氮化物基半导体器件及其制造方法与流程

一般地，本发明涉及氮化物基半导体器件。更具体地，本发明涉及包括具有掺杂的氮化硅层的改性电极结构的氮化物基半导体器件。

背景技术：

1、近年来，对高电子迁移率晶体管(hemt)的研究越来越盛行，特别是对于高功率开关和高频应用。iii族氮化物基hemt利用具有不同带隙的两种材料之间的异质结界面以形成量子阱状结构，其容纳二维电子气(2deg)区域，以满足高功率/频率器件的需求。除了hemt之外，具有异质结构的器件的例子还包括异质结双极晶体管(hbt)，异质结场效应晶体管(hfet)和调制掺杂fet(modfet)。

技术实现思路

1、在一个方面，本发明提供了一种氮化物基半导体器件。该氮化物基半导体器件包括第一氮化物基半导体层，第二氮化物基半导体层和至少一个电极结构。第二氮化物基半导体层设置在第一氮化物基半导体层上，并具有比第一氮化物基半导体层大的带隙，从而形成异质结和与该异质结相邻的二维电子气(2deg)区域。至少一个电极结构设置在第二氮化物基半导体层上。至少一个电极结构包括与第二氮化物基半导体层接触的掺杂的氮化硅层和设置在掺杂的氮化硅层上的电极。

2、在另一个方面，本发明提供了一种用于制造氮化物基半导体器件的方法。该方法包括如下步骤。在衬底上形成第一氮化物基半导体层。在第一氮化物基半导体层上形成第二氮化物基半导体层。第二氮化物基半导体层的带隙大于第一氮化物基半导体层的带隙，从而形成异质结和与该异质结相邻的二维电子气(2deg)区域。形成介电层以覆盖第二氮化物基半导体层，其中介电层具有通孔。形成氮化硅层以覆盖介电层和第二氮化物基半导体层。在氮化硅层上执行掺杂工艺，使得氮化硅层的至少一部分掺杂有iv族元素。在氮化硅层的掺杂部分上和介电层的通孔中形成电极。

3、在再一个方面，本发明提供了一种氮化物基半导体器件。该氮化物基半导体器件包括第一氮化物基半导体层，第二氮化物基半导体层，介电层，氮化硅层，注入区和电极。第二氮化物基半导体层设置在第一氮化物基半导体层上，并具有比第一氮化物基半导体层大的带隙，从而形成异质结和与该异质结相邻的二维电子气(2deg)区域。介电层覆盖第二氮化物基半导体层并具有至少一个通孔。氮化硅层通过介电层的通孔而穿透介电层。注入区包括延伸到位于通孔中的氮化硅层的至少一部分中的注入掺杂剂，使得注入掺杂剂形成在氮化硅层的该部分中具有峰值浓度的浓度分布。电极设置在注入区上并与之接触。

4、通过上述配置，在本发明中，半导体器件包括具有掺杂的氮化硅层的改性电极结构，因此半导体器件具有良好的电性能。

5、在一个方面，关于改性电极结构，在电极和阻挡层之间形成氮化硅(sin)层，并用具有比硅更大的原子序数的iv族元素掺杂氮化硅层，从而在电极和阻挡层之间实现良好的欧姆接触。因此，氮化物基半导体器件具有良好的性能。

6、在另一方面，在电极与氮化物基半导体层(例如，阻挡层)之间形成sin层，且用具有比硅小的原子序数的iii族元素(例如，硼)掺杂sin层。硼和sin可共同形成不稳定的化合物sixbyn，其有利于提高硅的热活化率。因此，在热退火工艺之后，掺杂的sin层中的更多硅元素可向下扩散到氮化物基半导体层中，使得氮化物基半导体层(例如，algan)掺杂有高于某一浓度的硅。氮化物基半导体层中硅浓度的增加有助于增加其中的电子数量，从而降低电极与氮化物基半导体层之间的接触电阻。因此，半导体器件具有良好的性能。

技术特征：

1.一种氮化物基半导体器件，包括：

2.根据前述权利要求中任一权利要求所述的氮化物基半导体器件，其中所述掺杂的氮化硅层掺杂有iv族元素，且所述iv族元素具有比硅更大的原子序数。

3.根据前述权利要求中任一权利要求所述的氮化物基半导体器件，其中所述iv族元素包括锗(ge)，锡(sn)或铅(pb)。

4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的氮化物基半导体器件，其中所述iv族元素的掺杂浓度落在1012cm-3至1014cm-3的范围内。

5.根据前述权利要求中任一权利要求所述的氮化物基半导体器件，还包括本征氮化硅层，其与所述掺杂的氮化硅层连接且与所述第二氮化物基半导体层分离，其中所述掺杂的氮化硅层在所述电极正下方，且所述本征氮化硅层围绕所述电极。

6.根据前述权利要求中任一权利要求所述的氮化物基半导体器件，其中所述掺杂的氮化硅层具有小于所述本征氮化硅层的晶格常数。

7.根据前述权利要求中任一权利要求所述的氮化物基半导体器件，还包括覆盖所述第二氮化物基半导体层的介电层，其中所述电极结构穿透所述介电层以与所述第二氮化物基半导体层接触。

8.根据前述权利要求中任一权利要求所述的氮化物基半导体器件，其中所述掺杂的氮化硅层穿透所述介电层以通过所述介电层的通孔与所述介电层的内侧表面及所述第二氮化物基半导体层的顶表面接触。

9.根据前述权利要求中任一权利要求所述的氮化物基半导体器件，其中所述电极被所述掺杂的氮化硅层包裹且位于所述介电层的所述通孔中。

10.根据前述权利要求中任一权利要求所述的氮化物基半导体器件，其中所述介电层的所述内侧表面垂直于所述第二氮化物基半导体层的顶表面。

11.根据前述权利要求中任一权利要求所述的氮化物基半导体器件，其中所述介电层的所述内侧表面相对于所述第二氮化物基半导体层的顶表面倾斜。

12.根据前述权利要求中任一权利要求所述的氮化物基半导体器件，其中所述掺杂的氮化硅层与所述介电层的整个顶表面和侧表面接触。

13.根据前述权利要求中任一权利要求所述的氮化物基半导体器件，其中所述电极具有比所述掺杂的氮化硅层更大的厚度。

14.根据前述权利要求中任一权利要求所述的氮化物基半导体器件，其中所述介电层包括氧化物。

15.根据前述权利要求中任一权利要求所述的氮化物基半导体器件，其中所述掺杂的氮化物基半导体层具有在所述第二氮化物基半导体层的厚度内的底表面。

16.一种用于制造氮化物基半导体器件的方法，包括：

17.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中在执行掺杂工艺的步骤之前，所述方法进一步包括提供掩模层以暴露所述氮化硅层的对应于所述通孔的部分。

18.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述iv族元素的原子序数大于硅的原子序数。

19.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述iv族元素包括锗(ge)，锡(sn)或铅(pb)。

20.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述电极的厚度大于所述氮化硅层的厚度。

21.一种氮化物基半导体器件，包括：

22.根据前述权利要求中任一权利要求所述的氮化物基半导体器件，其中所述注入掺杂剂包括至少一种类型的具有大于硅的原子序数的iv族元素。

23.根据前述权利要求中任一权利要求所述的氮化物基半导体器件，其中所述注入掺杂剂包括锗(ge)，锡(sn)或铅(pb)。

24.根据前述权利要求中任一权利要求所述的氮化物基半导体器件，其中所述电极具有比所述注入区更大的厚度。

25.根据前述权利要求中任一权利要求所述的氮化物基半导体器件，其中所述电极通过所述注入区与所述第二氮化物基半导体层间隔开。

技术总结一种氮化物基半导体器件，包括第一氮化物基半导体层，第二氮化物基半导体层和至少一个电极结构。第二氮化物基半导体层设置在第一氮化物基半导体层上，并具有比第一氮化物基半导体层大的带隙，从而形成异质结和与异质结相邻的二维电子气(2DEG)区域。至少一个电极结构设置在第二氮化物基半导体层上，且包括与第二氮化物基半导体层接触的掺杂的氮化硅层和设置在掺杂的氮化硅层上的电极。技术研发人员：马勇,郭景升,梁耀,陈鸿宇受保护的技术使用者：英诺赛科（苏州）半导体有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12