CN203733803U - 半导体器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及半导体器件。本实用新型的一个实施例解决的问题是有效减少接触电阻，同时基本保持在欧姆接触部与2DEG层之间的相同的器件尺寸。在一个实施例中，半导体器件包括：在半导体基板上的沟道形成层；在所述沟道形成层上的阻挡层；在所述阻挡层和所述沟道形成层之间的界面处形成的二维电子气层；与所述阻挡层处于被间隔开的关系的控制电极；以及包含与所述二维电子气层欧姆接触并且不平行于沟道宽度方向的多个侧面的第一凹槽结构欧姆电极，其中与所述二维电子气层欧姆接触的所述第一凹槽结构欧姆电极的侧面具有波状形状。该实施例的一个用途是有效减少接触电阻，同时基本保持在欧姆接触部与2DEG层之间的相同的器件尺寸。

Description

半导体器件

对相关申请的交叉引用

本申请要求申请日为2013年3月15日的美国临时申请第61/786,653号的权益。

技术领域

本文所公开的实施例总体涉及电气技术，更具体地说，涉及一种半导体元件。

背景技术

在过去，半导体异质结构器件通常被用于高速、低噪声和高功率应用。高电子迁移率晶体管（HEMT）是具有由二维电子气（2DEG）层形成的电流路径的类型的半导体异质结构器件，该二维电子气（2DEG）层在具有不同带隙的两种类型的半导体膜之间的界面处生成。该2DEG层通常表示一种电子片，在该电子片中，电子被束缚并能够在二维中自由移动，但在第三个维度的运动被限制。

典型的HEMT器件包括了在基板上形成的沟道形成层以及在该沟道形成层上形成的肖特基层。具有不同带隙的薄膜被用作该沟道形成层和肖特基层。例如，氮化镓（GaN）膜被用作沟道形成层，并且氮化铝镓（AlGaN）膜被用作肖特基层，这在该沟道形成层和肖特基层之间的界面处形成2DEG层。覆盖层被形成在肖特基层的表面上。源电极、漏电极和栅电极被设置在该覆盖层上。源电极和漏电极是欧姆电极，其提供通过一层或多层到2DEG层的电连接。

施加到栅电极的适当的电势形成2DEG层中的耗尽层。该耗尽层控制在源电极和漏电极之间流过的电流。在2DEG层中的电子迁移率比普通的半导体（例如，体硅）的电子迁移率要大得多，这使得HEMT以相比典型的基于硅的场效应晶体管（FET）更高的速度来工作。

两个横向欧姆电极之间的电流与电极的表面周长成正比。在过去，传统方法仅将欧姆接触部长度的一部分用于长时间电接触的传导。具体而言，在传统方法中，电流密度的大部分仅穿过接触部的前边缘，而该接触部的剩余部分仅被用于小部分电流密度，这导致了区域的不必要的浪费。解决这个问题的传统方法包括：增加异质结构器件的有源区域（宽度），以提高欧姆接触部的表面积。不幸的是，这样的方法导致了具有不希望的较高的特定导通电阻（R_DSON）的异质结构器件。

因此，人们希望有一种结构和方法，其通过增加接触区域的表面周长来有效地减少的接触电阻，从而改善异质结构的半导体器件的特性，同时在不导致电流集聚、自加热、和/或其他性能问题的情况下，基本上保持在欧姆接触部与2DEG层之间的相同的器件尺寸。

实用新型内容

本实用新型的一个实施例的目的在于提供一种结构，该结构通过增加接触区域的表面周长来有效地减少的接触电阻，从而改善异质结构的半导体器件的特性，同时在不导致电流集聚、自加热、和/或其他性能问题的情况下，基本上保持在欧姆接触部与2DEG层之间的相同的器件尺寸。

根据一个实施例，半导体器件包括：在半导体基板上的沟道形成层；在所述沟道形成层上的阻挡层；在所述阻挡层和所述沟道形成层之间的界面处形成的二维电子气层；与所述阻挡层处于被间隔开的关系的控制电极；以及包含与所述二维电子气层欧姆接触并且不平行于沟道宽度方向的多个侧面的第一凹槽结构欧姆电极，其中与所述二维电子气层欧姆接触的所述第一凹槽结构欧姆电极的侧面具有波状形状。

根据另一个实施例，所述半导体器件还可以包括在所述控制电极和所述阻挡层之间的栅极介电层。

根据另一个实施例，所述半导体器件还可以包括包含与所述二维电子气层欧姆接触并且不平行于所述沟道宽度方向的多个侧面的第二凹槽结构欧姆电极，其中与所述二维电子气层欧姆接触的所述第二凹槽结构欧姆电极的侧面具有波状形状。

根据另一个实施例，具有所述波状形状的所述第一凹槽结构欧姆电极的侧表面与具有所述波状形状的所述第二凹槽结构欧姆电极的侧表面彼此面对。

根据另一个实施例，所述第一凹槽结构欧姆电极的所述波状形状可以对称于所述第二凹槽结构欧姆电极的所述波状形状。

根据另一个实施例，所述第一凹槽结构欧姆电极的所述波状形状可以不对称于所述第二凹槽结构欧姆电极的所述波状形状。

根据另一个实施例，所述第一凹槽结构欧姆电极可以具有连续的且大致矩形的形状。

根据另一个实施例，所述波状形状可以由多个圆形的突出部限定，每个所述突出部由圆形的凹进部所分开。

根据另一个实施例，每个所述突出部可以具有在大约0.05微米与大约3微米之间的高度。

根据另一个实施例，每个所述突出部可以具有大约2微米的高度。

根据另一个实施例，所述欧姆电极可以是高电子迁移率晶体管的源电极。

根据另一个实施例，所述欧姆电极可以是高电子迁移率晶体管的漏电极。

根据另一个实施例，所述沟道形成层可以包含GaN。

根据另一个实施例，所述欧姆电极可以包括钛、氮化钛、铝、镍、铂、金以及钨中的一个或多个。

根据另一个实施例，半导体器件包括：第一层；在第一层之上的第二层，所述第一层和所述第二层被配置为在所述第一层和所述第二层的界面处形成电子气层；第一欧姆接触部；以及延伸到所述第二层内的第一凹槽结构导电接触部，所述第一凹槽结构导电接触部被配置为将所述第一欧姆接触部电耦合到所述电子气层，所述第一凹槽结构导电接触部具有被配置为增加通过所述第一欧姆接触部的电流密度的具有波状形状的侧表面，所述波状形状具有大致圆形的突出部和大致圆形的凹进部。

根据另一个实施例，所述半导体器件还可以包括：第二欧姆接触部；延伸到所述第二层内的第二凹槽结构导电接触部，所述第二凹槽结构导电接触部被配置为将所述第二欧姆接触部电耦合到所述电子气层，所述第二凹槽结构导电接触部具有被配置为增加通过所述第二欧姆接触部的电流密度的具有波状形状的侧表面；以及被设置在所述第一欧姆接触部与第二欧姆接触部之间的所述第二层之上的控制电极。

根据另一个实施例，所述第一层包括III族氮化物缓冲层和沟道层；所述第二层包括III族氮化物阻挡层；以及所述第一凹槽结构导电接触部的所述波状形状不对称于所述第二凹槽结构导电接触部的所述波状形状。

根据另一个实施例，半导体器件包括：包括III族氮化物的第一层；包括III族氮化物且在所述第一层之上的第二层，所述第一层和所述第二层被配置为在所述第一层和所述第二层的界面处形成电子气层；第一欧姆接触部；延伸到所述第二层内的第一凹槽结构导电接触部，所述第一凹槽结构导电接触部被配置为将所述第一欧姆接触部电耦合到所述电子气层，所述第一凹槽结构导电接触部具有被配置为增加通过所述第一欧姆接触部的电流密度的具有波状形状的侧表面，所述波状形状具有大致圆形的突出部和大致圆形的凹进部；第二欧姆接触部；延伸到所述第二层内的第二凹槽结构导电接触部，所述第二凹槽结构导电接触部被配置为将所述第二欧姆接触部电耦合到所述电子气层，所述第二凹槽结构导电接触部具有带有所述波状形状的侧表面，其中具有所述波状形状的两个侧面彼此面对；以及在所述第一欧姆接触部和所述第二欧姆接触部之间的控制电极。

根据本实用新型的一个实施例的一个技术效果是增加了用于电流传导的接触部的表面面积，从而降低接触电阻并提高电流密度，同时基本保持了相同的器件尺寸。

附图说明

图1示出了根据本实用新型的高电子迁移率的半导体器件的实施例的截面图；

图2示出了图1的半导体器件的顶视图；

图3示出了根据本实用新型的半导体器件的替代实施例的局部顶视图；以及

图4-6示出了根据本实用新型的图1的半导体器件在制造的各个阶段的截面图。

为了说明的简单和清楚，附图中的元素不一定按比例绘制，并且除非另有说明，在不同的图中的相同附图标记表示相同的元素。此外，为了描述的简单起见，省略对公知的步骤和元素的描述和详细说明。本文所使用的载流电极意味着器件的用于运载电流通过该器件的元素，例如MOS晶体管的源极或漏极、或者双极型晶体管的发射极或集电极、或者二极管的阴极或阳极，而控制电极意味着器件的用于控制通过该器件的电流的元素，例如MOS晶体管的栅极、或者双极型晶体管的基极。虽然在本文中器件被解释为某种N沟道或P沟道型器件、或者某种N型或P型掺杂区域，但本领域技术人员应当理解，根据本实用新型互补器件也是可能的。本领域技术人员理解：导电类型是指一种机制，传导通过该机制而产生（例如通过空穴或电子的传导），因此，导电类型并不是指掺杂浓度，而是指掺杂类型，例如P型或N型。本领域技术人员应当理解，本文中关于电路操作而使用的词语“在…期间”、“在…时候”、以及“当…时候”并不是意味着当起始动作发生时立即发生的动作的准确术语，而是可能存在某些小的但合理的延迟，例如在由起始动作引发的反应之间的各种传播延迟。此外，术语“当…时候”意味着某一动作至少在起始动作的持续期间的某些部分内发生。词语“大约”或“基本上”的使用意味着具有被预期接近于设定值或设定位置的参数的元素的值。然而，如本领域所公知的，总存在阻止该值或位置准确地成为所设定的值或位置的较小的偏差。在本领域已明确，直到至少百分之十（10％）（并且对于半导体掺杂浓度，直到百分之二十（20％））的偏差是与所述的准确的理想目标的合理偏差。正如在元素的名称的一部分中使用的在权利要求中和/或在具体实施方式中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区分相似的元素，而不一定是用于描述序列，无论是在时间上、空间上、在排序中或是以任何其他方式描述。应当理解，这样使用的术语在适当的情况下可以互换，并且本文所描述的实施例能够以本文所描述或说明的之外的其他顺序来操作。为了附图清楚，器件结构的掺杂区域被示出为具有大致直线的边缘和精确角度的角。但是，本领域技术人员应该明白，由于掺杂物的扩散和活化，掺杂区域的边缘通常可能不是直线并且角可能不是精确的角度。

此外，本说明书可以示出单元设计（其中，体区是多个单元区域），而不是单一的体设计（其中，体区由以细长的图案（典型地以蛇形图案）形成的单一的区域组成）。然而，本说明书旨在可适用于多孔实现和单一基底实现。

具体实施方式

通常，本实施例涉及高电子迁移率（HEM）的半导体器件结构和形成该结构的方法。HEM器件结构包括基底半导体基板和与基底基板相关联的异质结构，在某些实施例中，该异质结构是III族氮化物系列材料，例如氮化镓（GaN）、氮化铝镓（AlGaN）、氮化铟（InN）、氮化铝（AlN）、氮化铟镓（InGaN）、铟铝镓氮化物（InAlGaN）、或本领域技术人员已知的类似材料。在某些实施例中，栅极结构被设置为接近异质结构的主表面，并且第一载流电极和第二载流电极被设置在该主表面上但与该栅极结构间隔开。

在某些实施例中，该异质结构包括GaN沟道层和AlGaN阻挡层，其在这两个层之间的界面处形成二维电子气层。在某些实施例中，载流电极被配置为具有邻近二维电子气层并与该二维电子气层进行欧姆接触的凹槽结构导电接触部。为了克服先前关于相关器件所描述的问题，一个或两个的凹槽结构导电接触部具有不平行于沟道宽度方向的前沿，该前沿被限定为具有波状形状，该波状形状具有大致圆形的波峰和波谷。除了其他方面之外，该波状形状增加了用于电流传导的接触部的表面面积，从而降低接触电阻并提高电流密度，同时基本保持了相同的器件尺寸。另外，大致圆形的波峰和波谷的配置产生了意想不到的结果，即相比使用方波、锯齿波、或其他具有带尖角或尖点的表面的形状的相关器件，使在接触部周围的电流集聚和高电场的形成最小化，并且减少了热点的形成，其中已知在该尖角或尖点处会产生这样的问题。

图1示出了在本实施例中被配置为III族氮化物耗尽型的高电子迁移率晶体管（HEMT）的半导体器件10的实施例的放大截面图。图1的截面图是沿着图2所示的参考线1-1的截面图，其中图2示出了晶体管10的顶视图。晶体管10包括基底基板、基底半导体基板、半导体材料区域、半导体区域、或半导体基板11。在一些实施例中，基板11是具有（111）取向的硅基板并且掺杂有p型掺杂物（例如硼）。在其他实施例中，基板11可以具有其他的取向。在其他实施例中，基板11可以是碳化硅、其他半导体材料、绝缘材料或其他本领域技术人员已知的材料。在其他实施例中，基板11可以掺杂有n型掺杂物，例如磷、砷或锑。

晶体管10还包括异质结构或外延结构13，其可以在基板11上形成。在一些实施例中，异质结构13包括多个层，该多个层例如包括成核层或缓冲层16；一个或多个缓冲层或过渡层17；第一层，沟道形成层或沟道层19；以及第二层，阻挡层或肖特基层21。在某些实施例中，缓冲层16可以是例如AlN层，其位于基板11之上。一个或多个过渡层17（在某些实施例中是可选的）可以被形成为位于缓冲层16之上。在某些实施例中，过渡层17可以是例如具有不同量的铝浓度的AlGaN。例如，在过渡层17中铝浓度可能在靠近缓冲层16处较高，在靠近沟道层19处较低。

沟道层19可以被形成为位于过渡层17上。在一些实施例中，沟道层19可以是例如GaN层。在某些实施例中，阻挡层21可以是形成在沟道层19之上的AlGaN层。正如本领域技术人员所已知的，在阻挡层21和沟道层19的界面处，生成二维电子气（2DEG）层或二维电子气区22。在其他实施例中，AlN层（未示出）可以被放置在沟道层19和阻挡层21之间。异质结构13可以使用金属有机气相外延（MOVPE）工艺（也称为有机金属气相外延（OMVPE）或金属有机化学气相沉积（MOCVD）），这是用于产生单晶或者多晶薄膜的化学气相沉积法。

在某些实施例中，如图1所示，晶体管10还包括位于阻挡层21的一部分之上的栅极介电层或栅极介电区26。在其他实施例中，晶体管10可以被配置为具有省略了栅极介电层26的肖特基栅极。在某些实施例中，栅极介电区26可以是氮化硅、氮化铝、氧化铝、二氧化硅或它们的组合、氧化铪、或本领域技术人员已知的其他材料。控制电极或栅极电极27位于栅极介电区26之上，并且可以是例如具有钛和/或氮化钛阻挡层的铝、或本领域技术人员已知的其他导电材料。

如图1所示，晶体管10还可以包括位于异质结构13的主表面28的各部分之上的一个或多个绝缘层31，其可以是例如氮化硅、氮化铝、它们的组合、或者本领域技术人员已知的其他绝缘材料。在某些实施例中，绝缘层31可以是使用等离子体增强化学气相沉积技术（PECVD）、低压化学气相沉积（LPCVD）、MOCVD、原子层沉积（ALD）来形成的氮化硅，并且在某些实施例中可以具有约0.1微米至大约0.2微米的厚度。在某些实施例中，该氮化硅形成场板，该场板减少可能在漏极区和栅极区之间形成的高电场的影响。栅电极27可以延伸以重叠到绝缘层31的顶表面上，从而提供如图1所大致示出的场板结构。

在本实施例中，第一凹槽结构导电接触部、凹槽结构欧姆接触部、或凹槽结构欧姆电极371通常从主表面28向下延伸以接触阻挡层21并且与2DEG区22进行欧姆接触。在某些实施例中，凹槽结构导电接触部371被配置为晶体管10的源极接触部。第二凹槽结构导电接触部、凹槽结构欧姆接触部或凹槽结构欧姆电极376通常从主表面28的另一部分向下延伸以接触阻挡层21并在另一位置与2DEG区22进行欧姆接触。在某些实施例中，凹槽结构导电接触部376被配置为晶体管10的漏极接触部。在一个实施例中，凹槽结构接触部371和376形成在如下文所述地被形成或蚀刻为异质结构13内的沟槽或凹槽区域370中。虽然图1示出凹槽结构接触部371和376直接接触到2DEG区22，但应当理解，在其他实施例中，凹槽结构接触部371和376可以终止于靠近2DEG区22的阻挡层21中，以提供欧姆接触。

如图1所示，凹槽结构接触部371和376在横向上彼此分隔开并且靠近主表面28，同时栅极电极27被设置在它们之间。凹槽结构接触部371和凹槽结构接触部376都具有不平行于晶体管10的沟道宽度方向的前沿（即，最接近于栅极电极或相对电极的边缘）或侧面3711和3761。例如，这在图2中被示出，其中沟道宽度方向大致由指向箭头20所标示。根据本实施例以及图2中大致示出的，前沿3711具有圆形的波状形状3715，其包括圆形的波峰和波谷的波形状、具有大致圆形的波峰（或突出部）201和波谷（或凹进部）202的波状形状、或具有例如正弦波的类似的几何表示的形状。前沿3711不被配置为方波形状或锯齿波形状、或其他具有尖点、尖角、或可能产生高电场应力区域的形状的结构。在某些实施例中，前沿或前侧3761被与前沿3711类似地配置。虽然未示出，但可以预计在其他实施例中（例如，在使用互相交叉的电极设计的实施例中），后缘或后侧3712和3762也可以具有与侧面3711和3761类似的形状。

如图2中所示，形状3715的波峰或突出部201和波谷或凹进部202可以具有高度或振幅210和宽度211。在一个实施例中，高度210可以在从大约0.05微米到大约3微米的范围内。在一个实施例中，宽度211可以在从大约0.05微米到大约3微米的范围内。高度201和宽度211可以进一步减小，并且通常受限于平版印刷的能力。在某些实施例中，高度210和宽度211可以是相等的。在其他实施例中，高度210和宽度211可以是不同。在一个实施例中，高度210和宽度211都可以是约2微米，这被发现是提供了更优化的接触电阻的降低。图2还示出了一个实施例，在该实施例中，如虚线25所大致标示的那样，在前沿3711和3761上的相对的波峰或突出部201是对称的或者对准。图3示出了晶体管10的替代实施例的局部顶视图，在该实施例中，在前沿3711和3761上的相对的波峰201是不对称的，或者相对于彼此偏移（即未对准）。在某些实施例中，如图3中的虚线30所大致标示的那样，一个前沿的波峰201与相对的前沿的波谷或凹进部202对准。

凹槽结构接触部371和376可以是被配置以提供到2DEG层22的欧姆接触的导电性材料。在某些实施例中，该凹槽结构接触部371和376可以是任何合适的导电结构，例如钛、氮化钛、铝、镍、铂、金、钨、或它们的组合。在一个实施例中，凹槽结构接触部371和376可以是层叠的金属结构，例如，钛/铝/钛/氮化钛。在某些实施例中，欧姆接触部或电极37可以在绝缘层31上形成，并且与凹槽结构接触部371欧姆接触，并且欧姆接触部或电极36可以在绝缘层31上形成，并且与凹槽结构接触部376欧姆接触。电极36和37可以同时被形成为凹槽结构接触部371和376，或者它们可以在单独的步骤中形成。在某些实施例中，电极36被配置为漏电极并且电极37被配置为源电极。在其他实施例中，栅极结构（即，栅电极27和栅极介电层26）被排除，并且HEM结构被用作肖特基二极管，该肖特基二极管具有被配置作为阳极电极的凹槽结构接触部371和电极37、以及被配置作为阴极电极的凹槽结构接触部376和电极36，反之亦然。

在分析晶体管10的过程中，人们发现，具有如图2所示的形状的前沿3711与具有大致直的前沿的接触部相比，引起了接触电阻大约40％的降低。此外，人们发现，具有突出部201的前沿3711（其突出部201具有大约1微米的高度210和宽度211）与类似尺寸的直边缘接触部相比，电阻有大约51％的减少；并且，具有突出部201的前沿（其突出部201具有大约2微米的高度210和宽度211）与类似尺寸的直边缘接触部相比，电阻有大约58％的减少。

现在转到作为晶体管10在各个制造阶段的截面图的图4-6，叙述形成晶体管10的方法。在图4中，提供了具有异质结构13的基板11。在一个实施例中，基板11可以是具有（111）取向的硅基板并且可以具有P型导电性。在一个实施例中，异质结构13可以是III族氮化物结构，其中成核层16可以是AlN，并且缓冲层17可以是多个AlGaN层，其随着缓冲层17靠近沟道层19而具有更低的铝浓度。在一个实施例中，沟道层19可以包括GaN并且阻挡层21可以包括AlGaN。正如先前所讨论的，二维电子气层22靠近沟道层19和阻挡层21之间的界面地形成。在另一个实施例中，AlN层（未示出）可以在沟道层19和阻挡层21之间形成。异质结构13可以使用MOCVD工艺形成。然后，绝缘层31可以被形成为靠近异质结构13的主表面28。绝缘层31可以是任何合适的电介质材料。在一个实施例中，绝缘层31包括SiN/AlN/SiN结构，并且可以使用PECVD、LPCVD、MOCVD、ALD、或其他类似的技术来形成。在一个实施例中，掩模层44形成在绝缘层31上并且可以是具有欧姆接触开口43的被图案化的光致抗蚀剂层。根据本实施例，开口43具有凹槽结构欧姆接触部371和376的所需的形状，例如在图2或3中所示的形状。开口43暴露出绝缘层31的用于进一步处理的部分。

图5示出了进一步处理后的晶体管10。在一个实施例中，绝缘层31的暴露部分和阻挡层21和沟道层19的部分被去除，以形成如图5所示地大致向下延伸到结构内的沟槽或凹进部370。在某些实施例中，沟槽370可以使用SF₆和/或BCl₃/SF₆蚀刻化学物质来干蚀刻。然后，掩模层44可以使用例如光致抗蚀剂剥离和清洗工艺来去除。其结果，沟槽370被设置了先前关于前沿3711和/或前沿3761所描述的圆形波峰和波谷的波形状。在一个实施例中，沟槽370具有连续的且大致矩形的形状，该形状具有两组相对的侧壁。在某些实施例中，沟槽370具有矩形的浴盆形状。在某些实施例中，沟槽370具有大致直的或大致垂直的侧壁。在其他实施例中，沟槽370的一些侧壁或所有侧壁可以是倾斜的。在沟槽370的形成之后，暴露的表面使用预先金属清洗技术清洗。在一个实施例中，暴露表面可以是用基于HCl的化学物质来清洗。

图6示出了在进一步处理以在沟槽370中形成凹槽结构欧姆接触部371和376之后的晶体管10。在一个实施例中，溅射沉积技术可以用来形成接触部371和376，该接触部371和376可以是任何合适的导电材料。在某些实施例中，接触部371和376可以是钛、铝、镍、金、和/或钨。在一个实施例中，接触部371和376可以是钛/铝/钛/氮化钛的层叠结构。虽然接触部371和376通常被示为填充沟槽370，但在其他实施例中，接触部371和376可以是作为沟槽370的衬里的共形层。在导电材料沉积在沟槽370中之后，导电材料可以使用例如光刻和蚀刻技术被图案化，以形成凹槽结构欧姆接触部371和376，该凹槽结构欧姆接触部371和376具有先前关于前沿3711和/或前沿3761所描述的圆形波峰和波谷的波形状3715。在一个实施例中，接触部371和376具有连续的且大致矩形的形状，该形状具有两组相对的侧壁。

在后续的步骤中，绝缘层31的一部分可以被凹进或蚀刻，以提供栅电极开口271并且提供栅极介电层或栅极介电区26，如图6大致所示。光刻和蚀刻技术可以用于形成这些特征部。在另一个实施例中，所有的绝缘材料31可以被去除，并且可以在开口部中形成不同的介电材料。在其他实施例中，使用肖特基栅极结构而省略了栅极介电层26。在后面的步骤中，可以如图1所示地形成栅电极27以及欧姆接触部或电极36和37。在一个实施例中，溅射沉积技术可以用来形成电极27、36和37。在一个实施例中，电极27、36和37可以是氮化钛、铝-铜和氮化钛的层叠结构。应了解，其他合适的导电材料可以在替代实施例中使用。在形成电极材料之后，光刻和蚀刻技术可以用来对电极27、36和37进行图案化。虽然未示出，但附加的绝缘层和导电场板可以被添加到晶体管10。

根据所有上述内容，本领域技术人员可以确定：根据一个实施例，一种半导体器件（例如，元素10）包括在半导体基板（例如，元素11）上的沟道形成层（例如，元素19）；在所述沟道形成层上的阻挡层（例如，元素21）；在所述阻挡层和所述沟道形成层之间的界面处形成的二维电子气层（例如，元素22）；与所述阻挡层处于被间隔开的关系的控制电极（例如，元素27）；以及包含与所述二维电子气层欧姆接触并且不平行于沟道宽度方向（例如，元素20）的多个侧面的第一凹槽结构欧姆电极（例如，元素371、376），其中与所述二维电子气层欧姆接触的所述第一凹槽结构欧姆电极的侧面（例如，元素3711、3761）具有波状形状（例如，元素3715）。

本领域技术人员也将理解，根据另一个实施例，该结构还可以包括在所述控制电极和所述阻挡层之间的栅极介电层（例如，元素26）。在另一个实施例中，该结构还可以包括包含与所述二维电子气层欧姆接触并且不平行于沟道宽度方向的多个侧面的第二凹槽结构欧姆电极（例如，元素371、376），其中与所述二维电子气层欧姆接触的所述第二凹槽结构欧姆电极的侧面（例如，元素3711、3761）具有波状形状（例如，元素3715）。在另一个实施例中，具有所述波状形状的第一凹槽结构欧姆电极的侧表面（例如，元素3711、3761）与具有所述波状形状的第二凹槽结构欧姆电极的侧表面（例如，元素3711、3761）彼此面对。在结构的另一个实施例中，所述第一凹槽结构欧姆电极的所述波状形状可以对称于（例如，元素25）所述第二凹槽结构欧姆电极的所述波状形状。在结构的又另一个实施例中，所述第一凹槽结构欧姆电极的所述波状形状不对称于（例如，元素30）所述第二凹槽结构欧姆电极的所述波状形状。在结构的另一个实施例中，所述第一凹槽结构欧姆电极具有连续的并且大致矩形的形状。在结构的更另一个实施例中，所述波状形状可以由多个圆形的突出部（例如，元素201）限定，每个所述突出部由圆形的凹进部（例如，元素202）分开。在结构的另一个实施例中，每个所述突出部可以具有在大约0.05微米与大约3微米之间的高度（例如，元素210）。在结构的附加实施例中，每个所述突出部可以具有大约2微米的高度。在结构的另一个实施例中，所述欧姆电极可以是高电子迁移率晶体管的源电极。在结构的更另一个实施例中，所述欧姆电极是高电子迁移率晶体管的漏电极。在结构的另一个实施例中，所述沟道形成层包含GaN。在结构的又另一个实施例中，所述欧姆电极可以包括钛、氮化钛、铝、镍、铂、金以及钨中的一个或多个。

本领域技术人员也将理解，根据另一个实施例，半导体器件（例如，元素10）包括：第一层（例如，元素19）和在所述第一层之上的第二层（例如，元素21），所述第一层和所述第二层被配置为在所述第一层和所述第二层的界面处形成电子气层（例如，元素22）；第一欧姆接触部（例如，元素37）；以及延伸到所述第二层内的第一凹槽结构导电接触部（例如，元素371），所述第一凹槽结构导电接触部被配置为将所述第一欧姆接触部电耦合到所述电子气层，所述第一凹槽结构导电接触部具有被配置为增加通过所述第一欧姆接触部的电流密度的具有波状形状（例如，元素3715）的侧表面，所述波状形状具有大致圆形的突出部（例如，元素201）和大致圆形的凹进部（例如，元素202）。

本领域技术人员也将理解，根据另一个实施例，该结构还可以包括第二欧姆接触部（例如，元素36）；以及延伸到所述第二层内的第二凹槽结构导电接触部（例如，元素376），所述第二凹槽结构导电接触部被配置为将所述第二欧姆接触部电耦合到所述电子气层，所述第二凹槽结构导电接触部具有被配置为增加通过所述第二欧姆接触部的电流密度的具有波状形状（例如，元素3715）的侧表面。在结构的另一个实施例中，所述第一层包括III族氮化物缓冲层（例如，元素17）和沟道层；所述第二层包括III族氮化物阻挡层；以及所述第一凹槽结构导电接触部的所述波状形状不对称于（例如，元素30）所述第二凹槽结构导电接触部的所述波状形状。

本领域技术人员也将理解，根据本发明又一个实施例，用于形成半导体器件的方法包括：提供具有在半导体基板（例如，元素11）的主表面上的沟道形成层（例如，元素19）和在所述沟道形成层上的阻挡层（例如，元素21）的半导体基板，其中二维电子气层（例如，元素22）形成在所述阻挡层和所述沟道形成层之间的界面处；形成包含与所述二维电子气层欧姆接触并且不平行于沟道宽度方向的多个侧面的第二凹槽结构欧姆电极（例如，元素371），其中，与所述二维电子气层欧姆接触的所述第一凹槽结构欧姆电极的侧面（例如，元素3711）具有由多个圆形的突出部（例如，元素201）和圆形的凹进部（例如，元素202）限定的波状形状（例如，元素3715）；以及形成靠近所述阻挡层的控制电极（例如，元素27）。

本领域技术人员也将理解，根据所描述的方法的另一个实施例，该方法还可以包括形成包含与所述二维电子气层欧姆接触并且不平行于沟道宽度方向的多个侧面的第二凹槽结构欧姆电极（例如，元素376），其中与所述二维电子气层欧姆接触的所述第二凹槽结构欧姆电极的侧面（例如，元素3761）具有由多个圆形的突出部和圆形的凹进部限定的波状形状。在另一个实施例中，所述方法可以包括形成每个波状形状彼此面对且彼此偏移的第一凹槽结构欧姆电极和第二凹槽结构欧姆电极。

本领域技术人员也将理解，根据另一个实施例，半导体器件包括包括III族氮化物的第一层（例如，元素19）；包括III族氮化物且在所述第一层之上的第二层（例如，元素21），所述第一层和所述第二层被配置为在所述第一层和所述第二层的界面处形成电子气层（例如，元素22）；第一欧姆接触部（例如，元素37）；延伸到所述第二层内的第一凹槽结构导电接触部（例如，元素371），所述第一凹槽结构导电接触部被配置为将所述第一欧姆接触部电耦合到所述电子气层，所述第一凹槽结构导电接触部具有被配置为增加通过所述第一欧姆接触部的电流密度的具有波状形状（例如，元素3715）的侧表面（例如，元素3711），所述波状形状具有大致圆形的突出部（例如，元素201）和大致圆形的凹进部（例如，元素202）；第二欧姆接触部（例如，元素36）；延伸到所述第二层内的第二凹槽结构导电接触部（例如，元素376），所述第二凹槽结构导电接触部被配置为将所述第二欧姆接触部电耦合到所述电子气层，所述第二凹槽结构导电接触部具有带有波状形状（例如，元素3715）的侧表面（例如，元素3761），其中具有波状形状的两个侧面彼此面对。

鉴于上述的所有内容，显而易见的是公开了一种新颖的结构和方法。除了其他特征之外，在一个实施例中所包括的是具有III族氮化物沟道层和III族氮化物阻挡层的异质结构，其在这两层之间的界面处形成二维电子气层。载流电极被配置为具有邻近二维电子气层并与该二维电子气层进行欧姆接触的凹槽结构导电接触部。一个或两个凹槽结构导电接触部具有不平行于沟道宽度方向的前沿，该前沿被限定为具有波状形状，该波状形状具有大致圆形的波峰和波谷。除了其他方面之外，该波状形状增加了用于电流传导的接触部的表面面积，从而降低了接触电阻并提高了电流密度。另外，大致圆形的波峰和波谷的配置产生了意想不到的结果：使在接触部周围的电流集聚和高电场的形成最小化，并且相比使用方波、锯齿波、或其他具有带尖角或尖点的表面的形状的相关器件，减少了热点的形成。

虽然本实用新型的主题是结合具体的优选实施例和示例实施例来描述的，但上述的附图和对附图的描述仅仅叙述了主题的典型实施例，因此不被认为是对其范围的限定。很明显，许多替代方案和变形对于本领域技术人员将是显而易见的。

如下文中的权利要求所反映的那样，创造性的方面可能存在于前面公开的单个实施例的所有特征中的部分特征。因此，在下文中所陈述的权利要求据此被明确地并入到该具体实施方式中，每个权利要求自身作为本实用新型的单独的实施例。此外，虽然本文描述的某些实施例包括某些特征但不包括其他在其他实施例中包含的特征，但如本领域技术人员将理解的，不同实施例的特征的组合旨在处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。

Claims (18)

1.一种半导体器件，包括：

在半导体基板上的沟道形成层；

在所述沟道形成层上的阻挡层；

在所述阻挡层和所述沟道形成层之间的界面处形成的二维电子气层；

与所述阻挡层处于被间隔开的关系的控制电极；以及

包含与所述二维电子气层欧姆接触并且不平行于沟道宽度方向的多个侧面的第一凹槽结构欧姆电极，其中与所述二维电子气层欧姆接触的所述第一凹槽结构欧姆电极的侧面具有波状形状。

2.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括在所述控制电极和所述阻挡层之间的栅极介电层。

3.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括包含与所述二维电子气层欧姆接触并且不平行于所述沟道宽度方向的多个侧面的第二凹槽结构欧姆电极，其中与所述二维电子气层欧姆接触的所述第二凹槽结构欧姆电极的侧面具有波状形状。

4.根据权利要求3所述的半导体器件，其中具有所述波状形状的所述第一凹槽结构欧姆电极的侧表面与具有所述波状形状的所述第二凹槽结构欧姆电极的侧表面彼此面对。

5.根据权利要求4所述的半导体器件，其中所述第一凹槽结构欧姆电极的所述波状形状对称于所述第二凹槽结构欧姆电极的所述波状形状。

6.根据权利要求4所述的半导体器件，其中所述第一凹槽结构欧姆电极的所述波状形状不对称于所述第二凹槽结构欧姆电极的所述波状形状。

7.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述第一凹槽结构欧姆电极具有连续的且大致矩形的形状。

8.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述波状形状由多个圆形的突出部限定，每个所述突出部由圆形的凹进部分开。

9.根据权利要求8所述的半导体器件，其中每个所述突出部具有在大约0.05微米与大约3微米之间的高度。

10.根据权利要求9所述的半导体器件，其中所述高度为大约2微米。

11.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述欧姆电极是高电子迁移率晶体管的源电极。

12.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述欧姆电极是高电子迁移率晶体管的漏电极。

13.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述沟道形成层包含GaN。

14.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述欧姆电极包括钛、氮化钛、铝、镍、铂、金以及钨中的一个或多个。

15.一种半导体器件，包括：

第一层；

在第一层之上的第二层，所述第一层和所述第二层被配置为在所述第一层和所述第二层的界面处形成电子气层；

第一欧姆接触部；以及

延伸到所述第二层内的第一凹槽结构导电接触部，所述第一凹槽结构导电接触部被配置为将所述第一欧姆接触部电耦合到所述电子气层，所述第一凹槽结构导电接触部具有被配置为增加通过所述第一欧姆接触部的电流密度的具有波状形状的侧表面，所述波状形状具有大致圆形的突出部和大致圆形的凹进部。

16.根据权利要求15所述的半导体器件，还包括：

第二欧姆接触部；

延伸到所述第二层内的第二凹槽结构导电接触部，所述第二凹槽结构导电接触部被配置为将所述第二欧姆接触部电耦合到所述电子气层，所述第二凹槽结构导电接触部具有被配置为增加通过所述第二欧姆接触部的电流密度的具有波状形状的侧表面；以及

被设置在所述第一欧姆接触部与第二欧姆接触部之间的所述第二层之上的控制电极。

17.根据权利要求16所述的半导体器件，其中，

所述第一层包括III族氮化物缓冲层和沟道层；

所述第二层包括III族氮化物阻挡层；以及

所述第一凹槽结构导电接触部的所述波状形状不对称于所述第二凹槽结构导电接触部的所述波状形状。

18.一种半导体器件，包括：

包括III族氮化物的第一层；

在所述第一层之上的包括III族氮化物第二层，所述第一层和所述第二层被配置为在所述第一层和所述第二层的界面处形成电子气层；

第一欧姆接触部；

延伸到所述第二层内的第一凹槽结构导电接触部，所述第一凹槽结构导电接触部被配置为将所述第一欧姆接触部电耦合到所述电子气层，所述第一凹槽结构导电接触部具有被配置为增加通过所述第一欧姆接触部的电流密度的具有波状形状的侧表面，所述波状形状具有大致圆形的突出部和大致圆形的凹进部；

第二欧姆接触部；

延伸到所述第二层内的第二凹槽结构导电接触部，所述第二凹槽结构导电接触部被配置为将所述第二欧姆接触部电耦合到所述电子气层，所述第二凹槽结构导电接触部具有带有所述波状形状的侧表面，其中具有所述波状形状的两个侧面彼此面对；以及

在所述第一欧姆接触部和所述第二欧姆接触部之间的控制电极。