化合物半导体器件及其制造方法以及电源的制作方法
【专利说明】化合物半导体器件及其制造方法以及电源
[0001]本申请是申请日为2012年2月23日、申请号为201210044499.7、发明名称为“化合物半导体器件及其制造方法以及电源”的中国专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本文讨论的实施方案涉及化合物半导体器件、用于制造化合物半导体器件的方法以及电源。
【背景技术】
[0003]氮化物半导体器件具有适合作为高击穿电压-高速电子器件的物理特性，并且被期望应用于例如服务器系统。存在被称为垂直氮化物半导体器件的高击穿电压半导体器件，其包括例如由硅(Si)和碳化硅(SiC)构成的衬底。这样的垂直氮化物半导体器件包括通过在半导体层的表面中离子注入P型杂质形成的P型半导体区域，用于抑制由于半导体层的位于半导体层与绝缘层之间的界面处的区域中的电场集中(electric fieldconcentrat1n)而引起的反向击穿电压的降低，并增强浪涌电流能力。该P型半导体区域被称为结终端扩展(JTE)结构。
[0004]现有的JTE结构的示例包括多区域结构和保护环结构。多区域结构通过将P型杂质以离子注入方式注入到化合物半导体层中使得P型杂质的浓度从有源区朝向切片区逐渐降低来形成。保护环结构通过将P型杂质以离子注入方式注入到化合物半导体层中使得P型杂质的注入间隔从有源区朝向切片区发生变化来形成。从而，JTE结构通过离子注入P型杂质来使电场集中逐渐降低而形成。
[0005]下面为参考文献。
[0006][文献 I] Tantraporn 等人，IEEE Tran.ED34, 2200,1987
[0007][文献 2]Yilmaz 等人，IEEE Tran.ED38,1666,1991
[0008][文献 3]P6rez 等人，IEEE Tran.ED52，2309，2005
[0009][文献 4] Lee 等人，IEEE EDL, 28，1007，2007
[0010][文献 5] Lee 等人，IEEE Tran.ED55，1894，2008
[0011][文献 6]Bolotnikov 等人，IEEE Tran.ED57，1930，2010
[0012][文献 7] 0.Ambacher 等人，J.Appl.Phys.Vol.85，3222，1999
[0013][文献 8]Μ.H.Wong 等人，J.Appl.Phys.Vol 04，093710，2008
【发明内容】
[0014]根据实施方案的一方面，化合物半导体器件包括:衬底；形成在衬底上的第一化合物半导体层；形成在第一化合物半导体层上的第二化合物半导体层；以及形成在第一化合物半导体层上的上电极，其中在第一化合物半导体层的位于第一化合物半导体层与第二化合物半导体层之间的界面处的区域中产生二维空穴气，使得具有随着到所述上电极的距离的增加而降低的空穴浓度。
【附图说明】
[0015]图1A至图1C是顺序地示出用于制造根据第一实施方案的SBD的方法步骤的截面示意图；
[0016]图2A至图2C是顺序地示出用于制造根据第一实施方案的SBD的方法的(在图1C中的步骤之后的)步骤的截面示意图；
[0017]图3A至图3C是顺序地示出用于制造根据第一实施方案的SBD的方法的(在图2C中的步骤之后的)步骤的截面示意图；
[0018]图4A至图4C是顺序地示出用于制造根据第一实施方案的SBD的方法的(在图3C中的步骤之后的)步骤的截面示意图；
[0019]图5是示出用于制造根据第一实施方案的SBD的方法的(在图4C中的步骤之后的)步骤的截面示意图；
[0020]图6是根据第一实施方案的SBD的平面示意图；
[0021]图7是曲线图，其示出了根据第一实施方案的SBD和对比例的SBD的到SBD阳极端部(电极端)的距离Um)与电场强度(V/cm)的关系；
[0022]图8是示出了在根据第一实施方案的SBD中产生2DHG的截面示意图；
[0023]图9是示出了用于制造根据第一实施方案的第一修改方案的SBD的方法的步骤的截面示意图；
[0024]图10是示出了用于制造根据第一实施方案的第一修改方案的SBD的方法的(在图9中的步骤之后的)步骤的截面示意图；
[0025]图11是示出了在根据第一实施方案的第一修改方案的SBD中产生2DHG的截面示意图；
[0026]图12A和图12B是顺序地示出用于制造根据第一实施方案的第二修改方案的SBD的方法的步骤的截面示意图；
[0027]图13A和图13B是顺序地示出用于制造根据第一实施方案的第二修改方案的SBD的方法的(在图12B中的步骤之后的)步骤的截面示意图；
[0028]图14是示出了用于制造根据第一实施方案的第二修改方案的SBD的方法的(在图13B中的步骤之后的)步骤的截面示意图；
[0029]图15是根据第一实施方案的第二修改方案的SBD的平面示意图；
[0030]图16A至图16C是顺序地示出用于制造根据第二实施方案的SBD的方法的步骤的截面示意图；
[0031]图17A至图17C是顺序地示出用于制造根据第二实施方案的SBD的方法的(在图16C中的步骤之后的)步骤的截面示意图；
[0032]图18A和图18B是顺序地示出用于制造根据第二实施方案的SBD的方法的(在图17C中的步骤之后的)步骤的截面示意图；
[0033]图19是示出了用于制造根据第二实施方案的SBD的方法的(在图18B中的步骤之后的)步骤的截面示意图；
[0034]图20是示出了在根据第二实施方案的SBD中产生2DHG的截面示意图；
[0035]图21A至图21C是顺序地示出用于制造根据第三实施方案的SBD的方法的步骤的截面示意图；
[0036]图22A至图22C是顺序地示出用于制造根据第三实施方案的SBD的方法的(在图21C中的步骤之后的)步骤的截面示意图；
[0037]图23A和图23B是顺序地示出用于制造根据第三实施方案的SBD的方法的(在图22C中的步骤之后的)步骤的截面示意图；
[0038]图24是示出了用于制造根据第三实施方案的SBD的方法的(在图23B中的步骤之后的)步骤的截面示意图；
[0039]图25是示出了在根据第三实施方案的SBD中产生2DHG的截面示意图；
[0040]图26是分立元件的平面示意图；
[0041]图27是PFC电路的连接图；以及
[0042]图28是服务器电源的示意图。
【具体实施方式】
[0043]下面，将参照附图来详细地描述实施方案。下面的实施方案公开了具有JTE结构的化合物半导体器件，并且将会描述所述器件的结构和制造方法。
[0044]在附图中，为了清晰起见，元件不必一定按比例绘制。
[0045]第一实施方案
[0046]第一实施方案公开了作为具有JTE结构的化合物半导体器件的肖特基势皇二极管(SBD) ?
[0047]图1A至图5是顺序地示出用于制造根据第一实施方案的SBD的方法的步骤的截面示意图。
[0048]参照图1A，在n-GaN衬底I的表面上顺序地形成n_GaN层2和AlGaN层3。具体地，例如，n-GaN衬底I用作生长衬底。n_GaN衬底I包含预定浓度(例如，大约IXlO18/cm3)的例如为Si的η型杂质。
[0049]n-GaN层2和AlGaN层3通过例如金属有机化学气相沉积(MOCVD)顺序地生长在n-GaN型衬底I的表面(此处为(000-1)面，即N面)上。η-GaN层2形成为具有N面表面、具有例如大约5 ym的厚度以及包含浓度为大约I X 1lfVcm3的例如为Si的η型杂质。AlGaN层3形成在n_GaN层2的N面上，具有例如大约10%的Al含量和例如大约20nm的厚度。代替MOCVD，例如可以使用分子束外延(MBE)。
[0050]使用如下源气体来生长GaN和AlGaN:该源气体是三甲基铝(TMA)气体、三甲基镓(TMG)气体和氨气(NH3)的混合气体。取决于待生长的化合物半导体层，合适地确定用作Al源的TMA气体和用作Ga源的TMG气体的流量(其中一个可以为零)。在GaN和AlGaN的生长中使用的NH3气的流量设置为大约10ccm至10LM。生长压力设置为大约50至300Torr。生长温度设置为大约1000°C至1200°C，在第一实施方案中为大约1000°C。
[0051]当生长η型GaN时，例如，将预定流量的、包含用作η型杂质的Si的SiH4气体与源气体混合，使得GaN被Si掺杂。
[0052]或者，代替形成AlGaN层3，也可以在n-GaN层2上形成InAIN层或InAlGaN层。当通过例如MOCVD或MBE生长InAIN层时，使用如下源气体:所述源气体是用作In源的三甲基铟(TMI)气体、用作Al源的TMA气体和順3气的混合气体。当通过例如MOCVD来生长InAlGaN层时，使用如下源气体:所述源气体是用作In源的三甲基铟(TMI)气体、用作Al源的TMA气体、用作Ga源的TMG气体和順3气的混合气体。或者，可以通过例如MBE来生长InAlGaN 层。
[0053]代替形成n-GaN层2，可以在n_GaN衬底I的表面上形成n_AlGaN层。在这样的情况下，优选地使n-AlGaN层的Al含量高于形成在n-AlGaN层上的AlGaN层3的Al含量。当AlGaN层3的Al含量为大约10%时，n-AlGaN层的Al含量可以为例如大约20%。
[0054]参照图1B，接下来在n-GaN衬底I的背面形成阴极4。具体地，通过例如真空沉积在n-GaN衬底I的整个背面沉积电极材料(例如，Ti和Al)，使得形成具有大约30nm厚度的Ti膜和具有大约300nm厚度的Al膜。使沉积的Ti和Al膜经历在例如大约600°C的快速热退火(RTA)。从而，形成覆盖n-GaN衬底的背面的阴极4。
[0055]参照图1C，接下来在AlGaN层3的有源区中形成抗蚀剂图案11a。具体地，将抗蚀剂施加到AlGaN层3上，并通过光刻将施加的抗蚀剂图案化，使得抗蚀剂保留在AlGaN层3的有源区中。从而，形成了抗蚀剂图案11a。
[0056]参照图2A，接下来对AlGaN层3进行蚀