GaN HEMT的共源共栅结构制造技术

描述了一种多级晶体管装置。这种装置的一个实施例是双栅极晶体管，其中，薄间隔层把第二级栅极和势垒层隔开并且第二级栅极通过与源极连接接地。在一个实施例中，薄间隔层和第二级栅极被放置在间隔层的一个孔中。在另一个实施例中，由间隔层将第二级栅极和势垒层隔开。该装置能够表现出改进的线性度和降低的复杂性和成本。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及共源共栅结构，且更具体地，涉及具有在一个栅极下面的绝缘层的双栅极晶体管。
技术介绍
已经发现诸如硅(Si)和砷化镓(GaAs)之类的材料在低功率的半导体器件中的广泛应用，并且在Si的情况下，具有低频率应用。然而，例如，由于其相对小的带隙(室温下，Si的带隙是1.12eV以及GaAs的带隙是1.42eV)，这些更熟悉的半导体材料可能不能很好地适用于高功率和/或高频率应用。鉴于由Si和GaAs呈现的困难，高功率、高温度和/或高频率应用和装置中的关注度已经聚焦在宽带隙半导体材料，诸如碳化硅(室温下对于α-SiC是2.996eV)和III族氮化物(例如，室温下对于GaN是3.36eV)。这些材料通常可具有比GaAs和Si更高的电场击穿强度和更高的电子饱和速度。特别关注高功率和/或高频应用的一种设备是高电子迁移率晶体管(HEMT)，其也被称为调制掺杂场效应晶体管(MODFET)。在HEMT装置中，二维电子气(2DEG)可形成于不同带隙能量的两个半导体材料的异质结上。较小带隙材料可具有比宽带隙材料高的电子亲和力。2DEG是未掺杂较小带隙材料中的积累层并且可包含相对高的薄层电子浓度，例如，超过1013载体/cm2。此外，在较宽带隙半导体起源的电子可能会转移到2DEG，从而由于降低的离子化杂质散射而允许相对高的电子迁移率。相对高的载流子浓度和载流子迁移的这种组合可给予HEMT相对大的跨导并且可提供优于用于高频应用的金属-半导体场效应晶体管(MESFETS)的性能。在氮化镓/氮化铝镓(GaN/AlGaN)材料系统中制造的HEMT可由于材料特性的组合而产生大量的RF功率，诸如相对高的击穿场、比较宽的带隙、相对大的导带偏移，和/或相对高的饱和电子漂移速度。2DEG中的电子的主要部分可归因于AlGaN中的极化。在GaN/AlGaN系统中的不同类型的HEMT已被证实。例如，美国专利号5,192,987和5,296,395描述了AlGaN/GaNHEMT的结构和制造方法。此外，美国专利号6,316,793(Sheppard等人，其共同转让给本申请)描述了一种HEMT设备，其具有半绝缘碳化硅衬底；在衬底上的AlN缓冲层；在缓冲层上的绝缘GaN层；在GaN层上的AlGaN势垒层；以及在AlGaN活性结构上的钝化层。此外，美国专利申请公开号US2005/0170574(Sheppard等人，其也被共同转让)描述了一种HEMT设备，包括保护层和/或低损伤凹槽制造技术，该技术可减少在设备的欧姆接触的退火过程中可能发生的在晶体管的栅极区对半导体的损坏。电子俘获和DC和RF特性之间产生的差异在这些设备的性能方面可能是一个限制因素。氮化硅(SiN)钝化已被用来减轻导致具有在10GHz超过10W/mm的功率密度的高性能设备的这个俘获问题。例如，共同转让的美国专利号6,586,781(Wu等人)，公开了用于减少在GaN基晶体管中的俘获效应的方法和结构。然而，由于存在于这些结构的高电场，电荷俘获可能仍然是一个关注的问题。场板已经用于提高在微波频率的GaN基的HEMT的性能，并表现出在整个非场板设备的性能改进[参见S.Kamalkar和U.K.Mishra,VeryHighVoltageAlGaN/GaNHighElectronMobilityTransistorsUsingaFieldPlateDepositedonaSteppedInsulator，SolidStateElectronics45，(2001年)，第1645至1662页]。许多场板方法包含了场板连接到具有沟道的漏极侧的顶部的场板的晶体管的栅极。这可导致晶体管的栅极-漏极侧的电场的降低，从而增加击穿电压以及降低高场俘获效应。然而，具有栅极-漏极场板的晶体管可表现出相对较差的可靠性能，特别是在C类(或更高类)的操作，其中栅极的源极侧的电场变得显著。其它场板方法仍然包含了将场板连接到源极。源极连接的场板提供了栅极到漏极电容的降低，从而提高了增益。除了最小化反馈电容，一些应用的一个目标是改进线性度(即，输入和输出之间的比例的程度)。虽然GaN基的HEMT通常显示出良好线性度，但是在一些应用中，需要进一步改进(例如，高功率RF或和/或通信应用)。一种最小化反馈电容同时也提高线性度的方法包括多级布置。诸如HEMT之类的晶体管可在两极共源共栅布置中组合(使用相同或不同晶体管中的两个)。在共同转让的美国专利号7,126,426(Mishra等人，且题为“CascodeAmplifierStructureIncludingWideBandgapFieldEffectTransistorWithFieldPlates”，其全部实体内容通过引证结合于此)中描述了一些包括初始的非场板共源极级和第二场板共栅极级的共源共栅布置。这些设备可由于因使用场板导致的反馈电容而获得具有很少不利影响的场板的益处。多级布置也可在单双栅极晶体管内实现，诸如美国专利号5,514,992(Tanaka等人)中描述的那些。在双栅极共源共栅晶体管中，双晶体管布置的漏极-源极连接被替换为两个栅极之间的晶体管的部分。图1示出具有双栅极共源共栅布置的现有技术的HEMT10。HEMT10包括第一级栅极26和第二级栅极28，其都处于势垒层18上且布置在源极触点22和漏极触点24之间且处于绝缘间隔层21内。势垒层18处于层序列，包括2DEG20、缓冲层16，和衬底12。第二栅极28可用作第一栅极26的屏蔽，并因此可减小第一栅极26和漏极24之间的反馈电容、可减少电容的漏极电压依赖性，并可改进线性度。在诸如图1中所示的现有技术的双栅极布置中，第一级和第二级具有相同的阈值电压。如果这样的布置中的第二栅极接地，则电流流动可被限制。正因为如此，第二级必须DC偏置以便避免限制设备的最大电流。一些这样的设备在美国公开号2007/0290762(Lin等人)中描述。然而，单独偏压第二级会导致增加的复杂性和成本。
技术实现思路
本专利技术提供了双栅极晶体管和/或共源共栅结构，其中，第二级栅极不需要被单独偏置。根据本专利技术的多栅极晶体管的一个实施例包括：多个有源半导体层，在衬底上；其中，2DEG在两个这些层的界面处。第一栅极在源极和漏极之间，并且第二栅极在第一栅极和漏极之间。间隔层将第二栅极与多个有源半导体层分离。根据本专利技术的共源共栅结构的一个实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多栅极晶体管，包括：多个有源半导体层，形成于衬底上；二维电子气(2DEG)，在两个有源半导体层的界面处；源极和漏极，所述源极和所述漏极与所述2DEG接触；第一栅极，在所述源极和漏电极之间；第二栅极，在所述第一栅极和所述漏电极之间；以及间隔层，在所述第二栅极和所述多个有源半导体层之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.06.09 US 13/913,4901.一种多栅极晶体管，包括：
多个有源半导体层，形成于衬底上；
二维电子气(2DEG)，在两个有源半导体层的界面处；
源极和漏极，所述源极和所述漏极与所述2DEG接触；
第一栅极，在所述源极和漏电极之间；
第二栅极，在所述第一栅极和所述漏电极之间；以及
间隔层，在所述第二栅极和所述多个有源半导体层之间。
2.根据权利要求1所述的多栅极晶体管，其中，所述间隔层包括介电
材料。
3.根据权利要求1所述的多栅极晶体管，其中，所述间隔层的厚度约
为至4.根据权利要求1所述的多栅极晶体管，至少包括第一间隔层和第二
间隔层。
5.根据权利要求4所述的多栅极晶体管，其中，所述第一间隔层成形
为限定第一孔和第二孔；
其中，所述多个有源半导体层的一部分通过所述第一孔和所述
第二孔的每一个暴露。
6.根据权利要求5所述的多栅极晶体管，其中，通过所述第二孔暴露
的所述部分由所述第二间隔层覆盖。
7.根据权利要求6所述的多栅极晶体管，其中，所述第二间隔层比所
述第一间隔层薄。
8.根据权利要求1所述的多栅极晶体管，还包括第一场板。
9.根据权利要求8所述的多栅极晶体管，其中，所述第一场板在所述
第二栅极上方。
10.根据权利要求8所述的多栅极晶体管，其中，所述第一场板连接至
所述源极。
11.根据权利要求1所述的多栅极晶体管，其中，所述第二栅极连接至
所述源极。
12.根据权利要求11所述的多栅极晶体管，其中，所述第二栅极和通过
一个或多个导电通路连接至所述源极；
其中，所述一个或多个导电通路总体覆盖小于所述第二栅极和
所述源极之间的所述多栅极晶体管的全部最顶层表面。
13.根据权利要求1所述的多栅极晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨普撒里希·斯里拉姆，特里·奥尔康，法比安·拉杜莱斯库，斯科特·谢泼德，
申请(专利权)人：克利公司，
类型：发明
国别省市：美国;US