Hemt半導(dǎo)體器件及其形成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種HEMT半導(dǎo)體器件，該HEMT半導(dǎo)體器件可以包括包含氮化硅膜和AlN膜的電介質(zhì)層。在實施例中，HEMT半導(dǎo)體器件可以包括GaN膜和AlGaN膜。在形成HEMT器件的方法中，AlN能夠在為柵極電極形成開口時提供止蝕。
【專利說明】HEMT半導(dǎo)體器件及其形成方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開涉及半導(dǎo)體器件以及形成半導(dǎo)體器件的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]高電子遷移率晶體管(HEMT)器件可以包括作為半導(dǎo)體材料之一的氮化鎵，以獲得高電子遷移率。關(guān)于這些現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)和器件的一個問題是:用于絕緣體或電介質(zhì)的材料一般地不具有足夠高的介電常數(shù)或者通常在所產(chǎn)生的器件中導(dǎo)致成形應(yīng)力。因此需要包含高介電常數(shù)絕緣體或電介質(zhì)材料的且在受壓時更穩(wěn)健的HEMT半導(dǎo)體器件。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0003]實施例通過舉例來說明并且不限定于附圖。
[0004]圖1包括包含基板、成核層、半導(dǎo)體層、柵極電介質(zhì)層和覆蓋層的工件的一部分的截面圖的圖示。
[0005]圖2包括圖1的工件在形成源極和漏極觸點及密封層之后的截面圖的圖示。
[0006]圖3包括圖2的工件在為了形成到源極和漏極觸點的開口以及用于柵極電極的開口而圖案化密封和覆蓋層之后的截面圖的圖示。
[0007]圖4包括圖3的工件在形成柵極電極之后的截面圖的圖示。
[0008]圖5包括圖4的工件在形成基本上完成的器件之后的截面圖的圖示。
[0009]圖6和7包括作為AlN/SiN電介質(zhì)器件和SiN電介質(zhì)器件的柵極-源極電壓的函數(shù)的柵極電容的曲線圖。
[0010]圖8包括AlN/SiN電介質(zhì)器件和SiN電介質(zhì)器件的漏電流在此類器件具有在-1OV到+1V之間掃描的柵極源極電壓時的曲線圖。
[0011]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識到，附圖中的元件是出于簡單和清晰的目的而示出的，而不一定按比例繪制。例如，附圖中的某些元件的尺寸可以相對于其他元件放大以幫助提高對本發(fā)明的實施例的理解。

【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖進行的描述被提供用于幫助理解本文所公開的教導(dǎo)。下面的討論將聚焦于本發(fā)明的教導(dǎo)的具體實現(xiàn)方式和實施例。這種聚焦被提供用于幫助描述本發(fā)明的教導(dǎo)，但不應(yīng)被理解為對本發(fā)明的教導(dǎo)的范圍或適用性的限定。但是，其他實施例能夠基于本申請所公開的教導(dǎo)來使用。
[0013]族數(shù)對應(yīng)于在以日期為2011年I月21日的版本的IUPAC元素周期表為基礎(chǔ)的元素周期表內(nèi)的列。
[0014]術(shù)語“金屬”或其任何變體意指包含在第I至第12族中的任一族內(nèi)的、在第13至第16族內(nèi)的元素、沿著由原子數(shù)13 (Al),31 (Ga),50 (Sn),51 (Sb)和84 (Po)定義的線及其以下的元素的材料。金屬不包括Si或Ge。
[0015]術(shù)語“包括”、“包含”、“含有”、“算入”、“具有”、“擁有”或者它們的任何其他變體意指涵蓋非排他性的包含。例如，包括一系列特征的方法、物品或裝置并不一定僅限定于那些特征，而是可以包括未明確列出的或者此類方法、物品或裝置所固有的其他特征。此外，除非另有明確說明，“或”指的是包容性的或而不是排他性的或。例如，條件A或B可由下列項中的任一項滿足:A為真(或存在)而B為假(或不存在)，A為假(或不存在)而B為真(或存在)，以及A和B兩者均為真(或存在)。
[0016]同樣，“一”或“一個”的使用被用來描述本文所描述的元件和構(gòu)件。這只是出于方便起見以及為了給出本發(fā)明的范圍的一般意義而進行的。該描述應(yīng)當(dāng)被理解為包括一個、至少一個，或者同樣包含復(fù)數(shù)的單數(shù)，或者反之亦然，除非很明顯它另有其它的意思。例如，當(dāng)本文描述單個項時，可以使用多個項代替單個項。類似地，在本文描述多個項時，單個項可以替代該多個項。
[0017]為了圖示的簡單和清晰起見，附圖中的元件并不一定是按比例的，并且在不同附圖中的相同附圖標(biāo)記指示相同的元件，除非另有說明。另外，還為了描述的簡潔性而省略關(guān)于熟知的步驟和元件的描述和細節(jié)。如同本文所使用的，載流電極意指器件的用于輸送電流穿過該器件的元件，例如，MOS晶體管的源極或漏極或者雙極型晶體管的發(fā)射極或集電極或者二極管的陰極或陽極，而控制電極意指器件的用于控制通過該器件的電流的元件，例如，MOS晶體管的柵極或者雙極型晶體管的基極。盡管器件在本文中被解釋為某些N溝道或P溝道器件，或者某些N型或P型摻雜區(qū)，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識到，根據(jù)本文所描述的概念，互補型器件同樣是可能的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解:導(dǎo)電類型指的是傳導(dǎo)借以發(fā)生的機制，例如，通過空穴或電子的傳導(dǎo)，因此，導(dǎo)電類型并非意指摻雜濃度而是指摻雜類型，例如，P型或N型。
[0018]詞的使用近似或基本上意指元件的值具有預(yù)料將接近于規(guī)定值或位置的參數(shù)。但是，如同本【技術(shù)領(lǐng)域】所熟知的，總是存在妨礙值或位置正好如同所規(guī)定的那樣的較小變化。在本【技術(shù)領(lǐng)域】中已適當(dāng)確定:高達至少百分之十(10%)(以及對于半導(dǎo)體摻雜濃度為高達百分之二十(20%))的變化是相對所精確描述的理想目標(biāo)的合理變化。在權(quán)利要求中或者在【具體實施方式】中的術(shù)語第一、第二、第三等，如同在元件名稱的一部分中所使用的，被用來區(qū)分相似的元件，而不一定用于描述次序，不管按照時間、空間、排名，還是按照任何其他方式。應(yīng)當(dāng)理解，這樣使用的術(shù)語在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下是可互換的，并且本文所描述的實施例能夠按照除了本文所描述的或所示出的其他順序來操作。為了附圖的清晰起見，器件結(jié)構(gòu)的摻雜區(qū)被示為具有總體上為直線的邊以及角度精確的角。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，由于摻雜物的擴散和激活，摻雜區(qū)的邊緣一般不可能為直線，并且角不可能為精確的角度。
[0019]除非另有規(guī)定，否則本文所使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語都具有本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所通常理解的相同意思。材料、方法和實例只是說明性的，而并非意指為限定性的。對于本文未描述的范圍，有關(guān)具體材料和處理技術(shù)的許多細節(jié)都是常規(guī)的，并且可以在半導(dǎo)體和電子領(lǐng)域的教材及其他資源中找到。
[0020]HEMT半導(dǎo)體器件可以包括具有主表面的基板、覆蓋于基板的主表面之上的GaN膜，以及覆蓋于GaN膜之上的電介質(zhì)層，其中電介質(zhì)層包括覆蓋于GaN膜之上的第一氮化硅膜，以及在第一氮化硅膜上的AlN膜。在實施例中，覆蓋層能夠形成于電介質(zhì)層之上并且包括氮化硅膜。在圖案化覆蓋層時，AlN膜能夠提供止蝕以使得用于柵極電極的開口能夠可重現(xiàn)地形成。與沒有AlN膜的基本上的HEMT半導(dǎo)體器件相比，具有AlN膜的HEMT半導(dǎo)體器件具有比僅包含氮化硅的柵極電介質(zhì)層低的柵極電容。該較小的柵極電容允許較小的輸入電容并且為HEMT器件提供較快速的開關(guān)速度。此外，具有AlN膜的HEMT器件具有更穩(wěn)定的閾值電壓和漏電流。而且，與可比較的器件相比，具有AlN膜的HEMT器件還在DC關(guān)態(tài)應(yīng)力測量期間于閾值電壓漂移和電流崩塌方面具有顯著低得多的劣化。下面將描述有關(guān)該結(jié)構(gòu)和其形成的更多細節(jié)。
[0021]圖1包括包含基板100、成核層120、半導(dǎo)體層140、柵極電介質(zhì)層160和覆蓋層182的工件的部分的截面圖的圖示的?；?00具有主表面102，并且可以包含硅、藍寶石(單晶A1203)、碳化硅(SiC)、氮化鋁(A1N)、氧化鎵(Ga203)、尖晶石(MgAl204)、其它的合適的基本上單晶的材料等。特定材料以及沿著主表面102的晶體取向的選擇能夠依據(jù)隨后將形成于基板100之上的半導(dǎo)體層140的組成來選擇。成核層120能夠有助于使半導(dǎo)體層140外延性地生長。在實施例中，成核層120可以包括與隨后形成的半導(dǎo)體層140共有的一個或多個元件。在一種特定的實施例中，成核層在含鋁半導(dǎo)體層140正被形成于成核層120之上時可以包括氮化鋁。成核層的厚度能夠為20-1000nm。
[0022]半導(dǎo)體層140可以包括緩沖膜142、溝道膜144和阻擋膜146。緩沖膜142的組成可以取決于溝道膜144的組成。在實施例中，溝道膜144包括GaN，而緩沖膜142包括AlGaN。緩沖膜142的組成能夠根據(jù)厚度而改變，使得緩沖膜142在較靠近成核層120處具有相對較高的鋁含量，而在較靠近溝道膜144處具有相對較大的鎵含量。在特定的實施例中，在成核層120附近的緩沖膜142中的陽離子(金屬原子)含量能夠為10%-100%的Al，其余為Ga，而在溝道膜144附近的緩沖膜142中的陽離子含量能夠為0%-50%的Al，其余為Ga。緩沖膜142能夠具有近似為1-5納米的厚度。溝道膜144可以包含GaN并且具有近似為20-4000nm的厚度。阻擋膜146能夠被用來幫助降低污染物或其他材料在阻擋膜146之下的一個或多個膜與柵極電介質(zhì)層160之間的遷移的可能性。在特定的實施例中，緩沖膜146可以包含AlGaN，其中陽離子含量為10%-100%的鋁，其余為鎵。阻擋膜146能夠具有近似為2_30nm的厚度。半導(dǎo)體層140使用外延生長技術(shù)來形成。在特定的實施例中，含有金屬的膜可以使用金屬有機化學(xué)氣相沉積來形成。在另一實施例中，可以使用半導(dǎo)體層140的不同組成，例如，InAlGaN、InP 等。
[0023]柵極電介質(zhì)層160可以包括晶格與氮化硅匹配的寬帶隙的、高介電常數(shù)(“高k值”)的材料。高k值能夠提供橫跨柵極電介質(zhì)層160的高電場并且允許較高的柵極過驅(qū)(overdrive)。高k值材料具有被認為是與由原子層沉積形成的Al2O3類似的或同樣好的質(zhì)量。這樣的高k值材料還具有對氮化硅的高蝕刻選擇性，因而它另外還能夠在蝕刻包含氮化硅的上覆層時起著止蝕的作用。因而，高k值材料有助于增大蝕刻再現(xiàn)性和可重復(fù)性，以提高器件的可制造性，并且還提高所形成的晶體管的性能。在圖1所示的實施例中，柵極電介質(zhì)層160可以包括氮化硅膜162和AlN膜164。氮化硅膜162能夠具有近似為5_40nm的厚度，而AlN膜164能夠具有近似為2-20nm的厚度。在另一實施例中，柵極電介質(zhì)層160可以包括更少或更多的可以具有與所描述的膜相同的或不同的組成的膜。柵極電介質(zhì)層160具有在氮化硅和AlN膜162和164之間的氮化物-氮化物鍵合，該氮化物_氮化物鍵合有助于在氮化娃/AlN界面處減少界面態(tài)的形成,從而能夠改善散射(dispers1n)/電流崩塌相關(guān)的現(xiàn)象?？扇芜x的Al2O3膜(未示出)能夠通過在氧化性氣氛(例如，O2、N2O等)中使AlN膜164的一部分氧化來形成。
[0024]覆蓋層182能夠被用來保護柵極電介質(zhì)層160。覆蓋層182可以包含氮化硅并且具有近似為20-500nm的厚度。柵極電介質(zhì)層160和覆蓋層182可以使用化學(xué)或物理氣相技術(shù)來形成。
[0025]在實施例中，成核層120、半導(dǎo)體層140、柵極電介質(zhì)層160和覆蓋層182在沒有使工件暴露于空氣或另一種含氧氣體中的情況下形成。因而，層和膜能夠在任意層和膜之間的界面沒有氧化物的情況下形成。在另一實施例中，工件可以在形成膜或?qū)又械娜我庖粋€或多個之間暴露于空氣。如果界面氧化物將沒有保留于完成了的器件中，則界面氧化物可以在形成后續(xù)的層或膜之前于還原性環(huán)境中被還原或者被蝕刻(例如，背濺射)以去除界面氧化物。在又另一實施例中，可以形成并保留氧化膜。例如，在形成柵極電介質(zhì)層160之后，工件可以在形成覆蓋層182之前暴露于空氣中。
[0026]圖2包括圖1的工件圖案化層以形成觸點開口 202和206并且形成源極和漏極觸點222和226之后的截面圖的圖示。抗蝕劑層(未示出)被形成于工件之上，并且柵極電介質(zhì)層160和覆蓋層182被圖案化以界定源極觸點開口 202和漏極觸點開口 206。對層146和164的蝕刻可以使用反應(yīng)離子蝕刻用含氯氣體(例如，Cl2, BC13、HCl等)來執(zhí)行。對層182和162的蝕刻可以使用反應(yīng)離子蝕刻用含氟氣體(例如，SF6, CHF3> CF4等)來執(zhí)行。蝕刻能夠作為時控蝕刻，使用終點檢測，或者終點檢測連同時控過蝕一起的組合來執(zhí)行。蝕刻在阻擋膜146之上或之內(nèi)停止。源極觸點222和漏極觸點226被形成于源極和漏極觸點開口 202和206之內(nèi)。源極和漏極觸點222和226能夠通過在觸點開口內(nèi)沉積導(dǎo)電層并圖案化該導(dǎo)電層來形成。導(dǎo)電層可以包含T1、TiN, Al、Pd、Pt、W、Au、Ni，或者它們的疊層或任意組合。導(dǎo)電層可以部分或完全填充觸點開口。
[0027]密封層242被形成于包括源極和漏極觸點222和226的工件之上。密封層242有助于使得水或其他污染物不沿著在觸點222和226與覆蓋層182之間的界面遷移。密封層242可以包括絕緣性的氮化物，例如，氮化硅，并且具有20-200nm的厚度。
[0028]抗蝕劑層(未示出)被形成于工件之上并且被圖案化以界定在觸點222和226之上的以及在將要形成柵極電極的位置之上的開口。密封層242和覆蓋層182的裸露部分被蝕刻以使觸點222和226露出并且界定柵極電極開口 304。密封層242和覆蓋層182的氮化硅能夠?qū)τ|點222和226有選擇性地以及對AlN膜164有選擇性地被蝕刻，所述觸點222和226包括含有金屬的材料。在實施例中，蝕刻可以使用利用含氟氣體(例如，CF4、CHF3、SF6等)的反應(yīng)離子蝕刻來執(zhí)行。蝕刻可以使用時控蝕刻、終點檢測或者終點檢測和時控過蝕的結(jié)合來執(zhí)行。在另一實施例中，可以從柵極開口 304內(nèi)去除AlN層164。
[0029]圖4包括圖3的工件的部分在形成互連422和426及柵極電極424之后的截面圖的圖示。導(dǎo)電層被沉積于工件之上而且于觸點開口 222和226及柵極電極開口 324之內(nèi)。導(dǎo)電層具有為了給正在形成的晶體管提供適當(dāng)?shù)墓瘮?shù)而選擇的成分。導(dǎo)電層可以包括T1、TiN、Al、Pd、Pt、W、Au、Ni，或者它們的疊層或任意組合，并且具有50_500nm的厚度。導(dǎo)電層被圖案化以形成在源極觸點開口 222內(nèi)的互連422、在漏極觸點開口 226內(nèi)的互連426，以及在柵極電極開口內(nèi)的柵極電極424。
[0030]處理繼續(xù)進行以形成如圖5所示的基本上完成的器件。絕緣層502被形成于工件之上并且被圖案化以形成到包括互連422和426在內(nèi)的互連的通孔開口。盡管未示出，但是同樣可以制成到柵極電極424的通孔開口。形成第二層級的互連，包括互連512、514和516。另一個絕緣層522被形成于工件之上并且被圖案化以形成到包括互連512和516在內(nèi)的互連的通孔開口。盡管未示出，但是可以制成到柵極電極424、互連514、別的合適結(jié)構(gòu)或者它們的任意組合的通孔開口。形成第三層級的互連，包括互連532和536。如果需要或想要，則能夠形成一個或多個附加的絕緣層和互連層級。每個絕緣層都可以包括一個或多個氧化物、氮化物或氧氮化物的膜并且具有0.2-4納米的厚度。每個互連都可以包括導(dǎo)電材料的一個或多個膜?；ミB通常為至少50wt%的鋁、銅、貴金屬或者任意前述項的合金。可以在最上層的互連之上形成鈍化層(未示出)。
[0031]本文所描述的實施例在電學(xué)性能和可制造性方面提供許多好處?？芍圃煨栽谏衔年P(guān)于HEMT器件的形成進行了討論。關(guān)于電學(xué)性能，柵極電介質(zhì)層160與僅包含氮化娃的柵極電介質(zhì)層相比具有更小的柵極電容。該較小的柵極電容允許較小的輸入電容并且為HEMT器件提供較快速的開關(guān)速度。具有柵極電介質(zhì)層160的HEMT器件幾乎沒有滯后，然而具有僅包含氮化硅的柵極電介質(zhì)層的類似器件具有顯著的滯后。因而，具有柵極電介質(zhì)層160的HEMT器件具有更穩(wěn)定的閾值電壓和漏電流。此外，與具有僅包含氮化硅的柵極電介質(zhì)層的類似器件相比，具有柵極電介質(zhì)層160的HEMT器件在DC關(guān)態(tài)應(yīng)力測量期間于閾值電壓漂移和電流崩塌方面具有顯著低得多的劣化。對于具有柵極電介質(zhì)層160的以及僅包含氮化硅的柵極電介質(zhì)層的HEMT器件，通過柵極電介質(zhì)的泄漏電流是彼此可比較的。有關(guān)電學(xué)性能的更多細節(jié)將在下面的實例部分中討論。
[0032]許多不同方面及實施例都是可能的。那些方面及實施例中的一些將在下文進行描述。在閱讀了本說明書之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會到，那些方面及實施例只是說明性的，而并不限定本發(fā)明的范圍。實施例可以是依據(jù)下面所列出的任意一個或多個項目。
[0033]項目1.一種HEMT半導(dǎo)體器件，可以包括:
[0034]具有主表面的基板；
[0035]覆蓋于基板的主表面之上的GaN膜；以及
[0036]覆蓋于GaN膜之上的電介質(zhì)層,其中電介質(zhì)層包括覆蓋于GaN膜之上的第一氮化娃膜，以及在第一氮化娃膜上的AlN膜。
[0037]項目2.—種形成HEMT半導(dǎo)體器件的方法，可以包括:
[0038]提供具有主表面的基板；
[0039]形成覆蓋于基板的主表面之上的GaN膜；并且
[0040]形成覆蓋于GaN膜之上的柵極電介質(zhì)層，包括形成第一氮化硅膜以及在第一氮化硅膜上形成AlN膜。
[0041]項目3.根據(jù)項目2所述的方法，還包括在AlN膜上形成第二氮化硅膜。
[0042]項目4.根據(jù)項目3所述的方法，其中形成電介質(zhì)層包括形成在第一氮化硅層與AlN層之間的氮化物-氮化物鍵合以及形成在AlN層與第二氮化硅層之間的另一氮化物-氮化物鍵合。
[0043]項目5.根據(jù)項目3或4所述的方法，還包括:
[0044]蝕刻延伸穿過第二氮化硅層的開口 ；并且
[0045]形成在延伸穿過第二氮化硅層的開口內(nèi)的且與AlN層直接接觸的柵極電極。
[0046]項目6.根據(jù)項目3或4所述的方法，還包括:
[0047]蝕刻延伸穿過第二氮化硅層和AlN膜的開口 ；并且
[0048]形成在延伸穿過第二氮化硅層的開口內(nèi)的且與第一氮化硅層直接接觸的柵極電極。
[0049]項目7.根據(jù)項目2至6中的任一項所述的方法，還包括在GaN膜上形成AlGaN膜，并且在AlGaN膜上形成柵極電介質(zhì)層。
[0050]項目8.根據(jù)前述項目中的任一項所述的HEMT半導(dǎo)體器件或方法，其中HEMT半導(dǎo)體包括包含GaN膜的異質(zhì)結(jié)。
[0051]項目9.根據(jù)項目I至5和8中的任一項所述的HEMT半導(dǎo)體器件或方法，異質(zhì)結(jié)還包括覆蓋于GaN膜之上的第一 AlGaN膜,其中電介質(zhì)層覆蓋于第一 AlGaN膜之上。
[0052]項目10.根據(jù)項目9所述的HEMT半導(dǎo)體器件或方法，還包括到第一 AlGaN膜的源極觸點和漏極觸點。
[0053]項目11.根據(jù)項目I至4和7至10中的任一項所述的HEMT半導(dǎo)體器件或方法，還包括與AlN膜直接接觸的柵極電極。
[0054]項目12.根據(jù)項目I至4和7至10中的任一項所述的HEMT半導(dǎo)體器件或方法，還包括與第一氮化硅膜直接接觸的柵極電極。
[0055]項目13.根據(jù)項目9至12中的任一項所述的HEMT半導(dǎo)體器件，還包括第二 AlGaN膜，其中第二 AlGaN膜被沉積于基板與GaN膜之間。
[0056]項目14.根據(jù)前述項目中的任一項所述的HEMT半導(dǎo)體器件或方法，其中HEMT半導(dǎo)體器件與除了電介質(zhì)層僅包含第一氮化硅膜且無AlN膜之外基本上相同的另一 HEMT半導(dǎo)體器件相比呈現(xiàn)出較少的柵極電容。
[0057]實例
[0058]下面的實例被提供用于證明與所具有的柵極電介質(zhì)層僅包含氮化硅層的的類似器件相比在使用本文所描述的實施例時的電學(xué)性能改進。本文所給出的數(shù)據(jù)只是用于例證而并不限定所附權(quán)利要求的范圍。
[0059]兩個HEMT器件被形成，并且除了柵極電介質(zhì)層之外是基本上相同的。一個HEMT具有基本上由與半導(dǎo)體層直接接觸的氮化硅膜以及與氮化硅膜直接接觸的AlN膜構(gòu)成的柵極電介質(zhì)層，其中氮化娃膜具有1nm的厚度,而AlN具有2nm的厚度。這樣的器件被稱為“AlN/SiN電介質(zhì)”器件。另一個HEMT具有基本上由與半導(dǎo)體層直接接觸的氮化硅膜構(gòu)成的且無AlN膜的柵極電介質(zhì)層，其中氮化硅膜具有1nm的厚度。這樣的器件被稱為“SiN電介質(zhì)”器件。
[0060]針對柵極電容來測試器件。在柵極與源極之間的電壓(Ves)按照恒定的信號頻率從-1OV到+6V掃描。測試針對IkHz、150kHz及IMHz的信號頻率重復(fù)進行。圖6和7包括作為Ves的函數(shù)的柵極電容的曲線圖。在圖6中，AlN/SiN電介質(zhì)器件具有即使在+6V處也不大于2X 10_7F/cm2的柵極電容。在圖7中，SiN電介質(zhì)器件對于從-3V到+6V的Ves具有比AlN/SiN電介質(zhì)器件的柵極電容的兩倍還大的柵極電容。SiN電介質(zhì)器件的柵極電容近似為4.2Xl(T-6.3X1(T7F/Cm2。當(dāng)在漏極與源極之間的電壓差(VD)為12V，并且Ves從-1OV到+1V掃描時，針對DC滯后來測試器件。圖8包含所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。Al/SiN電介質(zhì)器件沒有或者具有很小的滯后。SiN電介質(zhì)器件具有看起來具有蝴蝶形狀的滯后?；趫D8中的數(shù)據(jù)，可預(yù)料到AlN/SiN器件的閾值電壓和漏電流兩者均較為穩(wěn)定。
[0061]因此，AlN/SiN電介質(zhì)器件與SiN電介質(zhì)器件相比具有更高的電學(xué)性能。AlN/SiN電介質(zhì)器件與SiN電介質(zhì)器件相比具有更小的柵極電容并且允許更快的開關(guān)。AlN/SiN電介質(zhì)器件與SiN電介質(zhì)器件相比具有更穩(wěn)定的閾值電壓。因而，AlN/SiN電介質(zhì)器件與SiN電介質(zhì)器件相比更加穩(wěn)定和穩(wěn)健。
[0062]注意，并非以上在一般性的描述或?qū)嵗兴枋龅娜炕顒佣际潜匦璧模徊糠志唧w活動可以不是必需的，并且除了所描述的那些活動之外還可以執(zhí)行一個或多個另外的活動。而且，活動被列示的順序并不一定是它們被執(zhí)行的順序。
[0063]以上已經(jīng)針對具體的實施例描述了好處、其他優(yōu)點以及問題的解決方案。但是，好處、優(yōu)點、問題的解決方案，以及可以致使任意好處、優(yōu)點、解決方案出現(xiàn)或變得更加顯著的任何特征都不應(yīng)當(dāng)被理解成任意或全部權(quán)利要求的關(guān)鍵、必需的或本質(zhì)的特征。
[0064]本文描述的實施例的說明書和圖示旨在提供對各種實施例的結(jié)構(gòu)的一般性理解。本說明書和圖示并非旨在用作對使用本文所描述的結(jié)構(gòu)或方法的裝置及系統(tǒng)的所有元件和特征的窮盡性及全面性描述。單獨的實施例同樣可以結(jié)合單個實施例來提供，并且相反地，為了簡便起見而在單個實施例的背景下描述的各種特征同樣可以單獨地或者以任何次組合來提供。此外，對在范圍中所規(guī)定的值的引用包括在該范圍中的每個值。許多其他實施例對于閱讀了本說明書之后的本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)是顯而易見的。其他實施例可以被使用并且從本公開內(nèi)容中得出，使得可以在不脫離本公開內(nèi)容的范圍的情況下進行結(jié)構(gòu)替換、邏輯替換或另外的改變。因此，本公開內(nèi)容應(yīng)當(dāng)被看作是說明性的，而非限制性的。
【權(quán)利要求】
1.一種高電子遷移率晶體管HEMT半導(dǎo)體器件，包括: 具有主表面的基板； 覆蓋于所述基板的所述主表面之上的GaN膜；以及 覆蓋于所述GaN膜之上的電介質(zhì)層，其中所述電介質(zhì)層包括覆蓋于所述GaN膜之上的第一氮化硅膜，以及在所述第一氮化硅膜上的AlN膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電子遷移率晶體管HEMT半導(dǎo)體器件，其中所述HEMT半導(dǎo)體包括:包含所述GaN膜的異質(zhì)結(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的HEMT半導(dǎo)體器件，所述異質(zhì)結(jié)還包括覆蓋于所述GaN膜之上的第一 AlGaN膜,其中所述電介質(zhì)層覆蓋于所述第一 AlGaN膜之上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項所述的HEMT半導(dǎo)體器件，還包括與所述第一氮化硅膜直接接觸的柵極電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項所述的HEMT半導(dǎo)體器件，還包括與所述AlN膜直接接觸的柵極電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的HEMT半導(dǎo)體器件，其中所述AlN膜具有2_20nm的厚度。
7.一種形成高電子遷移率晶體管HEMT半導(dǎo)體器件的方法，包括: 提供具有主表面的基板； 形成覆蓋于所述基板的所述主表面之上的GaN膜；以及 形成覆蓋于所述GaN膜之上的柵極電介質(zhì)層，包括形成第一氮化硅膜以及在所述第一氮化硅膜上形成AlN膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括:形成覆蓋于所述GaN膜之上的AlGaN膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，還包括: 在所述AlN膜上形成第二氮化硅膜； 蝕刻延伸穿過所述第二氮化硅膜的開口 ；以及 形成在延伸穿過所述第二氮化硅膜的所述開口之內(nèi)的且與所述AlN膜直接接觸的柵極電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，還包括: 在所述AlN膜上形成第二氮化硅膜； 蝕刻延伸穿過所述第二氮化硅膜和所述AlN膜的開口 ；以及 形成在延伸穿過所述第二氮化硅膜和AlN膜的所述開口之內(nèi)的且與所述第一氮化硅膜直接接觸的柵極電極。
【文檔編號】H01L29/778GK104051516SQ201410093863
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】A·巴納爾吉, P·莫恩斯 申請人:半導(dǎo)體元件工業(yè)有限責(zé)任公司