具有埋置场板的高电子迁移率晶体管的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及化合物半导体晶体管，并且更具体地涉及具有埋置场板的基于III族氮化物的高电子迀移率晶体管。
【背景技术】
[0002]半导体晶体管，尤其是场效应控制型开关器件，诸如MISFET(金属绝缘体半导体场效应晶体管)(其在下文中也被称作MOSFET (金属氧化物场效应晶体管))和HEMT (高电子迀移率晶体管)(其也被称作异质结构FET(HFET)和调制掺杂型FET(MODFET)，已经被作为开关用于各种应用，例如，包括但并不局限于被用于电源和功率转换器、电动汽车、空调以及被用于消费类电子产品。
[0003]HEMT是具有在带隙不同的两种材料诸如GaN和AlGaN之间结的场效应晶体管。在基于GaN/AlGaN的HEMT中，在AlGaN势皇层和GaN缓冲层之间的界面处出现二维电子气(2DEG)。该2DEG形成诸如MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)中的沟道而不是掺杂区。类似地原则可以被用来选择形成作为器件沟道的二维空穴气(2DHG)的缓冲和势皇层。在没有进一步测量的情况下，这样的构造导致了自导通的(即在常通的)晶体管。也就是说，HEMT在没有正向栅极电压的情况下是导通的。
[0004]诸如HEMT之类的晶体管的一种令人期望的属性是高的击穿电压。例如，升高的击穿电压允许晶体管应对与功率开关应用相关联的更大电压。为此，常规的常通的基于GaN的HEMT通常利用连接至源极端子的顶部场板以便降低器件内的电场峰值，这进而增大了器件的击穿电压。该顶部金属场板布置在栅极电极上方，并且通过电介质材料而与栅极电极绝缘。该顶部金属场板通过引导电场线远离栅极边缘而增大晶体管的击穿电压。然而，该顶侧金属场板的效用由于该场板无法放置在非常接近于栅极电极最易于受到影响的区域而受到限制。期望通过以降低最大电场峰值并且提升器件的击穿强度的方式对电场进行整形，而具有使得GaN HEMT的击穿强度有所提高的更为有效的场板。
【发明内容】
[0005]公开了一种形成高电子迀移率场效应晶体管的方法。根据一个实施例，该方法包括形成缓冲区，该缓冲区具有台阶状横向剖面以及布置于其中的埋置场板。该台阶状横向剖面包括该缓冲区的第一、第二和第三横截面。该第一横截面比第三横截面更厚并且包括该埋置场板。该第二横截面夹置在该第一和第三横截面之间并且与该第一和第三横截面形成倾斜角度。该方法进一步包括沿该缓冲区的台阶状横向剖面形成势皇区。该势皇区通过该缓冲区的一部分而与该埋置场板隔开。该缓冲区由第一半导体材料形成并且该势皇区由第二半导体材料形成。该第一和第二半导体材料具有不同带隙而使得在该缓冲区和势皇区之间的界面处由于压电效应而出现包括二维电荷载流子气的导电沟道。
[0006]根据另一个实施例，该方法包括形成缓冲区，其包括形成台阶状横向剖面的第一、第二和第三横截面。该第一横截面比第三横截面更厚并且包括布置于其中的埋置场板。该第二横截面夹置在该第一和第三横截面之间并且与该第一和第三横截面形成倾斜角度。该方法进一步包括沿该缓冲区的台阶状横向剖面形成基本上均匀厚度的势皇区。该势皇区通过该缓冲区的一部分而与该埋置场板隔开。该缓冲区由氮化镓形成并且该势皇区由氮化铝镓形成而使得在该势皇区和缓冲区之间的界面附近沿该台阶状横向剖面形成二维电子气。
[0007]公开了一种高电子迀移率半导体器件。根据一个实施例，该器件包括具有形成台阶状横向剖面的第一、第二和第三横截面。该第一横截面比第三横截面更厚并且包括布置于其中的埋置场板。该第二横截面夹置在该第一和第三横截面之间并且与该第一和第三横截面形成倾斜角度。该器件进一步包括沿该缓冲区的台阶状横向剖面延伸的基本上均匀厚度的势皇区。该势皇区通过该缓冲区的一部分而与该埋置场板隔开。该缓冲区包括第一半导体材料并且该势皇区包括第二半导体材料。该第一和第二半导体材料具有不同带隙而使得在该缓冲区和势皇区之间的界面处由于压电效应而出现具有二维电荷载流子气的导电沟道。
[0008]本领域技术人员在阅读以下详细描述以及观看附图时将会意识到另外的特征和优势。
【附图说明】
[0009]附图的要素并非必然相对于彼此依比例绘制。同样的附图标记指代相对应的相似部分。除非各个所图示实施例的特征互相排斥，否则它们能够进行组合。实施例在附图中进行绘制并且在随后的描述中进行详细描述。
[0010]图1包括图1A至图1B，描绘了根据一个实施例的具有埋置层的缓冲区。
[0011]图2描绘了根据一个实施例的图1的缓冲区中的台阶状横向剖面的形成。
[0012]图3描绘了根据一个实施例的缓冲材料的绝缘层沿台阶状横向剖面的形成。
[0013]图4描绘了根据一个实施例的势皇区沿缓冲材料的绝缘层的形成以形成异质结构。
[0014]图5描绘了根据一个实施例的在图4的异质结构中形成导电电极的方法。
[0015]图6描绘了根据一个实施例的对在缓冲区内形成的材料的选择性蚀刻以形成埋置场板沟槽。
[0016]图7描绘了根据一个实施例的利用导电材料填充埋置场板沟槽。
[0017]图8包括图8A至图8B，描绘了根据一个实施例的具有台阶状横向剖面的高电子迀移率场效应晶体管。
[0018]图9描绘了根据另一个实施例的具有台阶状横向剖面的高电子迀移率场效应晶体管。
[0019]图10描绘了根据另一个实施例的具有台阶状横向剖面的高电子迀移率场效应晶体管。
【具体实施方式】
[0020]术语HEMT通常也被称作HFET(异质结构场效应晶体管)、M0DFET(调制掺杂型FET)和MESFET (金属半导体场效应晶体管)。术语HEMT、HFET、MESFET和M0DFET在这里可互换地使用以指代任意的结合有具有不同带隙的两种材料之间的结(即，异质结)作为沟道的基于III族氮化物的化合物半导体晶体管。例如，GaN可以与AlGaN或InGaN进行组合一形成作为沟道的电子气反型区。化合物半导体器件可以具有AlInN/AlN/GaN势皇/间隔/缓冲层结构。总体上，常断的化合物半导体晶体管可以使用允许由于压电效应而形成反向极性的反型区的任意适当III族氮化物技术来实现，诸如GaN技术。
[0021]特别是关于GaN技术，基于GaN的异质结构主体中由于压电效应而存在的极化电荷和应变效应而在该异质结构主体中产生二维电荷载流子气，该二维电荷载流子气以非常高的势皇密度和载流子迀移率为特征。诸如2DEG(二维电子气)或2DHG(二维空穴气)之类的该二维电荷载流子气，在例如GaN合金势皇区和GaN缓冲区之间的界面附近形成HEMT的传导沟道。例如lnm-2nm的薄的A1N层能够被设置在GaN缓冲区和GaN合金势皇区之间，而使得合金散射最小化并且提升2DEG的迀移率。以广义来讲，这里所描述的化合物半导体晶体管能够由任何二元、三元、四元III族氮化物化合物半导体材料所形成，其中压电效应作为器件构想的基础。
[0022]这里所描述的实施例提供了一种高电子迀移率场效应晶体管以及形成所述器件的相对应方法。该高电子迀移率场效应晶体管包括具有台阶状横向剖面的缓冲区。也就是说，该缓冲器包括以逐渐的倾斜分隔开来的较厚和较薄的横截面。缓冲区沿该台阶状横向剖面的横向表面具有倾斜的(即，非正交的)角度。该横向表面沿该台阶状横向剖面被基本上均匀厚度的缓冲区所覆盖。该缓冲区和势皇区由具有不同带隙的两种半导体材料(例如，GaN和AlGaN)所形成，而使得在势皇区和缓冲区的界面附近形成二维电荷载流子气。由于该倾斜角度，该二维电荷载流子气在从较厚向较薄的横截面的过渡中基本上并不出现中断。因此，沿该台阶状横向剖面延伸的二维电荷载流子气形成了该器件的能够由栅极结构进行控制的导电沟道。
[0023]有利的是，这里所描述的方法和器件允许:在缓冲区的较厚的横截面中、在形成于势皇区上的栅极电极正下方以及与之接近处，形成埋置场板。根据一个实施例，该埋置场板通过在缓冲区中设置埋置掺杂层而形成。该缓冲区被蚀刻而形成台阶状横向剖面，并且该埋置参杂层的一部分因此被蚀刻掉。随后，再生