[发明专利]ED反相电路及包含ED反相电路的集成电路元件

说明书

技术领域

本发明涉及包含由氮化物基化合物半导体制成的晶体管的增强/耗 尽(ED)反相电路，以及包含所述ED反相电路的集成电路元件。

背景技术

由于其包括高击穿电压的电特性、优选的电输运性能、以及优选的 导热性，以III—V族氮化物基化合物半导体为代表的宽带隙半导体是用 于高温、高功率以及高频率半导体器件的合适材料。例如，在具有 AlGaN/GaN异质结的场效应晶体管(FET)中，由于压电效应，在异质结 的边界产生二维电子气。所述电子气的高电子迁移率和高载流子浓度非 常引入注意。并且，因为具有AlGaN/GaN异质结的异质结场效应晶体管 (HFET)有着宽带隙、低导通电阻以及高开关速度，所以所述HFET可在 高温环境中工作。因此，希望基于氮化物基化合物半导体的诸如反相电 路的集成电路(IC)可以用在传统的IC几乎不能使用的较高温度环境中。

然而，由于在氮化物基半导体晶体管中使用离子注入形成p型半导 体方面的困难，难以制作互补金属氧化物半导体(CMOS)器件。结果， 必须使用增强/耗尽(ED)反相电路作为基本单元。例如，在IEEE Transactions on Electron Devices，2006年第53卷第2期第356-362 页，Wataru Saito等人的“Recessed-Gate Structure Approach Toward Normally Off High-Voltage AlGaN/GaN HEMT for Power Electronics Application”(下文称作“第一文献”)以及IEEE Transactions on Electron Devices，2006年第53卷第9期第2223-2230页，Yong Cai 等人的“Monolithically Integrated Enhancement/Depletion-Mode AlGaN/GaN HEMT Inverters and Ring Oscillators Using CF₄Plasma Treatment”(下文称作“第二文献”)中公开了采用增强型高电子迁移 率晶体管(HEMT)和耗尽型HEMT形成的ED反相电路。然而，所述HEMT 基本上是耗尽型HEMT。在第一文献中，通过对在栅电极下面形成的AlGaN 层进行凹进蚀刻(recess-etching)，形成增强型HEMT。在第二文献中， 通过在栅电极下面形成的AlGaN层中掺入氟作为n型掺杂剂，形成增强 型HEMT。

然而，在第一文献中公开的HEMT中，因为对AlGaN层的凹进蚀刻导 致AlGaN层的厚度减小，所以电子气的电特性会变差。并且，因为具有 硬质晶体结构的AlGaN层很薄，难以通过凹进蚀刻获得所需的凹进深度。 因此，难以获得所需的阈值电压，因为所述HEMT的阈值电压取决于凹进 深度。在第二文献中公开的HEMT中，通过在较低温度的环境中使用等离 子体处理，在AlGaN层中掺入氟。因而，有可能发生氟扩散，尤其是在 高温使用所述HEMT时，这会降低所述HEMT的可靠性。

发明内容

本发明的目的是至少部分地解决传统技术中的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种增强/耗尽反相电路，其包括在衬 底上由具有较小带隙的第一氮化物基化合物半导体形成的第一半导体 层；在所述第一半导体层上由具有较宽带隙的第二氮化物基化合物半导 体形成的第二半导体层，所述第二半导体层在预定位置处包括第一开口； 在所述第一半导体层中的从第一开口处露出的那一部分上形成的栅绝缘 层；在所述栅绝缘层上形成的第一栅电极；在所述第一栅电极的两侧， 在所述第二半导体层上的预定位置形成的第一源电极和第一漏电极，所 述第一源电极和第一漏电极与所述第二半导体层形成欧姆接触；在所述 第二半导体层上形成的第二栅电极，所述第二栅电极与所述第二半导体 层形成肖特基接触；以及在所述第二栅电极的两侧，在所述第二半导体 层上的预定位置形成的第二源电极和第二漏电极，所述第二源电极和第 二漏电极与所述第二半导体层形成欧姆接触。