半导体装置和其制造方法与流程

1.本发明大体上涉及一种基于氮化物的半导体装置。更确切地说，本发明涉及一种基于iii-氮化物的半导体装置，其具有改进/修改的p型掺杂基于氮化物的半导体层，所述p型掺杂基于氮化物的半导体层具有递减减小的氢浓度分布。


背景技术：

2.基于氮的iii-v半导体由于其独特电子和机械特性而备受关注。基于氮的iii-v半导体是拥有直接隙带和较高热稳定性的宽带隙半导体。近年来，对氮化镓(gan)的大量研究已在盛行，尤其对于高功率开关和高频应用，如高空穴迁移率晶体管(hhmt)和高电子迁移率晶体管(hemt)。
3.就实际需求而言，需要将具有较高空穴浓度的p型掺杂gan材料应用于基于gan的装置中。然而，归因于制造因素，难以获得具有较高空穴浓度的p型掺杂gan。确切地说，在p型掺杂gan的形成期间，氢气(h2)气体通常用作运载气体。p型掺杂剂/接受体(例如mg)可与所并入氢气形成极稳定的复合物，由此进行钝化。mgh复合物的存在严重地影响p型掺杂gan的电特性，这限制了基于gan的装置的应用。此外，p型掺杂gan的空穴浓度分布可影响其电特性。


技术实现要素：

4.根据本公开的一个方面，提供一种半导体装置。半导体装置包含第一基于氮化物的半导体层、第二基于氮化物的半导体层、第一p型掺杂基于氮化物的半导体层、第一电极和第二电极。第二基于氮化物的半导体层安置在第一基于氮化物的半导体层上，且具有与第一基于氮化物的半导体层的带隙不同的带隙以在其间形成异质结。第一p型掺杂基于氮化物的半导体层安置在第二基于氮化物的半导体层上方，且具有与第二基于氮化物的半导体层接触的底部表面。第一p型掺杂基于氮化物的半导体层具有沿着从第一p型掺杂基于氮化物的半导体层的底部表面指向顶部表面的方向递减减小的氢浓度。第一电极安置在第一p型掺杂基于氮化物的半导体层上，且与第一p型掺杂基于氮化物的半导体层的顶部表面接触。第二电极安置在第二基于氮化物的半导体层上方以界定漂移区。
5.根据本公开的一个方面，提供一种用于制造半导体结构的方法。方法包含如下步骤。形成第一基于氮化物的半导体层。在第一基于氮化物的半导体层上形成第二基于氮化物的半导体层，以在其间形成异质结。在第二基于氮化物的半导体层上方形成毯覆式p型掺杂基于氮化物的半导体层。在毯覆式p型掺杂基于氮化物的半导体层上方形成氢吸收层。改变工艺温度以使得毯覆式p型掺杂基于氮化物的半导体层中的氢由氢吸收层吸收。去除氢吸收层。图案化毯覆式p型掺杂基于氮化物的半导体层以形成p型掺杂基于氮化物的半导体层。第一电极形成为与p型掺杂基于氮化物的半导体层接触。
6.根据本公开的一个方面，提供一种半导体装置。半导体装置包含第一基于氮化物的半导体层、第二基于氮化物的半导体层、p型掺杂基于氮化物的半导体层、第一电极和第
二电极。第二基于氮化物的半导体层安置在第一基于氮化物的半导体层上，且具有与第一基于氮化物的半导体层的带隙不同的带隙以在其间形成异质结。p型掺杂基于氮化物的半导体层安置在第二基于氮化物的半导体层上方，且具有与第二基于氮化物的半导体层接触的底部表面。p型掺杂基于氮化物的半导体层包含从其底部表面到顶部表面递减分布的mg-h复合物。第一电极安置在p型掺杂基于氮化物的半导体层上，且与p型掺杂基于氮化物的半导体层的顶部表面接触。第二电极安置在第二基于氮化物的半导体层上方以界定第一电极与第二电极之间的漂移区。
7.通过在p型掺杂基于氮化物的半导体层的顶部表面上形成氢吸收层，可将氢/mg-h复合物浓度的分布修改成沿着从其底部表面指向顶部表面的方向递减减小。更多p型掺杂剂/接受体可通过氢吸收层活化，且因而可释放更多空穴。p型掺杂基于氮化物的半导体层的顶部表面可充当与电极的接触表面。因为释放出更多空穴且空穴浓度予以改进，所以可实现p型掺杂基于氮化物的半导体层与电极之间的更好电接触。
附图说明
8.当结合附图阅读时，根据以下详细描述容易理解本公开的各方面。应注意，各种特征可以不按比例绘制。即，为了论述清楚起见，各种特征的尺寸可以任意增大或减小。在下文中参考图式更详细地描述本公开的实施例，在图式中：
9.图1a、图1b、图1c和图1d展示根据本公开的一些实施例的活化机制的不同阶段；
10.图2a是根据本公开的一些实施例的半导体装置的竖直横截面图；
11.图2b是图1a中的区b的放大竖直横截面图；
12.图2c是根据本公开的一些实施例的半导体装置的区的放大竖直横截面图；
13.图3a、图3b、图3c和图3d展示根据本公开的一些实施例的用于制造基于氮化物的半导体装置的方法的不同阶段；
14.图4a是根据本公开的一些实施例的半导体装置的竖直横截面图；
15.图4b是图4a中的区c的放大竖直横截面图；
16.图4c是根据本公开的一些实施例的半导体装置的区的放大竖直横截面图；
17.图5a、图5b、图5c和图5d展示根据本公开的一些实施例的用于制造基于氮化物的半导体装置的方法的不同阶段。
具体实施方式
18.在整个图式和详细描述中使用共同参考标号来指示相同或类似组件。根据结合附图作出的以下详细描述将容易理解本公开的实施例。
19.针对相关联图中所展示的组件的定向，相对于某一组件或组件群组或者组件或组件群组的某一平面指定空间描述，如“在
……
上方”、“在
……
上”、“在
……
下方”、“在
……
之上”、“向左”、“向右”、“向下”、“顶部”、“底部”、“竖直”、“水平”、“侧面”、“较高”、“下部”、“上部”、“上方”、“在
……
下”等。应理解，本文中所使用的空间描述仅出于说明的目的，且本文中所描述的结构的实际实施可以任何定向或方式在空间上布置，前提是本公开的实施例的优点不会因这一布置而有偏差。
20.此外，应注意，归因于装置制造条件，描绘为近似矩形的各种结构的实际形状在实
际装置中可能是曲形、具有圆形边缘、具有稍微不均匀的厚度等。使用直线和直角仅为了方便表示层和特征。
21.在以下描述中，阐述半导体装置/管芯/封装、其制造方法和类似物作为优选实例。所属领域的技术人员将显而易见，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下作出修改，包含添加和/或替代。可省略特定细节以免混淆本公开；然而，编写本公开是为了使所属领域的技术人员能够在不进行不当实验的情况下实践本文中的教示。
22.为了增加p型掺杂基于氮化物的半导体层的空穴浓度，提供一种用于活化其中的p型杂质或接受体的方式。图1a、图1b、图1c和图1d展示根据本公开的一些实施例的活化机制的不同阶段。如下充分描述详细机制。
23.图1a展示未活化的p型掺杂基于氮化物的半导体层20'。在一些实施例中，未活化的p型掺杂基于氮化物的半导体层20'包含低活化状态。在图1a的示例性说明中，p型掺杂基于氮化物的半导体层20'的示例性材料可包含例如但不限于p掺杂iii-v氮化物半导体材料，如p型gan、p型algan、p型inn、p型alinn、p型ingan、p型alingan或其组合。在一些实施例中，通过使用如be、zn、cd和mg的p型杂质/掺杂剂201a来得到p掺杂材料。在实施例中，p型掺杂基于氮化物的半导体层20'可形成为p型gan层。p型杂质/掺杂剂201a可以是例如mg。
24.归因于制造因素，残余氢201b可保留在p型掺杂基于氮化物的半导体层20'中。残余氢201b将与p型杂质/掺杂剂201a反应。举例来说，因为p型杂质/掺杂剂201a包含mg，所以在p型掺杂基于氮化物的半导体层20'中形成mg-h复合物201。空穴的释放将因残余氢201b的存在而受到限制/抑制，因此p型掺杂基于氮化物的半导体层20'的空穴浓度也受到限制。
25.鉴于p型掺杂基于氮化物的半导体层20'中的过低空穴浓度的前述问题，快速热退火(rta)工艺是用于解决所述问题的候选项中的一个。rta工艺可配置成活化p型掺杂基于氮化物的半导体层中的p型杂质/掺杂剂。然而，归因于mg的较高热活化能(例如，150到200mev)，仅极小部分的mg(约1％)可在rta工艺之后活化，因此rta工艺仍不能符合关于使mg接受体释放更多空穴的需求。
26.为了提高p型杂质/掺杂剂的活化率，本公开提供一种用以活化p型掺杂gan材料中的p型杂质/掺杂剂(例如，mg)的新颖方式。
27.参看图1b，氢吸收层30可形成于p型掺杂基于氮化物的半导体层20'的顶部表面20ts上。在一些实施例中，氢吸收层30具有在约50nm到约1000nm范围内的厚度，且因此，氢吸收层30可称为氢吸收薄膜。
28.参看图1c，在氢吸收层30形成之后，mg-h复合物201中的一些的分子间键将通过氢吸收层30解吸附以活化p型杂质/掺杂剂201a。由此，p型掺杂基于氮化物的半导体层20'中的氢201b可通过顶部表面20ts朝向氢吸收层30移动。在一些实施例中，在氢吸收层30形成之后，执行功能/额外处理，以便将p型掺杂基于氮化物的半导体层20'中的氢201b推送到氢吸收层30中。功能/额外处理涉及改变工艺温度。
29.在一些实施例中，氢吸收层30可包含例如但不限于金属材料。举例来说，金属材料可包含但不限于ti、zr、ca、mg、v、nb、re或其组合/合金。前述金属材料可与氢201b反应以在氢吸收层30中形成稳定金属氢化物。举例来说，氢吸收层30可包含ti，且ti可与氢201b反应，由此在氢吸收层30中形成金属氢化物tih2。采用前述金属材料的优点在于其具有较高储氢容量，且可有效吸收氢201b。
30.在一些实施例中，氢吸收层30可包含例如但不限于khco3、nahco3、li3n或其组合。
31.在一些实施例中，氢吸收层30可包含例如但不限于al-ni纳米粒子。与主体材料相比，归因于al-ni纳米粒子的较高比表面积，表面吸收现象可较显著，这有利于增强氢吸收层30的氢吸收能力。
32.在一些实施例中，氢吸收层30可包含例如但不限于活性炭、石墨化炭纳米纤维、碳纳米管或其组合。氢吸收层30中的前述碳化物可通过其间产生的范德华力(van der waals force)将氢201b吸收到其表面。采用前述碳化物的优点在于所需反应温度可较低。
33.在一些实施例中，氢吸收层30可包含例如但不限于气体水合物。氢吸收层30中的气体水合物可与氢吸收层30中的氢201b形成分子间氢键。采用前述气体水合物的优点在于所需反应温度可较低。
34.参看图1d，在某一时间段之后，氢吸收层30和p型掺杂基于氮化物的半导体层20'可达到均衡。氢201b中的一些可存储在氢吸收层30中。因此，获得改进/修改的p型掺杂基于氮化物的半导体层20。
35.与rta退火式p型掺杂基于氮化物的半导体层相比，应用氢吸收层30可有效地活化p型杂质/掺杂剂201a，且可极大提高其活化率。因此，通过将氢201b从p型掺杂基于氮化物的半导体层20推送到氢吸收层30，释放出p型掺杂基于氮化物的半导体层20中的更多空穴201c，从而改进p型掺杂基于氮化物的半导体层20的空穴浓度。
36.因此，沿着竖直方向，氢浓度沿着从底部表面20ts指向顶部表面20ts的方向递减减小。p型掺杂基于氮化物的半导体层20的底部表面20ts与顶部表面20ts相对。此外，mg-h复合物201从底部表面24s到顶部表面20ts递减分布。在另一视角中，p型掺杂基于氮化物的半导体层20的空穴浓度沿着从底部表面24s指向顶部表面20ts的方向递减增加。因为邻近于顶部表面20ts的区可具有比其其余区更高的空穴浓度，所以可在改进/修改的p型掺杂基于氮化物的半导体层20与待形成为与顶部表面20ts接触的电极之间形成欧姆接触。
37.此外，沿着水平方向，p型掺杂基于氮化物的半导体层20的氢浓度在其顶部表面20ts处或附近是水平均一的。因此，p型掺杂基于氮化物的半导体层20可在其顶部表面20ts处或附近具有均一的改进空穴浓度，这进一步改善了p型掺杂基于氮化物的半导体层20的顶部表面20ts的接触条件。
38.改进/修改的p型掺杂基于氮化物的半导体层20可应用于不同基于氮化物的装置，如高电子迁移率晶体管(hemt)和高空穴迁移率晶体管(hhmt)。
39.在这一方面，氢吸收层的特性/特征与hemt/hhmt装置相容。本文中，短语“与hemt/hhmt装置相容”包含用于将氢从p型掺杂基于氮化物的半导体层吸收到氢吸收层的工艺是相容的。用于吸收氢的工艺可从工艺温度增加开始，这称为功能处理或额外处理。工艺温度相对较低。举例来说，功能处理或额外处理在约50℃到约900℃的温度范围内执行。对于hemt/hhmt装置，其现有层在处理期间可以免受热损坏。此外，应用于氢吸收层的材料中的一些的特性在hemt/hhmt装置的操作下是稳定的，因此所述特性可保留在hemt/hhmt装置的最终结构中。
40.因此，可发现，归因于增加的空穴浓度，将氢吸收层应用于hemt/hhmt装置中有利于提高装置性能，且相容性可以使装置仍稳定地工作。本公开将提供如何应用氢吸收层与hemt/hhmt装置结合。示例性装置可具有如以下描述的改进/修改的p型掺杂基于氮化物的
半导体层20。
41.图2a是根据本公开的一些实施例的半导体装置1a的竖直横截面图。半导体装置1a包含hhmt装置。半导体装置1a包含衬底10、缓冲层12、基于氮化物的半导体层14a和16a、改进/修改的p型掺杂基于氮化物的半导体层22和24、电极40和42、栅极电极50和钝化层60。
42.衬底10可以是半导体衬底。衬底10的示例性材料可包含例如但不限于si、sige、sic、砷化镓、p掺杂si、n掺杂si、蓝宝石、绝缘体上半导体(如绝缘体上硅(soi))或其它合适的衬底材料。在一些实施例中，衬底10可包含例如但不限于iii族元素、iv族元素、v族元素或其组合(例如，iii-v化合物)。在其它实施例中，衬底10可包含例如但不限于一或多个其它特征，如掺杂区、埋层、外延(epi)层或其组合。
43.缓冲层12可安置在衬底10上/上方(over)/上方(above)。缓冲层12可安置在衬底10与基于氮化物的半导体层14a之间。缓冲层12可配置成减小衬底10与基于氮化物的半导体层14a之间的晶格和热失配，由此解决归因于失配/差异的缺陷。缓冲层12可包含iii-v化合物。iii-v化合物可包含例如但不限于铝、镓、铟、氮或其组合。因此，缓冲层12的示例性材料可进一步包含例如但不限于gan、aln、algan、inalgan或其组合。
44.在一些实施例中，半导体装置1a可进一步包含成核层(图中未展示)。成核层可形成于衬底10与缓冲层12之间。成核层可配置成提供过渡以适应衬底10与缓冲层的iii-氮化物层之间的失配/差异。成核层的示例性材料可包含例如但不限于aln或其合金中的任一种。
45.基于氮化物的半导体层14a安置在缓冲层12上/上方(over)/上方(above)。基于氮化物的半导体层16a安置在基于氮化物的半导体层14a上/上方(over)/上方(above)。基于氮化物的半导体层14a的示例性材料可包含例如但不限于氮化物或iii-v族化合物，如gan、aln、inn、in
x
alyga
(1-x-y)
n(其中x y≤1)、al
x
ga
(1-x)
n(其中x≤1)。基于氮化物的半导体层16a的示例性材料可包含例如但不限于氮化物或iii-v族化合物，如gan、aln、inn、in
x
alyga
(1-x-y)
n(其中x y≤1)、alyga
(1-y)
n(其中y≤1)。
46.基于氮化物的半导体层14a和16a的示例性材料选择为使得基于氮化物的半导体层16a具有小于基于氮化物的半导体层14a的带隙的带隙(即，禁带宽度)，这使得其电子亲和力彼此不同且在其间形成异质结。举例来说，当基于氮化物的半导体层14a是具有大约4.0ev的带隙的algan层时，且基于氮化物的半导体层16a可选择为具有大约3.4ev的带隙的未掺杂gan层。由此，基于氮化物的半导体层14a和16a可分别充当阻挡层和沟道层。在沟道与阻挡层之间的接合界面处产生三角阱电势，使得电子积聚在三角阱中，由此产生邻近于异质结的二维空穴气(2dhg)区162。因此，半导体装置1a能够包含至少一个基于的gan高空穴迁移率晶体管(hhmt)。
47.改进/修改的p型掺杂基于氮化物的半导体层22和24可安置在基于氮化物的半导体层16a上/上方(over)/上方(above)。改进/修改的p型掺杂基于氮化物的半导体层22和24可分别通过其底部表面222和242与基于氮化物的半导体层16a接触。改进/修改的p型掺杂基于氮化物的半导体层22和24可与图1d中的改进/修改的p型掺杂基于氮化物的半导体层20相同或类似。即，p型掺杂基于氮化物的半导体层22和24的空穴浓度作出改进。
48.在一些实施例中，电极40可充当源极电极。在一些实施例中，电极40可充当漏极电极。在一些实施例中，电极42可充当源极电极。在一些实施例中，电极42可充当漏极电极。电
极40和42的作用取决于装置设计。
49.电极40可安置在改进/修改的p型掺杂基于氮化物的半导体层22上/上方(over)/上方(above)。电极40可与改进/修改的p型掺杂基于氮化物的半导体层22的顶部表面224接触。电极42可安置在改进/修改的p型掺杂基于氮化物的半导体层24上/上方(over)/上方(above)。电极42可与改进/修改的p型掺杂基于氮化物的半导体层24的顶部表面244接触。漂移区(例如，2dhg区162)界定在电极40与42之间。
50.归因于改进/修改的p型掺杂基于氮化物的半导体层22和24的引入，可在改进/修改的p型掺杂基于氮化物的半导体层与对应电极之间形成良好欧姆接触。因此，可改进半导体装置1a的电特性。
51.在一些实施例中，电极40和42可包含例如但不限于金属、合金、掺杂半导体材料(如，掺杂结晶硅)、如硅化物和氮化物的化合物、其它导体材料或其组合。电极40和42的示例性材料可包含例如但不限于ti、alsi、tin或其组合。电极40和42可以是单个层，或具有相同或不同组成的多个层。在一些实施例中，电极40和42中的每一个由至少一个保形层和导电填充物形成。保形层可包覆导电填充物。保形层的示例性材料例如但不限于ti、ta、tin、al、au、alsi、ni、pt或其组合。导电填充物的示例性材料可包含例如但不限于alsi、alcu或其组合。
52.栅极电极50可安置在基于氮化物的半导体层16a上/上方(over)/上方(above)。栅极电极50位于电极40与42之间。电极40比电极42更接近栅极电极50。即，电极40和42可布置为关于栅极电极50不对称。在一些实施例中，电极40和42可布置为关于栅极电极50对称。所述布置取决于不同电特性要求。
53.栅极电极50的示例性材料可包含金属或金属化合物。栅极电极50可形成为单个层，或具有相同或不同组成的多个层。金属或金属化合物的示例性材料可包含例如但不限于w、au、pd、ti、ta、co、ni、pt、mo、tin、tan、其金属合金或化合物或其它金属化合物。
54.在图2a的示例性说明中，当栅极电极50处于近似零偏置时，半导体装置1a为常开状态。
55.图2b是图1a中的区b的放大竖直横截面图。参看图2b，在一些实施例中，如果氢吸收层中所含有的材料不导电，如khco3、nahco3、li3n或其组合。那么，至少出于避免影响导电性的目的，任选地从改进/修改的p型掺杂基于氮化物的半导体层24的顶部表面244去除氢吸收层。
56.在去除工艺之后，极少部分的氢吸收层有可能保留在顶部表面244上，其可称为氢吸收岛70。在一些实施例中，所保留氢吸收岛70可包含例如但不限于khco3、nahco3、li3n或其组合。随后，形成于p型掺杂基于氮化物的半导体层24的顶部表面244上的电极42覆盖氢吸收岛70。氢吸收岛70安置在p型掺杂基于氮化物的半导体层24与电极42之间。相同配置可出现在p型掺杂基于氮化物的半导体层22与电极40之间的区中。
57.因为包含khco3、nahco3、li3n或其组合的材料将不会极大地影响半导体装置1a中的hhmt的性能和操作，因此保留在所述结构中的氢吸收岛70是可接受的。本公开将提供如何确切地构成hhmt装置，所述hhmt装置出于改进空穴浓度的目的而将氢吸收岛应用于其结构中。
58.在涉及氢吸收层的材料是导电的一些实施例中，是否去除氢吸收层是任选的。是
否去除氢吸收层的因素之一与存储在氢吸收层中的氢有关。因为hhmt装置可应用为高电压装置或低电压装置，所以可根据存储在氢吸收层中的氢对高电压/低电压的操作的影响来判断是否去除氢吸收层。
59.因为氢吸收层的材料是导电的，所以当极少部分的氢吸收层保留在顶部表面244上时是可接受的。因此，导电氢吸收层的所保留部分可充当氢吸收岛70。
60.在一些实施例中，所保留氢吸收岛70可包含例如但不限于ti、zr、ca、mg、v、nb、re或其组合，使得氢吸收岛70可包含金属氢化物。在一些实施例中，所保留氢吸收岛70可包含例如但不限于al-ni纳米粒子。在一些实施例中，所保留氢吸收岛70可包含例如但不限于活性炭、石墨化炭纳米纤维、碳纳米管或其组合。
61.在替代实施例中，保留整个氢吸收层。举例来说，图2c是根据本公开的一些实施例的半导体装置的区的放大竖直横截面图。参看图2c，整个氢吸收层72保留在p型掺杂基于氮化物的半导体层24与电极42之间。p型掺杂基于氮化物的半导体层24通过氢吸收层72与电极42完全分离。因为省略了用于去除氢吸收层72的工艺，所以实现了制造成本的减少。在一些实施例中，氢吸收层72具有在约50nm到约1000nm范围内的厚度。所述范围基于结构的导电性来设定。
62.返回参看图2a，钝化层60可安置在电极42和44、栅极电极50和基于氮化物的半导体层16a上/上方(over)/上方(above)。钝化层60的材料可包含例如但不限于介电材料。钝化层60可充当平面化层，其具有用以支撑其它层/元件的水平顶部表面。在一些实施例中，钝化层60可形成为较厚的，且对钝化层60执行如化学机械抛光(cmp)工艺的平面化工艺以去除多余部分，由此形成水平顶部表面。
63.用于制造半导体装置1a的方法的不同阶段展示在图3a、图3b、图3c和图3d中，如下文所描述。在下文中，沉积技术可包含例如但不限于原子层沉积(ald)、物理气相沉积(pvd)、化学气相沉积(cvd)、金属有机cvd(mocvd)、等离子体增强型cvd(pecvd)、低压cvd(lpcvd)、等离子体辅助气相沉积、外延生长或其它合适的工艺。
64.参看图3a，设置衬底10。通过使用沉积技术在衬底10上/上方(over)/上方(above)形成缓冲层12。通过使用沉积技术在缓冲层12上/上方(over)/上方(above)形成基于氮化物的半导体层14a。通过使用沉积技术在基于氮化物的半导体层14a上/上方(over)/上方(above)形成基于氮化物的半导体层16以在其间形成异质结。通过使用沉积技术在基于氮化物的半导体层16a上/上方(over)/上方(above)形成毯覆式p型掺杂基于氮化物的半导体层80。
65.参看图3b，在毯覆式p型掺杂基于氮化物的半导体层80上/上方(over)/上方(above)形成氢吸收层82。执行功能处理或额外工艺以使得工艺温度改变。由此，毯覆式p型掺杂基于氮化物的半导体层80中的氢由氢吸收层82吸收，如关于图1a到图1d描述。随后，可通过氢吸收层82来修改毯覆式p型掺杂基于氮化物的半导体层80的氢浓度分布。可如前述选择氢吸收层30的材料。在一些实施例中，在改变工艺温度之后，氢吸收层82可具有金属氢化物。
66.参看图3c，去除氢吸收层82，以便暴露毯覆式p型掺杂基于氮化物的半导体层80的顶部表面。在一些实施例中，在去除氢吸收层82之后，至少一个氢吸收岛保留在毯覆式p型掺杂基于氮化物的半导体层80上。其后，图案化毯覆式p型掺杂基于氮化物的半导体层80以
在基于氮化物的半导体层16a上/上方(over)/上方(above)形成p型掺杂基于氮化物的半导体层22和24。
67.参看图3d，在基于氮化物的半导体层16a上/上方(over)/上方(above)形成电极40和42，以便分别与p型掺杂基于氮化物的半导体层22和24接触。漂移区可界定在电极40与42之间。在基于氮化物的半导体层16a上/上方(over)/上方(above)形成栅极电极50，且栅极电极50位于电极40与42之间。其后，可形成钝化层60，从而获得如图2a中所展示的半导体装置1a的配置。
68.在涉及由氢吸收层82完全覆盖的p型掺杂基于氮化物的半导体层22和24的实施例中，毯覆式p型掺杂基于氮化物的半导体层80和氢吸收层82可一起进行图案化。
69.图4a是根据本公开的一些实施例的半导体装置1b的竖直横截面图。除了基于氮化物的半导体层16b具有大于基于氮化物的半导体层14b的带隙的带隙，且将位于栅极电极50与基于氮化物的半导体层16b之间的改进/修改的p型掺杂基于氮化物的半导体层26引入到结构中之外，半导体装置1b与如参考图2a所描述和说明的半导体装置1a类似。
70.更确切地说，基于氮化物的半导体层14b和16b的示例性材料选择为使得基于氮化物的半导体层16b具有大于基于氮化物的半导体层14b的带隙的带隙(即，禁带宽度)，这使得其电子亲和力彼此不同且在其间形成异质结。举例来说，当基于氮化物的半导体层14b是具有大约3.4ev的带隙的未掺杂gan层时，且基于氮化物的半导体层16b可选择为具有大约4.0ev的带隙的algan层。由此，基于氮化物的半导体层14b和16b可分别充当沟道层和阻挡层。在沟道层与阻挡层之间的接合界面处产生三角阱电势，使得空穴积聚在三角阱中，由此产生邻近于异质结的二维电子气(2deg)区142。因此，半导体装置1b能够包含至少一个基于gan的高空穴迁移率晶体管(hemt)。
71.可通过使用氢吸收层来改进/修改p型掺杂基于氮化物的半导体层26，如关于图1a到图1d所描述。
72.在图4a的示例性说明中，半导体装置1b是增强模式装置，其在栅极电极50处于近似零偏置下时处于常关状态。确切地说，改进/修改的p型掺杂基于氮化物的半导体层26可与基于氮化物的半导体层14b形成至少一个p-n结以耗乏2deg区142，使得2deg区142的对应于在对应栅极电极50下方的位置的区域具有与2deg区142的其余部分不同的特征(例如，不同空穴浓度)，且因此被阻挡。归因于改进/修改的p型掺杂基于氮化物的半导体层26的较高空穴浓度，2deg区142的所述区域可充分/完全耗乏，由此减小断开状态电流。
73.归因于这一机制，半导体装置1b具有常关特征。换句话说，当无电压施加到栅极电极50或施加到栅极电极50的电压小于阈值电压(即，在栅极电极50下方形成反型层所需的最小电压)时，使2deg区142在栅极电极50下方的区域保持受阻挡，且因此其中无电流流过。
74.基于与前面在图2a到图2c中所描述相同的原因，是否去除改进/修改的p型掺杂基于氮化物的半导体层26上的所施加氢吸收层是任选的。可根据装置设计或所施加氢吸收层的材料特性/特征来作出选择。
75.图4b是图4a中的区c的放大竖直横截面图。如图4b的示例性说明中所展示，氢吸收岛90位于改进/修改的p型掺杂基于氮化物的半导体层26与栅极电极50之间。氢吸收岛90可具有与图2b中的氢吸收岛70相同或类似的材料。
76.在替代实施例中，保留整个氢吸收层。举例来说，图4c是根据本公开的一些实施例
的半导体装置的区的放大竖直横截面图。参看图4c，整个氢吸收层92保留在p型掺杂基于氮化物的半导体层26与栅极电极50之间。因为省略了用于去除氢吸收层92的工艺，所以实现了制造成本的减少。在一些实施例中，氢吸收层92具有在约50nm到约1000nm范围内的厚度。所述范围基于结构的导电性来设定。
77.用于制造半导体装置1b的方法的不同阶段展示在图5a、图5b、图5c和图5d中，如下文所描述。在下文中，沉积技术可包含例如但不限于ald、pvd、cvd、mocvd、pecvd、lpcvd、等离子体辅助气相沉积、外延生长或其它合适的工艺。
78.参看图5a，设置衬底10。通过使用沉积技术在衬底10上/上方(over)/上方(above)形成缓冲层12。通过使用沉积技术在缓冲层12上/上方(over)/上方(above)形成基于氮化物的半导体层14b。通过使用沉积技术在基于氮化物的半导体层14b上/上方(over)/上方(above)形成基于氮化物的半导体层16b以在其间形成异质结。通过使用沉积技术在基于氮化物的半导体层16b上/上方(over)/上方(above)形成毯覆式p型掺杂基于氮化物的半导体层94。
79.参看图5b，在毯覆式p型掺杂基于氮化物的半导体层94上/上方(over)/上方(above)形成氢吸收层96。执行功能处理或额外工艺以使得工艺温度改变。由此，毯覆式p型掺杂基于氮化物的半导体层94中的氢由氢吸收层64吸收，如关于图1a到图1d描述。随后，可通过氢吸收层96来修改毯覆式p型掺杂基于氮化物的半导体层94的氢浓度分布。可如前述选择氢吸收层96的材料。在一些实施例中，在改变工艺温度之后，氢吸收层96可具有金属氢化物。
80.参看图5c，去除氢吸收层96，以便暴露毯覆式p型掺杂基于氮化物的半导体层94的顶部表面。在一些实施例中，在去除氢吸收层96之后，至少一个氢吸收岛保留在毯覆式p型掺杂基于氮化物的半导体层94上。其后，图案化毯覆式p型掺杂基于氮化物的半导体层94以在基于氮化物的半导体层16b上/上方(over)/上方(above)形成p型掺杂基于氮化物的半导体层26。
81.参看图5d，在基于氮化物的半导体层16a上/上方(over)/上方(above)形成电极40和42。在p型掺杂基于氮化物的半导体层22上/上方(over)/上方(above)形成栅极电极50。其后，可形成钝化层60，从而获得如图5d中所展示的半导体装置1b的配置。
82.基于上文，在本公开的实施例中，氢吸收层可形成于不活化或低活化的p型掺杂的基于氮化物的半导体层上以活化其中的p型掺杂剂，且因此可释放更多空穴。此外，可修改空穴浓度的分布，这适用于与电极形成良好接触。因为氢吸收层的特性/特征与hemt/hhmt装置相容，因此所述方式可任选地应用于hemt/hhmt装置的结构。本公开将提供如何确切地构成hhmt装置，所述hhmt装置出于改进空穴浓度的目的而将氢吸收岛应用于其结构中。由此，包含hemt或hhmt装置的半导体装置可具有良好电特性。
83.选择和描述实施例以便最好地解释本发明的原理和其实际应用，由此使得所属领域的其它技术人员能够理解本发明的各种实施例以及适合于所预期的特定用途的各种修改。
84.如本文中所使用且不另外定义，术语“大体上”、“大体”、“大约”和“约”用以描述且考虑较小变化。当与事件或情形结合使用时，所述术语可涵盖事件或情形明确发生的情况以及事件或情形近似于发生的情况。举例来说，当结合数值使用时，术语可涵盖小于或等于
所述数值的
±
10％的变化范围，如小于或等于
±
5％、小于或等于
±
4％、小于或等于
±
3％、小于或等于
±
2％、小于或等于
±
1％、小于或等于
±
0.5％、小于或等于
±
0.1％或小于或等于
±
0.05％的变化范围。术语“大体上共面”可指沿着同一平面定位的在数微米内的两个表面，如沿着同一平面定位的在40μm内、30μm内、20μm内、10μm内或1μm内的两个表面。
85.如本文中所使用，除非上下文另外明确规定，否则单数术语“一(a/an)”和“所述”可包含多个提及物。在一些实施例的描述中，设置于另一组件“上”或“上方”的组件可涵盖前一组件直接在后一组件上(例如，与后一组件物理接触)的情况，以及一个或多个中间组件位于前一组件与后一组件之间的情况。
86.虽然已参考本公开的具体实施例描述且说明本公开，但这些描述和说明并非限制性的。所属领域的技术人员应理解，在不脱离如由所附权利要求书定义的本公开的真实精神和范围的情况下，可作出各种改变，且可取代等效物。所述说明可能未必按比例绘制。归因于制造工艺和公差，本公开中的技艺再现与实际设备之间可能存在差异。此外，应理解，实际装置和层可与图式的矩形层描绘存在偏差，且可由于如保形沉积、刻蚀等制造工艺而包含角表面或边缘、圆角等。可存在未特别说明的本公开的其它实施例。应将本说明书和图式视为说明性而非限制性的。可作出修改以使特定情形、材料、物质组成、方法或工艺适应于本公开的目标、精神和范围。所有这类修改都意图在所附权利要求书的范围内。虽然本文中所公开的方法已参考按特定次序执行的特定操作来描述，但应理解，这些操作可组合、细分或重新排序以在不脱离本公开的教示内容的情况下形成等效方法。因此，除非在本文中特别指示，否则操作的次序和分组并非限制。