本文所描述的標(biāo)的物的實(shí)施例大體上涉及iii-n型半導(dǎo)體裝置，并且更具體地說涉及gan晶體管裝置。

背景技術(shù)：

通過在基底襯底上方沉積成核層并且隨后在成核層上方沉積緩沖層來制造典型的氮化鎵(gan)裝置(例如，gan晶體管)，其中所述成核層用于引發(fā)緩沖層的外延生長(zhǎng)。在沉積所述成核層和緩沖層之后，在所述緩沖層上方形成額外的gan材料、其它半導(dǎo)體層以及其它結(jié)構(gòu)(例如，柵極、漏極和源極觸點(diǎn))以完成所述裝置。

被稱作“漏極滯后”的記憶效應(yīng)在gan半導(dǎo)體裝置中是一個(gè)重要的問題。漏極滯后是發(fā)源于固有材料特征的陷阱現(xiàn)象，諸如來源于位錯(cuò)的晶格失配。更具體地說，漏極滯后至少部分地由通道與基底襯底之間的外延材料中的陷阱造成，其中所述外延材料包括成核層和緩沖層。理想地，成核層和緩沖層在電學(xué)上將是無源的。然而，實(shí)際上，這些層可造成大量并且不適宜的泄漏電流和輸出電導(dǎo)，因此降低gan裝置的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種半導(dǎo)體裝置，包括：包括上表面的基底襯底；安置在所述基底襯底的所述上表面上方的成核層；安置在所述成核層上方的第一半導(dǎo)體層；安置在所述第一半導(dǎo)體層上方的第二半導(dǎo)體層；在所述第二半導(dǎo)體層內(nèi)并且接近于所述第二半導(dǎo)體層的上表面的通道；以及植入一種或多種離子物質(zhì)的植入?yún)^(qū)，其中所述植入?yún)^(qū)包括增強(qiáng)型電阻率區(qū)，并且所述植入?yún)^(qū)具有上邊界，所述上邊界位于所述通道和所述第二半導(dǎo)體層的所述上表面下方一段距離處。

可選地，植入?yún)^(qū)延伸穿過所述第一半導(dǎo)體層。

可選地，植入?yún)^(qū)還延伸穿過所述成核層。

可選地，植入?yún)^(qū)還延伸到所述基底襯底的部分中。

可選地，增強(qiáng)型電阻率區(qū)存在于緩沖層內(nèi)。

可選地，增強(qiáng)型電阻率區(qū)還延伸到所述成核區(qū)中。

可選地，成核層包括異質(zhì)外延層，所述異質(zhì)外延層由選自氮化鋁、氮化鎵、氮化鋁鎵、氮化銦鎵以及氮化銦鋁的材料形成。

可選地，第一和第二半導(dǎo)體層包括非有意摻雜的氮化鎵。

可選地，一種或多種離子物質(zhì)選自硼、砷、氦、鈹、鎂、氬、鋁以及磷。

可選地，一種或多種離子物質(zhì)選自氮、氧、碳以及鐵。

可選地，離子物質(zhì)在所述增強(qiáng)型電阻率區(qū)內(nèi)具有在5×10¹⁵cm^-3與1×10¹⁸cm^-3之間的濃度。

可選地，半導(dǎo)體裝置另外包括：在所述第二半導(dǎo)體層上方形成并且電耦合到所述通道的源極觸點(diǎn)和漏極觸點(diǎn)；以及安置在所述源極觸點(diǎn)與所述漏極觸點(diǎn)之間的所述第二半導(dǎo)體層上方并且電耦合到所述通道的柵極電極。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種半導(dǎo)體裝置，包括：包括上表面的基底襯底；安置在所述基底襯底上方的成核層；安置在所述成核層上方的第一氮化鎵層；具有上邊界的增強(qiáng)型電阻率區(qū)，所述上邊界接近于所述第一氮化鎵層的上表面；安置在所述第一氮化鎵層和所述增強(qiáng)型電阻率區(qū)上方的第二氮化鎵層；以及在覆蓋所述增強(qiáng)型電阻率區(qū)的所述第二氮化鎵層的部分內(nèi)并且接近于所述第二氮化鎵層的上表面的通道。

可選地，基底襯底包括選自碳化硅(sic)、藍(lán)寶石、硅、氮化鎵、氮化鋁、金剛石、聚sic、絕緣體硅片、砷化鎵以及磷化銦的材料。

可選地，成核層包括異質(zhì)外延層，所述異質(zhì)外延層由選自氮化鋁和氮化鋁鎵的材料形成。

可選地，一種或多種離子物質(zhì)選自硼、砷、氦、鈹、鎂、氬、鋁、磷、氮、氧、碳以及鐵。

可選地，離子物質(zhì)在所述增強(qiáng)型電阻率區(qū)內(nèi)具有在5×10¹⁵cm^-3與1×10¹⁸cm^-3之間的濃度。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種制造半導(dǎo)體裝置的方法，所述方法包括以下步驟：在基底襯底的上表面上方形成成核層；在所述成核層上方形成第一半導(dǎo)體層；穿過所述第一半導(dǎo)體層植入一種或多種離子物質(zhì)以形成具有上邊界的增強(qiáng)型電阻率區(qū)，所述上邊界接近于所述第一半導(dǎo)體層的上表面，其中所述增強(qiáng)型電阻率區(qū)包括所述第一半導(dǎo)體層的至少一部分；在所述第一半導(dǎo)體層和所述增強(qiáng)型電阻率區(qū)上方形成第二半導(dǎo)體層；以及形成通道，所述通道在覆蓋所述增強(qiáng)型電阻率區(qū)的所述第二半導(dǎo)體層的部分內(nèi)并且接近于所述第二半導(dǎo)體層的上表面。

其中，成核層包括異質(zhì)外延層，所述異質(zhì)外延層由選自氮化鋁和氮化鋁鎵的材料形成。

其中，第一和第二半導(dǎo)體層包括氮化鎵。

其中，一種或多種離子物質(zhì)選自硼、砷、氦、鈹、鎂、氬、鋁、磷、氮、氧、碳和鐵。

其中，在所述增強(qiáng)型電阻率區(qū)內(nèi)將所述離子物質(zhì)植入到濃度在5×10¹⁵cm^-3與1×10¹⁸cm^-3之間。

其中，植入所述一種或多種離子物質(zhì)包括在50千伏特與200千伏特之間的加速電壓下植入所述一種或多種離子物質(zhì)。

其中，該方法另外包括：在形成所述第一半導(dǎo)體層的所述步驟之后并且在植入所述一種或多種離子物質(zhì)的所述步驟之前，在所述第一半導(dǎo)體層的所述上表面上方形成介電層；以及在植入所述一種或多種離子物質(zhì)的所述步驟之后，移除所述介電層的至少一部分。

其中，該方法另外包括：形成在所述第二半導(dǎo)體層上方并且電耦合到所述通道的源極觸點(diǎn)和漏極觸點(diǎn)；以及形成在所述源極觸點(diǎn)與所述漏極觸點(diǎn)之間的所述第二半導(dǎo)體層上方并且電耦合到所述通道的柵極電極。

附圖說明

可結(jié)合以下圖式考慮，通過參考詳細(xì)描述和權(quán)利要求書得到對(duì)標(biāo)的物的較完整理解，圖式中類似參考標(biāo)號(hào)遍及各圖指代相似元件。

圖1是根據(jù)示例性實(shí)施例的具有增強(qiáng)型電阻率區(qū)的半導(dǎo)體裝置的橫截面?zhèn)纫晥D；

圖2是根據(jù)示例性實(shí)施例的用于制造具有增強(qiáng)型電阻率區(qū)的半導(dǎo)體裝置的方法的流程圖；以及

圖3至圖6示出根據(jù)示例性實(shí)施例的用于制造圖1的半導(dǎo)體裝置的一系列制造步驟的橫截面?zhèn)纫晥D。

具體實(shí)施方式

本文所描述的半導(dǎo)體裝置和制造方法的實(shí)施例通過在緩沖層、成核層和襯底的至少一部分內(nèi)的裝置通道的下方包括增強(qiáng)型電阻率區(qū)來解決iii-n裝置(例如，氮化鎵(gan)裝置)中泄漏電流和漏極滯后之間不適宜的取舍的問題。更具體地說，在實(shí)施例中，在制造半導(dǎo)體裝置(例如，gan晶體管)期間，執(zhí)行離子植入過程以將離子植入到緩沖層的至少一部分中并且穿過緩沖層的至少一部分，并且還穿過下面的成核層。在半導(dǎo)體裝置中，這個(gè)過程可以使緩沖層和/或成核層的電阻性更高(或在電學(xué)上是惰性的)，其可導(dǎo)致穿過緩沖層和/或成核層的泄漏電流減少。

在一些裝置中，為了減少泄漏電流，將鐵(fe)或碳(c)作為裝置中的有源摻雜劑(例如，作為取代型雜質(zhì))并入在核層附近，以通過裝置的緩沖減少或防止泄漏。然而，不利的是，作為取代型雜質(zhì)摻雜劑的fe或c的存在可導(dǎo)致高得多的漏極滯后。因此，以這種方式使用fe或c可出現(xiàn)漏極滯后與泄漏電流之間的不適宜的取舍。通過在裝置通道下方的半導(dǎo)體材料中包括增強(qiáng)型電阻率區(qū)(通過有意地破壞晶格和/或使用離子植入來引入補(bǔ)償摻雜劑)，本文所描述的半導(dǎo)體裝置的實(shí)施例可具有比常規(guī)裝置少得多的泄漏電流且未明顯增加漏極滯后。

圖1是根據(jù)示例性實(shí)施例的在裝置通道109下方具有增強(qiáng)型電阻率區(qū)的半導(dǎo)體裝置100的橫截面?zhèn)纫晥D。所述半導(dǎo)體裝置100包括：半導(dǎo)體襯底114、隔離區(qū)120以及有源區(qū)130，高電子遷移率晶體管(hemt)在所述有源區(qū)130內(nèi)形成。所述晶體管包括在襯底114上方形成的柵極電極140以及第一和第二載流觸點(diǎn)150、160(例如，源極觸點(diǎn)和漏極觸點(diǎn))，以及在襯底114內(nèi)形成的通道109。隔離區(qū)120將有源區(qū)130(和晶體管)與其它相鄰裝置(未示出)隔開，所述其它相鄰裝置也可在半導(dǎo)體襯底114中和半導(dǎo)體襯底114上方形成。

半導(dǎo)體襯底114可包括基底襯底102、成核層104、緩沖層106(或“第一半導(dǎo)體層”)、通道層108(或“第二半導(dǎo)體層”)、障壁層110以及頂蓋層112。在實(shí)施例中，基底襯底102包括碳化硅(sic)襯底。在其它實(shí)施例中，基底襯底102可包括其它材料，諸如藍(lán)寶石、硅(si)、gan、氮化鋁(aln)、金剛石、聚sic、絕緣體硅片、砷化鎵(gaas)、磷化銦(inp)以及其它實(shí)質(zhì)上絕緣或高電阻率材料。

在基底襯底102的上表面103上或上方形成成核層104。成核層104的實(shí)施例包括異質(zhì)外延層，所述異質(zhì)外延層由選自aln、gan、氮化鋁鎵(algan)、氮化銦鋁(inaln)、氮化銦鎵(ingan)或其它合適的材料的材料形成。成核層104在基底襯底102的上表面103處開始并且具有在約100埃到約2000埃的范圍內(nèi)的厚度。

在成核層104的上表面105上或上方形成緩沖層106。根據(jù)實(shí)施例，緩沖層106可包括一個(gè)或多個(gè)iii-n族半導(dǎo)體層。緩沖層106的一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體層中的每一個(gè)可包括外延地生長(zhǎng)的iii族氮化物外延層。舉例來說，構(gòu)成緩沖層106的iii族氮化物外延層可以是氮(n)面或鎵(ga)面材料。在又其它實(shí)施例中，緩沖層106的半導(dǎo)體層可包括si、gaas、inp或其它合適的材料。

在實(shí)施例中，緩沖層106在成核層104上外延地生長(zhǎng)。緩沖層106可包括至少一個(gè)algan混合晶體層。緩沖層106以及其所有層的總厚度可在約200埃與約5,000埃之間，但是也可使用其它厚度。并且如稍后將更詳細(xì)地描述，在實(shí)施例中，緩沖層106的厚度并不超出可穿過其植入離子物質(zhì)以形成植入?yún)^(qū)180(在圖1中用陰影指示)的厚度，所述植入?yún)^(qū)180延伸穿過緩沖層106和成核層104并且延伸到基底襯底102中。植入?yún)^(qū)180的至少一部分包括“增強(qiáng)型電阻率區(qū)”，其中，可通過在用于形成植入?yún)^(qū)180的整個(gè)離子植入過程中有意地破壞晶格和/或引入補(bǔ)償摻雜劑來增加緩沖層106的電阻率。在各種實(shí)施例中，增強(qiáng)型電阻率區(qū)可對(duì)應(yīng)于存在于緩沖層106內(nèi)的植入?yún)^(qū)180的部分、存在于緩沖層106和成核層104內(nèi)的植入?yún)^(qū)180的部分，或存在于緩沖層106和成核層104以及基底襯底102內(nèi)的植入?yún)^(qū)180的部分。

緩沖層106的至少一個(gè)algan混合晶體層中的每一個(gè)可具有由具有鋁摩爾分?jǐn)?shù)x的alxga1-xn表示的組合物，x可取0與1之間的值。將x值限制為0得到純gan，而將其限制為值1得到純氮化鋁(aln)。在實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)alxga1-xn層可被配置為gan(x＝0)，其中并非有意地?fù)诫s(nid)alxga1-xn。一個(gè)或多個(gè)alxga1-xn層還可被配置為一個(gè)或多個(gè)gan層，其中用摻雜劑有意地?fù)诫s一個(gè)或多個(gè)gan層，所述摻雜劑可包括si、鍺(ge)、鐵(fe)、鉻(cr)、碳(c)、鎂(mg)或使緩沖層106實(shí)質(zhì)上絕緣或具有高電阻率的其它合適的摻雜劑。摻雜劑濃度可在約10¹⁷cm^-3與約10¹⁹cm^-3之間，但也可使用其它更高或更低的濃度。在替代實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)alxga1-xn層可被配置成x＝0.01到0.10，其中alxga1-xn是nid，或可替換的是，其中用fe、cr、c或其它合適的摻雜劑物質(zhì)有意地?fù)诫salxga1-xn。在其它實(shí)施例中，alxga1-xn層可被配置為超晶格，其中額外層包括一系列交替的nid層或摻雜alxga1-xn層，其中x的值取0與1之間的值。在又其它實(shí)施例中，緩沖層106還可或可替代地包括一個(gè)或多個(gè)氮化銦鎵(ingan)層，其中所述組合物表示為inyga1-yn，其中銦摩爾分?jǐn)?shù)y可取0與1之間的值。一個(gè)或多個(gè)ingan層的厚度可在約50埃與約2000埃之間，但也可使用其它厚度。

在實(shí)施例中，且如上文所描述，一個(gè)或多個(gè)離子物質(zhì)被植入到緩沖層106和成核層104中并且穿過緩沖層106和成核層104，并且進(jìn)入襯底102中以形成植入?yún)^(qū)180，所述植入?yún)^(qū)180的全部或一部分對(duì)應(yīng)于增強(qiáng)型電阻率區(qū)。如本文所使用，術(shù)語“增強(qiáng)型電阻率”是指具有比在不植入離子物質(zhì)的情況下的緩沖層106的電阻率高得多的電阻率，其中“高得多”是指：在一實(shí)施例中，至少高兩倍；在另一實(shí)施例中，高至少10倍；在又一實(shí)施例中，高至少100倍。在又其它實(shí)施例中，“高得多”是指高至少1000倍。舉例來說，增強(qiáng)型電阻率區(qū)的電阻率可在約10⁵歐姆-厘米至約10¹⁰歐姆-厘米的范圍內(nèi)，但增強(qiáng)型電阻率區(qū)的電阻率也可更低或更高。

在實(shí)施例中，植入?yún)^(qū)180具有實(shí)質(zhì)上與緩沖層106的上表面107相符的上邊界184，但上邊界也可在緩沖層106的上表面107的上方或下方。

另外，在實(shí)施例中，植入?yún)^(qū)180具有下邊界182，所述下邊界182位于基底襯底102的上表面103下方一段距離處。舉例來說，植入?yún)^(qū)180的下邊界182可在基底襯底102的上表面103下方約50埃到約20,000埃的范圍內(nèi)，但下邊界182也可位于基底襯底102的上表面103下方更淺或更深的距離處。在又其它實(shí)施例中，下邊界182可實(shí)質(zhì)上與基底襯底102的上表面103相符，或下邊界182可在基底襯底102的上表面103上方(例如，下邊界182可在成核層104或緩沖層106中)。

在各種實(shí)施例中，植入?yún)^(qū)180內(nèi)的一種或多種離子物質(zhì)包括在植入過程期間可大大破壞晶格和/或引入補(bǔ)償摻雜劑從而導(dǎo)致植入?yún)^(qū)180的增強(qiáng)型電阻率部分中的晶格的電阻率大大增加的一種或多種離子物質(zhì)。根據(jù)各種實(shí)施例，一種或多種離子物質(zhì)選自硼、砷、氦、鈹、鎂、氬、鋁、磷、氮、氧、碳以及鐵。也可使用其它合適的離子物質(zhì)(例如，充分破壞晶格和/或引入補(bǔ)償摻雜劑以提供植入?yún)^(qū)180的增強(qiáng)型電阻率部分中的更高得多的電阻率的其它物質(zhì))。此外，增強(qiáng)型電阻率區(qū)內(nèi)的一種或多種離子物質(zhì)的摻雜劑濃度在一些實(shí)施例中可在約10¹⁵cm^-3與約10¹⁹cm^-3之間，并且在其它實(shí)施例中可在約5×10¹⁵cm^-3與約1×10¹⁸cm^-3之間，但也可使用其它更高或更低的濃度。下文將更詳細(xì)地討論形成植入?yún)^(qū)180的方法。

在實(shí)施例中，在緩沖層106的上表面107和植入?yún)^(qū)180上或上方形成通道層108。通道層108可包括一個(gè)或多個(gè)iii-n族半導(dǎo)體層。通道層108可包括alxga1-xn層，其中x取0與1之間的值。在實(shí)施例中，通道層108被配置為gan(x＝0)，但也可使用其它x值。通道層108的厚度可在約100埃與約10.0微米之間，或在約1000埃到約5000埃之間，或在約1000埃到約1.0微米之間，但可替換的是，也可使用其它厚度。通道層108可以是nid，或可替換的是，可包括si、ge、c、fe、cr、mg或其它合適的摻雜劑。摻雜劑濃度可在約10¹⁶cm^-3與約10¹⁹cm^-3之間，但也可使用其它更高或更低的濃度。在其它實(shí)施例中，通道層可包括nid或摻雜inyga1-yn，其中銦摩爾分?jǐn)?shù)y可取0與1之間的值。

根據(jù)實(shí)施例，在通道層108上或上方形成障壁層110。障壁層110可包括一個(gè)或多個(gè)iii-n族半導(dǎo)體層。在一些實(shí)施例中，障壁層110具有比通道層108更大的帶隙和更大的自發(fā)極化，并且當(dāng)障壁層110與通道層108直接接觸時(shí)，通道109以二維電子氣(2-deg)的形式在靠近通道層108與障壁層110之間的交界面的通道層108內(nèi)產(chǎn)生。另外，障壁層110與通道層108之間的應(yīng)變可使額外的壓電電荷被引入到2-deg和通道中。障壁層110可包括至少一個(gè)nidalxga1-xn層，其中x取0與1之間的值。在一些實(shí)施例中，x可取0.1到0.35的值，但也可使用其它x值。障壁層110的厚度可在約50埃與約1000埃之間，但也可使用其它厚度。障壁層110可以是nid，或可替換的是，可包括si、ge、c、fe、cr、mg或其它合適的摻雜劑。摻雜劑濃度可在約10¹⁶cm^-3與約10¹⁹cm^-3之間，但也可使用其它更高或更低的濃度。另外，在一些實(shí)施例中，可在通道層108與障壁層110之間形成額外的aln內(nèi)障壁層(未示出)。aln內(nèi)障壁層可增加通道電荷，并改善所得2-deg的電子局限。在其它實(shí)施例中，障壁層110可包括氮化銦鋁(inaln)層，所述氮化銦鋁層表示為inyal1-yn，其中銦摩爾分?jǐn)?shù)y可取約0.1與約0.2之間的值，但也可使用其它y值。就inaln障壁而論，障壁層110的厚度可在約50埃與約2000埃之間，但也可使用其它厚度。就使用inaln以形成障壁層110而論，inaln可以是nid，或可替換的是，可包括si、ge、c、fe、cr、mg或其它合適的摻雜劑。摻雜劑濃度可在約10¹⁶cm^-3與約10¹⁹cm^-3之間，但也可使用其它更高或更低的濃度。

根據(jù)實(shí)施例，植入?yún)^(qū)180的上邊界184位于通道109和通道層108的上表面下方距離186處。換句話說，植入?yún)^(qū)180的上邊界184與通道109之間的半導(dǎo)體材料區(qū)不包括引入到被歸類為增強(qiáng)型電阻率區(qū)的襯底114中的具有顯著濃度的離子物質(zhì)。

在圖1中示出的實(shí)施例中，可在障壁層110上或上方形成頂蓋層112。頂蓋層112呈現(xiàn)用于半導(dǎo)體襯底114的穩(wěn)定表面，并且用以保護(hù)半導(dǎo)體襯底114的表面不受晶片處理附帶的化學(xué)和環(huán)境暴露的影響。頂蓋層112可包括一個(gè)或多個(gè)iii-n族半導(dǎo)體層。在實(shí)施例中，頂蓋層112是gan。頂蓋層112的厚度可在約5埃與約100埃之間，但也可使用其它厚度。頂蓋層112可以是nid，或可替換的是，可包括si、ge、c、fe、cr、mg或其它合適的摻雜劑。摻雜劑濃度可在約10¹⁶cm^-3與約10¹⁹cm^-3之間，但也可使用其它更高或更低的濃度。

在不脫離本發(fā)明的標(biāo)的物的范疇的情況下，應(yīng)了解，為形成半導(dǎo)體襯底114而對(duì)材料的選擇和層的布置是示例性的。半導(dǎo)體襯底114中包括基底襯底102、成核層104、緩沖層106、通道層108、障壁層110以及頂蓋層112是示例性的，并且各種層的功能和操作可進(jìn)行組合，并且可取決于任何具體實(shí)施例中所使用的材料而改變。在使用n極材料(未示出)的其它實(shí)施例中，可將通道層108安置在障壁層110上方，以在可選頂蓋112和柵極電極140正下方產(chǎn)生2-deg和通道。又另外的實(shí)施例可包括半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層由包括gaas、砷化鋁鎵(algaas)、砷化銦鎵(ingaas)以及砷化鋁銦(alinas)的材料形成以形成半導(dǎo)體襯底114。

根據(jù)實(shí)施例，可在半導(dǎo)體襯底114中形成一個(gè)或多個(gè)隔離區(qū)120以沿半導(dǎo)體襯底114的上表面限定有源區(qū)130?？山?jīng)由被配置成損害外延和/或其它半導(dǎo)體層以產(chǎn)生半導(dǎo)體襯底114的高電阻率區(qū)域122的植入步驟形成隔離區(qū)120，這使得半導(dǎo)體襯底114在那些高電阻率區(qū)域122中具有高電阻率或?yàn)榘虢^緣的，同時(shí)使晶體結(jié)構(gòu)在有源區(qū)130中為完整的。舉例來說，可通過以足以驅(qū)使物質(zhì)穿過頂蓋層112、障壁層110、通道層108以及緩沖層106并因此損害這些層的晶格、破壞隔離區(qū)120內(nèi)的通道109并且在半導(dǎo)體襯底114內(nèi)產(chǎn)生高電阻率區(qū)域122的能量植入離子物質(zhì)來形成隔離區(qū)120。在其它實(shí)施例中，可通過以下操作形成隔離區(qū)120：移除半導(dǎo)體襯底114的外延和/或其它半導(dǎo)體層中的一個(gè)或多個(gè)，使半導(dǎo)體襯底114的剩余層半絕緣，以及拋棄有源區(qū)130，即被高電阻率或半絕緣隔離區(qū)120圍繞的“凸臺(tái)”。

在實(shí)施例中，可在有源區(qū)130和隔離區(qū)120上方形成第一介電層124。舉例來說，第一介電層124可包括si3n4、二氧化硅(sio2)、氮氧化硅(sion)、al2o3、二氧化鉿(hfo2)中的一個(gè)、其組合或其它合適的絕緣介電層。

在實(shí)施例中，在第一介電層124中形成開口，并且在有源區(qū)130中的半導(dǎo)體襯底114上方形成柵極電極140。柵極電極140通過頂蓋層112和障壁層110而電耦合到通道109。柵極電極140上的電位改變相較于通道層108的準(zhǔn)費(fèi)米(fermi)能級(jí)來轉(zhuǎn)變障壁層110的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)，并且由此調(diào)制柵極電極140下的半導(dǎo)體襯底114內(nèi)的通道109中的電子濃度。舉例來說，柵極電極140可被配置為肖特基(schottky)柵極，并且可使用肖特基材料層和導(dǎo)電金屬層在半導(dǎo)體襯底114的頂蓋層112上方形成并與其直接接觸。在實(shí)施例中，可在肖特基材料層上方沉積導(dǎo)電低應(yīng)力金屬以形成柵極電極140。如所示出，柵極電極140可以是具有垂直主干的t形，或在其它實(shí)施例中可以是正方形。在其它實(shí)施例中，柵極電極140可凹陷穿過頂蓋層112并且部分延伸到障壁層110中，從而增加?xùn)艠O電極140通過障壁層110與通道109的電耦合。在其它實(shí)施例中，可在形成金屬絕緣體半導(dǎo)體(mis)結(jié)或金屬氧化物半導(dǎo)體(mos)結(jié)的柵極電介質(zhì)或柵極氧化物上方形成柵極電極140，從而通過介電層或氧化物層電耦合到通道109。

在實(shí)施例中，第一載流觸點(diǎn)150(例如，源極或漏極觸點(diǎn))可在有源區(qū)130中鄰近柵極電極140的半導(dǎo)體襯底114上方形成，并與其接觸。在實(shí)施例中，第一載流觸點(diǎn)150可與至通道109的歐姆結(jié)形成歐姆電極。第一載流觸點(diǎn)150可在頂蓋層112上方形成并與頂蓋層112接觸。在其它實(shí)施例中，第一載流觸點(diǎn)150可凹陷穿過頂蓋層112并且可部分延伸穿過障壁層110。在又其它實(shí)施例中，離子植入可用來形成到通道109的歐姆接觸。

在實(shí)施例中，第二載流觸點(diǎn)160(例如，漏極或源極觸點(diǎn))可在有源區(qū)130中鄰近柵極電極140的半導(dǎo)體襯底114上方形成，并與其接觸。第二載流觸點(diǎn)160可與通道109形成肖特基結(jié)，并因此充當(dāng)并入到第二載流觸點(diǎn)160中的肖特基二極管。在實(shí)施例中，第二載流觸點(diǎn)160可在頂蓋層112上方形成，并與頂蓋層112接觸。在其它實(shí)施例中，第二載流觸點(diǎn)160可凹陷穿過頂蓋層112并且部分延伸穿過障壁層110以形成肖特基結(jié)。

在實(shí)施例中，可在有源區(qū)130中的第一載流觸點(diǎn)150和第二載流觸點(diǎn)160上或上方形成金屬電極(未示出)。另外，可在金屬電極、柵極電極140、第一載流觸點(diǎn)150和第二載流觸點(diǎn)160以及隔離區(qū)120和有源區(qū)130中的第一介電層124上方形成一個(gè)或多個(gè)額外的介電層(未示出)。一個(gè)或多個(gè)額外的介電層包封有源區(qū)130和隔離區(qū)120，從而保護(hù)表面免受濕氣和其它污染物的影響。也可形成額外的金屬電極、介電層以及圖案化金屬層，以在有源區(qū)130內(nèi)提供所需的與晶體管裝置的電連通性。

在圖1的裝置中，植入?yún)^(qū)180的增強(qiáng)型電阻率區(qū)可通過使至少緩沖層和/或成核層更具電阻性或惰性(當(dāng)與其在離子植入過程之前的電阻率相比較時(shí))來解決常規(guī)iii-n型裝置(例如，氮化鎵(gan)裝置)中泄漏電流與漏極滯后之間不適宜的取舍問題。這可導(dǎo)致穿過緩沖層和/或成核層的泄漏電流減少。在圖1中，通過箭頭190指示存在于常規(guī)裝置(即，不包括植入?yún)^(qū)180的裝置)中的泄漏路徑。在根據(jù)各種實(shí)施例，由植入?yún)^(qū)180提供的緩沖層106的電阻率增加的情況下，實(shí)質(zhì)上更少的泄漏電流可移動(dòng)穿過緩沖層106，因此相較于常規(guī)裝置提高了裝置100的性能。

現(xiàn)將描述制造包括增強(qiáng)型電阻率區(qū)(例如，區(qū)180)的半導(dǎo)體裝置(例如，裝置100)的方法的實(shí)施例。更具體地說，圖2是根據(jù)示例性實(shí)施例的制造具有增強(qiáng)型電阻率區(qū)的半導(dǎo)體裝置的方法的流程圖。應(yīng)結(jié)合圖3到圖6觀察圖2，所述圖3到圖6示出根據(jù)示例性實(shí)施例的用于制造圖1的半導(dǎo)體裝置的一系列制造步驟的橫截面?zhèn)纫晥D。

參考圖2和圖3兩者，所述方法在框202中可通過提供基底襯底102開始。如先前所討論，基底襯底102可包括sic或可包括其它材料，諸如藍(lán)寶石、si、gan、aln、金剛石、聚sic、絕緣體硅片、gaas、inp或其它實(shí)質(zhì)上絕緣或高電阻率材料。

在框204中，在基底襯底102的上表面103上或上方形成成核層104。如先前所討論，成核層104的實(shí)施例包括異質(zhì)外延層，所述異質(zhì)外延層由選自aln、gan、algan、inaln、ingan或其它合適的材料的材料形成。成核層104在基底襯底102的上表面103處開始，并且具有在約100埃到約2000埃的范圍內(nèi)的厚度304。可使用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(mocvd)、分子束外延法(mbe)、氫化物氣相外延(hvpe)中的一種或這些技術(shù)的組合使成核層104在基底襯底102的上表面103上或上方生長(zhǎng)，但可替換的是，也可使用其它合適的技術(shù)。

在框206中，在成核層104的上表面105上或上方形成緩沖層106(也被稱作“第一半導(dǎo)體層”)。如先前所討論并且根據(jù)實(shí)施例，緩沖層106可包括一個(gè)或多個(gè)iii-n族半導(dǎo)體層，或可替換的是，可包括si、gaas、inp或其它合適的材料，所述一個(gè)或多個(gè)iii-n族半導(dǎo)體層包括外延地生長(zhǎng)的iii族氮化物外延層(例如，氮(n)面或鎵(ga)面材料)。緩沖層106可包括至少一個(gè)algan混合晶體層。

在實(shí)施例中，緩沖層106在成核層104的上表面105上外延地生長(zhǎng)。緩沖層106的總厚度306可在約200埃與約20,000埃之間，但也可使用其它厚度?？墒褂胢ocvd、mbe、hvpe中的一種或這些技術(shù)的組合使緩沖層106在成核層104的上表面105上或上方生長(zhǎng)，但可替換的是，也可使用其它合適的技術(shù)。根據(jù)實(shí)施例，緩沖層106的厚度306不超出離子物質(zhì)可穿過其而被植入穿過緩沖層106的整個(gè)深度以形成包括增強(qiáng)型電阻率區(qū)(圖1、圖4)的植入?yún)^(qū)180的厚度。

在框208中，任選地在緩沖層106的上表面上或上方形成犧牲介電層310。犧牲介電層310可起到防止緩沖層106的表面暴露于污染物的作用，所述污染物在后續(xù)處理步驟期間(例如，在框210的離子植入過程之前和在其期間)可能存在于大氣中。

犧牲介電層310可包括si3n4、sio2、sion、al2o3、hfo2、多晶aln中的一個(gè)、其組合或其它合適的介電層。用來形成犧牲介電層310的層的總厚度可在約30埃與約10,000埃的厚度之間，但也可使用其它厚度值?？墒褂玫蛪夯瘜W(xué)氣相沉積(lpcvd)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(pecvd)、濺鍍、物理氣相沉積(pvd)、原子層沉積(ald)、催化化學(xué)氣相沉積(cat-cvd)、熱絲化學(xué)氣相沉積(hwcvd)、電子回旋共振(ecr)cvd、電感耦合等離子體(icp)cvd中的一種、其組合或其它合適的一種或多種介電沉積技術(shù)來沉積犧牲介電層310。在其它實(shí)施例中，如先前所描述，犧牲介電層310可使用mocvd或mbe結(jié)合緩沖層106的生長(zhǎng)而在原位生長(zhǎng)。在替代實(shí)施例中，可將犧牲介電層310的沉積從所述過程排除。

在實(shí)施例中，參考圖2和圖4兩者，在框210中，可通過以下操作繼續(xù)所述方法：穿過介電層310(如果包括的話)、緩沖層106以及成核層104植入具有合適的物質(zhì)(即，通過由植入過程導(dǎo)致的破壞晶格和/或引入補(bǔ)償摻雜劑而增強(qiáng)緩沖層的電阻率的物質(zhì))的離子(由箭頭410指示)，并且將其植入到基底襯底102中以形成包括增強(qiáng)型電阻率區(qū)的植入?yún)^(qū)180。如先前所討論，在各種實(shí)施例中，植入?yún)^(qū)180內(nèi)的一種或多種離子物質(zhì)選自硼、砷、氦、鈹、鎂、氬、鋁、磷、氮、氧、碳以及鐵。也可使用其它合適的離子物質(zhì)。此外，植入?yún)^(qū)180內(nèi)的一種或多種離子物質(zhì)的摻雜劑濃度可在約10¹⁵cm^-3與約10¹⁹cm^-3之間，或在一些實(shí)施例中，在約5×10¹⁵cm^-3與約1×10¹⁸cm^-3之間，但也可使用其它更高或更低的濃度。

用來植入離子的植入能量和加速電壓足以確保離子穿過各種層達(dá)到所需深度的實(shí)質(zhì)穿透。舉例來說，用來植入離子的加速電壓可在約50千伏特到約200千伏特的范圍內(nèi)，但可替換的是，也可使用更低或更高的加速電壓。

根據(jù)實(shí)施例，在實(shí)施例中，植入?yún)^(qū)180具有下邊界182，所述下邊界182位于基底襯底102的上表面103下方距離480處。舉例來說，植入?yún)^(qū)180的下邊界182可在基底襯底102的上表面103下方的50埃到約20,000埃的范圍內(nèi)，但下邊界182也可位于基底襯底102的上表面103下方更淺或更深的距離處。在又其它實(shí)施例中(未示出)，下邊界182可實(shí)質(zhì)上與基底襯底102的上表面103相符，或下邊界182可在基底襯底102的上表面103上方(例如，下邊界182可在成核層104或緩沖層106中)。

參考圖2和圖5兩者，在框212中，移除介電層310(如果包括的話)并且在緩沖層106的上表面107和植入?yún)^(qū)180上或上方形成通道層108。如先前所討論，通道層108可包括一個(gè)或多個(gè)iii-n族半導(dǎo)體層(例如，包括高質(zhì)量nidgan)。可使用mocvd、mbe、hvpe中的一種或這些技術(shù)的組合使通道層108在緩沖層106的上表面107上或上方生長(zhǎng)，但可替換的是，也可使用其它合適的技術(shù)。通道層108的厚度508可在約100埃與約10.0微米之間，或在約1000埃到約5000埃之間，或在約1000埃到約1.0微米之間，但可替換的是，也可使用其它厚度。

在上述實(shí)施例中，在形成通道層108之前，執(zhí)行用來產(chǎn)生具有增強(qiáng)型電阻率區(qū)的植入?yún)^(qū)180的植入過程。在替代實(shí)施例中，可形成緩沖層106和通道層108兩者，并且可在其后執(zhí)行植入過程。在此實(shí)施例中，將執(zhí)行植入步驟以將植入?yún)^(qū)180掩埋在通道層108的上表面下方。

參考圖2和圖6兩者，在框214中，形成額外的半導(dǎo)體層和結(jié)構(gòu)以完成半導(dǎo)體裝置100。舉例來說，并且如先前所指示，此可包括：在通道層108上或上方形成障壁層110(使得產(chǎn)生呈2-deg形式的通道109)，并且在障壁層110上或上方形成頂蓋層112。可使用常規(guī)半導(dǎo)體處理技術(shù)來形成障壁層110和頂蓋層112，并且出于簡(jiǎn)潔的目的，在本文中并未詳細(xì)地描述此類技術(shù)。

用于完成半導(dǎo)體裝置100的額外的過程可包括：形成一個(gè)或多個(gè)隔離區(qū)120以沿半導(dǎo)體襯底114的上表面限定有源區(qū)130；至少在有源區(qū)130上方形成第一介電層124；形成柵極電極140；以及形成第一和第二載流觸點(diǎn)150、160(例如，源極和漏極觸點(diǎn))。也可形成額外的金屬電極、介電層以及圖案化金屬層(未示出)，以在有源區(qū)130內(nèi)提供所需的與晶體管裝置的電連通性。同樣，可使用常規(guī)半導(dǎo)體處理技術(shù)來形成隔離區(qū)120、第一介電層124、柵極電極140、載流觸點(diǎn)150、160以及額外的結(jié)構(gòu)，并且出于簡(jiǎn)潔的目的，在本文中并未詳細(xì)地描述此類技術(shù)。

半導(dǎo)體裝置的實(shí)施例包括：包括上表面的基底襯底；安置在基底襯底的上表面上方的成核層；安置在成核層上方的第一半導(dǎo)體層；安置在第一半導(dǎo)體層上方的第二半導(dǎo)體層；在第二半導(dǎo)體層內(nèi)并且接近于第二半導(dǎo)體層的上表面的通道；以及植入一種或多種離子物質(zhì)的植入?yún)^(qū)。植入?yún)^(qū)包括增強(qiáng)型電阻率區(qū)，并且植入?yún)^(qū)具有上邊界，所述上邊界位于通道和第二半導(dǎo)體層的上表面下方一段距離處。

半導(dǎo)體裝置的其它實(shí)施例包括：包括上表面的基底襯底；安置在基底襯底上方的成核層；安置在成核層上方的第一氮化鎵層；具有上邊界的增強(qiáng)型電阻率區(qū)，所述上邊界接近于第一氮化鎵層的上表面；安置在第一氮化鎵層和增強(qiáng)型電阻率區(qū)上方的第二氮化鎵層；以及在覆蓋增強(qiáng)型電阻率區(qū)的第二氮化鎵層的部分內(nèi)并且接近于第二氮化鎵層的上表面的通道。

制造半導(dǎo)體裝置的方法的實(shí)施例包括：在基底襯底的上表面上方形成成核層；在成核層上方形成第一半導(dǎo)體層；以及穿過第一半導(dǎo)體層植入一種或多種離子物質(zhì)以形成具有接近于第一半導(dǎo)體層的上表面的上邊界的增強(qiáng)型電阻率區(qū)。增強(qiáng)型電阻率區(qū)包括第一半導(dǎo)體層的至少一部分。所述方法另外包括：在第一半導(dǎo)體層和增強(qiáng)型電阻率區(qū)上方形成第二半導(dǎo)體層，并且形成在覆蓋增強(qiáng)型電阻率區(qū)的第二半導(dǎo)體層的一部分內(nèi)并且接近于第二半導(dǎo)體層的上表面的通道。

盡管示出并且在上文描述的半導(dǎo)體裝置具有特定的hemt結(jié)構(gòu)，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，基于本文中的描述，可作出各種修改以產(chǎn)生包括本發(fā)明的標(biāo)的物的以不同方式配置的結(jié)構(gòu)。舉例來說，在通道下方具有增強(qiáng)型電阻率區(qū)的hemt裝置可包括更多和/或不同的半導(dǎo)體層和/或其它電學(xué)上有源或電學(xué)上無源的結(jié)構(gòu)。另外，在其它實(shí)施例中，盡管上文描述的裝置實(shí)施例涉及具有呈2-deg形式的通道的hemt裝置，但是可將增強(qiáng)型電阻率區(qū)并入到在靠近通道與障壁層之間的交界面處具有呈二維空穴氣(2-dhg)形式的通道的hemt裝置中。在又其它實(shí)施例中，可將增強(qiáng)型電阻率區(qū)并入到除hemt裝置外的裝置中，所述裝置包括(但不限于)金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(mesfet)和金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(mosfet)。

前文詳細(xì)描述本質(zhì)上僅為說明性的，且并不意圖限制標(biāo)的物的實(shí)施例或此類實(shí)施例的應(yīng)用和使用。如本文所使用，詞語“示例性”和“例子”是指“充當(dāng)例子、實(shí)例或說明”。本文中描述為示例性或例子的任何實(shí)施方案未必應(yīng)被解釋為比其它實(shí)施方案優(yōu)選或有利。此外，不希望受到前述技術(shù)領(lǐng)域、背景技術(shù)或前文詳細(xì)描述中呈現(xiàn)的任何所表達(dá)或暗示的理論的束縛。

出于簡(jiǎn)潔起見，本文中可不詳細(xì)地描述常規(guī)半導(dǎo)體制造技術(shù)。此外，本文中還可僅出于參考的目的使用特定術(shù)語，并且因此所述特定術(shù)語并不希望具有限制性，且除非上下文清楚地指示，否則指代結(jié)構(gòu)的術(shù)語“第一”、“第二”和其它此類數(shù)值術(shù)語并不暗示序列或次序。

前文描述指代元件或節(jié)點(diǎn)或特征被“連接”或“耦合”在一起。如本文所使用，除非以其它方式明確地陳述，否則“連接”是指一個(gè)元件直接接合到另一元件(或直接與另一元件通信)，并且不一定以機(jī)械方式接合。同樣，除非以其它方式明確地陳述，否則“耦合”是指一個(gè)元件直接或間接接合到另一元件(或直接或間接與另一元件通信)，并且不一定以機(jī)械方式接合。因此，盡管圖中示出的示意圖描繪元件的一個(gè)示例性布置，但額外介入元件、裝置、特征或組件可存在于所描繪的標(biāo)的物的實(shí)施例中。

盡管前文詳細(xì)描述中已呈現(xiàn)至少一個(gè)示例性實(shí)施例，但應(yīng)了解存在大量變化。還應(yīng)了解，本文中所描述的示例性實(shí)施例并不意圖以任何方式限制所主張的標(biāo)的物的范疇、適用性或配置。實(shí)際上，前文詳細(xì)描述將向本領(lǐng)域的技術(shù)人員提供用于實(shí)施所描述的(一個(gè)或多個(gè))實(shí)施例的方便的指南。應(yīng)理解，可在不脫離權(quán)利要求書所限定的范疇的情況下對(duì)元件的功能和布置作出各種改變，所述權(quán)利要求書所限定的范疇包括在提交本專利請(qǐng)時(shí)的已知等效物和可預(yù)見的等效物。