偏置将器件从截止状态切换到导通状态时测量) 不超过DC导通电阻(RJ的1. 2倍。在图12b中示出了示出对于这些器件的平均、与漏电 压Vd的曲线图。对于这些器件的平均DCRQN是大约170毫欧,而发现当以600V的源极-漏 极偏置将器件从截止状态切换到导通状态时测量的平均动态Rw为大约200毫欧。
[0058] 已经制作了与图12a中所示的器件类似但是具有四个斜场板的器件,该器件的动 态导通电阻(当以达到800V的源极-漏极偏置将器件从截止状态切换到导通状态时测量) 不超过DC导通电阻(RJ的1.4倍。在图12c中示出了示出对于这些器件的平均、与漏 电压Vd的曲线图。对于这些器件的平均DCRQN是大约1000毫欧,而发现当以800V的源 极-漏极偏置将器件从截止状态切换到导通状态时测量的平均动态Rw为大约1400毫欧。
[0059] 在图13中示出了包括栅极绝缘体22和两个斜场板28和38的另一器件。该器件 与图12中所示的器件类似,但是不同之处在于两个斜场板28和38在有源器件区域中彼此 连接并且可以利用单个金属沉积来形成。例如,包括器件栅极16以及斜场板28和38的电 极49可以在单个步骤中沉积。由于可以简化制造工艺并且可以减少栅极电阻,因此这与图 12a中的器件相比可以是有利的。
[0060] 可以如下地形成图13的器件中的电极49和与电极49相邻的层。栅极绝缘体层 22、第一蚀刻停止层21、第一电极限定层23、第二蚀刻停止层31和第二电极限定层33都沉 积在有源半导体器件层上。然后在层33顶部对诸如光致抗蚀剂的蚀刻掩膜进行图案化,并 且使用如前所述的不蚀刻层31的材料并且导致层33中的倾斜侧壁的蚀刻工艺来在层33 中蚀刻孔。然后使用蚀刻层31的材料而不蚀刻层33或23的材料的工艺来蚀刻与孔相邻 的层31的部分。在蚀刻层33之前或之后移除在层33顶部沉积或图案化的蚀刻掩膜。接 下来,在器件上沉积诸如光致抗蚀剂的第二蚀刻掩膜,从而层33和31的暴露表面以及位于 区域59外部的层23的暴露部分由蚀刻掩膜材料覆盖,但是区域59的层23的暴露部分没 有被蚀刻掩膜材料覆盖。接下来使用如前所述的不蚀刻层21的材料并且导致层23中的倾 斜侧壁的蚀刻工艺在层23中蚀刻孔。最终,移除第二蚀刻掩膜,并且使用蚀刻层21的材料 而不蚀刻层22或23的材料的工艺蚀刻与层23中的孔相邻的层21的部分。
[0061] 在图14和图15中示出包括斜场板28的二极管,其中图14是器件的横截面图并 且图15是器件的平面图。图15中所示的平面图分别示出阳极和阴极接触61和60的布 局。虽然图15中的阳极和阴极接触被示出为圆形形状,但是它们通常可以为任何适合于使 用它们的电路的布局的形状。二极管包括III-N沟道和阻挡层11和12,其包含2DEG沟道 19并且类似于图5的器件中的III-N层。阳极接触61由单个电极或多个电极形成并且直 接接触下面的半导体材料。阴极接触60接触2DEG沟道19并且紧挨着阳极接触61的至少 一部分。阴极接触60是欧姆接触,或者展示出实质性的欧姆行为,并且阳极接触61是与下 面的III-N层的肖特基接触或者与下面的III-N层形成实质性的肖特基接触。阴极接触60 可以为单个阴极接触。如这里使用的,术语"单个阴极接触"指用作阴极的单个金属接触, 或者被电连接而使得每个接触处的电势大致相同的用作阴极的多个接触。阳极和阴极接触 61和60可以是任意形状,但是该形状理想地被优化为最小化给定正向电流所要求的器件 面积。
[0062] 电介质层62由绝缘体或者电介质形成并且与器件接入区域中最上面的III-N表 面相邻。电介质层62能够自己或者与接入区域中的上面的层组合地用作有效表面钝化层。 层21是蚀刻停止层,并且层23是电极限定层,并且分别具有与图5的器件中的蚀刻停止层 和电极限定层类似或者相同的要求。
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