具有双栅极的III族氮化物场效应晶体管制造技术

场效应晶体管(FET)包括III‑族氮化物沟道层、沟道层上的III‑族氮化物势垒层、势垒层上的第一电介质、延伸通过第一电介质且部分地或完全地通过势垒层的第一栅极沟槽、第一栅极沟槽的底部和壁上的第二电介质、第一栅极沟槽的第一侧上的源极电极、与第一侧相对的第一栅极沟槽的第二侧上的漏极电极、第二电介质上并填充第一栅极沟槽的第一栅极电极、第一栅极沟槽和漏极电极之间的第三电介质、延伸穿过第三介电质并且横向地位于第一栅极沟槽与漏极电极之间的第二栅极沟槽以及填充第二栅极沟槽的第二栅极电极。

III nitride nitride field-effect transistor with double gate

The field effect transistor (FET) consists of the III family nitrides channel layer, the III barrier barrier layer on the channel layer, the first dielectric on the barrier layer, the first gate groove extending through the first dielectric, partially or completely through the barrier layer, the bottom part of the first gate groove, and the second dielectric, the first gate trench on the wall. The source electrode on the first side of the slot, the drain electrode on the second side of the first gate groove opposite to the first side, the second dielectric, and the first gate electrode, the first gate groove and the drain electrode are filled with the first gate electrode, the first gate groove and the drain electrode, extending through the third dielectric and laterally located at the first gate. The second gate grooves between the grooves and the drain electrodes and the second gate electrodes filling the second grid grooves.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有双栅极的III族氮化物场效应晶体管相关申请的交叉引用本申请涉及2013年9月10日授权的美国专利8,530,978、2014年10月7日授权的美国专利8,853,709、2015年1月27日授权的美国专利8,941,118和2014年5月29日提交的美国专利申请14/290,029，并且涉及并要求2015年11月19日提交的美国临时专利申请62/257,328的优先权，其全部内容通过援引并入本文。本申请要求于2015年11月19日提交的美国专利序列号62/257,328的优先权并要求其权益，其通过援引并入本文。关于联邦出资的声明无。
本专利技术涉及场效应晶体管(FETs)。
技术介绍
场效应晶体管通常具有控制源极电极和漏极电极之间的电流的源极电极、漏极电极和栅极电极。期望减小电流控制的栅极电极上的电场以使阈值电压更稳定并提高栅极结构的可靠性。在现有技术中，场板已经用于该目的。2013年9月10日授权的美国专利8,530,978、2014年10月7日授权的美国专利8,853,709、2015年1月27日发布的美国专利8,941,118和2014年5月29日提交的美国专利申请14/290,029(其通过援引并入本文)描述了场效应晶体管，其是具有常关操作、高压操作、低导通电阻和期望的动态特性的GaN场效应晶体管。然而，现有技术的常关GaN晶体管栅极结构在大的漏极偏置下经常经历阈值电压的漂移。图1A、1B和1C示出了具有场板的现有技术FET的阈值电压漂移的示例。图1A示出应力之前的FET阈值电压，其示出阈值电压大约为Vg＝0伏。图1B示出施加到漏极150个小时的高300伏应力。图1C示出了在高电压应力之后，阈值电压偏移0.5伏至大约Vg＝-0.5伏。阈值电压偏移是不期望的。所需要的是更可靠的常关高压Ill-族氮化物功率晶体管，其在大的漏极偏置下具有减小的阈值电压漂移或没有阈值电压漂移。本公开的实施例满足这些和其它需要。
技术实现思路
在本文公开的第一实施例中，场效应晶体管(FET)包括Ill-族氮化物沟道层、沟道层上的Ill-族氮化物势垒层、势垒层上的第一电介质、延伸穿过第一电介质且部分或全部穿过势垒层的第一栅极沟槽、第一栅极沟槽的底部和壁上的第二电介质、在第一栅极沟槽的第一侧上与沟道层电接触的源极电极、在与第一侧相对的第一栅极沟槽的第二侧上与沟道层电接触的漏极电极、在第二电介质上并填充第一栅极沟槽的第一栅极电极、在第一栅极沟槽和漏极电极之间的第三电介质、延伸穿过第三电介质并横向地位于第一栅极沟槽和漏极电极之间的第二栅极沟槽、以及填充第二栅极沟槽的第二栅极电极。在本文公开的另一实施例中，一种制造场效应晶体管的方法，包括:形成III-族氮化物沟道层，在沟道层的顶部上形成III-族氮化物势垒层，在势垒层的顶部上形成第一电介质，形成穿过第一电介质且部分或全部穿过势垒层的第一栅极沟槽，在第一栅极沟槽的底部和壁上形成第二电介质，在第一栅极沟槽的第一侧上形成与沟道层具有电接触的源极电极，在与第一侧相对的第一栅极沟槽的第二侧上形成与沟道层具有电接触的漏极电极，在第二电介质上形成并填充第一栅极沟槽的第一栅极电极，在第一栅极沟槽和漏极电极之间形成第三电介质，形成延伸穿过第三电介质并横向地位于第一栅极沟槽和漏极电极之间的第二栅极沟槽，以及形成填充第二栅极沟槽的第二栅极电极。在本文公开的又一实施例中，场效应晶体管包括Ill-族氮化物沟道层、沟道层上的Ill-族氮化物势垒层、势垒层上的第一电介质、布置在场效应晶体管的第一端上的源极电极、布置在场效应晶体管的与第一端相对的第二端上的漏极电极、布置在源极电极和漏极电极之间的第一栅极结构以及布置在第一栅极结构和漏极电极之间的第二栅极结构。根据下面的详细描述和附图，这些和其它特征和优势将变得更加明显。在附图和描述中，数字表示各种特征，在所有附图和描述中相同的数字表示相同的特征。【附图说明】图1A示出了在应力之前现有技术FET阈值电压的示例，图1B示出了施加到漏极150小时的高300伏应力，以及图1C示出了在高压应力之后的现有技术FET阈值电压，其示出了对于具有场板的现有技术FET，由高压应力引起的阈值电压的0.5伏漂移；图2示出了根据本公开的双栅极III-族氮化物场效应晶体管的正截面图；图3示出了根据本公开的另一双栅极III-族氮化物场效应晶体管的正截面图；图4示出了根据本公开的又一双栅极III-族氮化物场效应晶体管的正截面图；和图5A示出了应力之前的FET阈值电压，图5B示出了施加到漏极64小时的高300伏应力，以及图5C示出了根据本公开的FET在高压应力之后的FET阈值电压，其示出了由高压应力引起的阈值电压中没有伏特漂移。【具体实施方式】在下面的描述中，阐述了许多具体细节以清楚地描述本文公开的各种具体实施例。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有下面讨论的所有具体细节的情况下实践当前要求保护的专利技术。在其他情况下，众所周知的特征没有被描述以便不模糊本专利技术。图2示出了根据本公开的双栅极Ill-族氮化物场效应晶体管的正截面图。衬底10可以是Si、蓝宝石、SiC、GaN或ALN。III-族氮化物缓冲层12在衬底10上。在缓冲层12的顶部上具有Ill-族氮化物沟道层14，其可以是任何Ill-族氮化物，并且优选地是GaN。源极电极16在沟道层14的一侧上与沟道层14电接触，并且漏极电极18在沟道层14的另一侧上与沟道层14电接触。带隙大于沟道层14的Ill-族氮化物势垒层20位于沟道层14的顶部。III-族氮化物势垒层可以优选地为1纳米(nm)至20nm厚的AlGaN。第一电介质22(其通常可以是1nm至20nm厚的SiN)位于势垒层20的顶部。第一栅极沟槽24延伸穿过第一电介质22并且部分地穿过势垒层24，或者延伸穿过第一电介质22并且完全地穿过势垒层24到达沟道层14。典型地可以是基于AlN的第二电介质26在第一栅极沟槽24的壁和底部上。第二电介质也可以在第一电介质22上。金属第一栅极电极28在第二电介质26上并填充第一栅极沟槽24，并且可以在第一栅极沟槽24的任一侧上部分地在第二电介质26上延伸。第三电介质30，其通常可以是厚度范围为0.1nm到10μm的SiN，可以覆盖第一栅极电极28并且在源极电极16和漏极电极18之间延伸，或者至少覆盖第一栅极电极28并且在第一栅极电极28和漏极电极18之间延伸。第三电介质30可以在第二电介质26上。第一栅极沟槽24、第二电介质26和金属第一栅极电极28共同形成第一栅极结构。第二栅沟槽32位于第一栅极电极28和漏极电极18之间。第二栅极沟槽32延伸穿过第三电介质30，并且第二栅极沟槽32的底部33可以位于势垒层20的顶表面和第二电介质26的顶表面之间。在一个实施例中，如图2中所示，第二栅极沟槽32的底部33在第一电介质22的顶表面上。金属第二栅极电极34填充第二栅极沟槽32。在图2所示的实施例中，因为第一电介质22为1nm至100nm厚，所以第二栅极电极34的底部33与势垒层20的顶表面之间的距离为1nm至100nm。第二栅极沟槽32和金属第一栅极电极34共同形成第二栅极结构。在图2所示的实施例中，第二栅极电极34不与源极电极16电连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种场效应晶体管，包括:III‑族氮化物沟道层；III‑族氮化物势垒层，其在所述沟道层上；第一电介质，其在所述势垒层上；第一栅极沟槽，其延伸穿过所述第一电介质并且部分或全部穿过所述势垒层；第二电介质，其在所述第一栅极沟槽的底部和壁上；源极电极，其在所述第一栅极沟槽的第一侧上与所述沟道层电接触；漏极电极，其在与所述第一侧相对的所述第一栅极沟槽的第二侧上与所述沟道层电接触；第一栅极电极，其在所述第二电介质上并填充所述第一栅极沟槽；第三电介质，其在所述第一栅极沟槽和漏极电极之间；第二栅极沟槽，其延伸穿过所述第三介电质并且横向地位于所述第一栅极沟槽与所述漏极电极之间；以及第二栅极电极，其填充所述第二栅极沟槽。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.19 US 62/257,3281.一种场效应晶体管，包括:III-族氮化物沟道层；III-族氮化物势垒层，其在所述沟道层上；第一电介质，其在所述势垒层上；第一栅极沟槽，其延伸穿过所述第一电介质并且部分或全部穿过所述势垒层；第二电介质，其在所述第一栅极沟槽的底部和壁上；源极电极，其在所述第一栅极沟槽的第一侧上与所述沟道层电接触；漏极电极，其在与所述第一侧相对的所述第一栅极沟槽的第二侧上与所述沟道层电接触；第一栅极电极，其在所述第二电介质上并填充所述第一栅极沟槽；第三电介质，其在所述第一栅极沟槽和漏极电极之间；第二栅极沟槽，其延伸穿过所述第三介电质并且横向地位于所述第一栅极沟槽与所述漏极电极之间；以及第二栅极电极，其填充所述第二栅极沟槽。2.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其中所述第二栅极电极的底部和所述势垒层的顶表面之间的垂直距离具有1nm到10nm的范围。3.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其中:所述第二电介质在所述第一栅极沟槽和所述漏极电极之间延伸并且在所述第一电介质上；所述第三电介质在所述第二电介质上；以及所述第二栅极电极的底部在所述势垒层的顶表面和所述第二电介质的顶表面之间。4.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其中所述第二电介质包括至少一层AlN。5.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其中所述第一电介质包括SiN。6.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其中所述第三电介质包括具有0.1nm到10μm的厚度的SiN。7.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其中所述第二栅电极的阈值电压具有小于或等于0伏到大于或等于50伏的范围。8.根据权利要求1所述的场效应晶体管，还包括:在所述第二栅极电极和所述源极电极之间的电连接。9.根据权利要求1所述的场效应晶体管，还包括:在所述第二栅极电极和所述第一栅极电极之间的电连接。10.根据权利要求1所述的场效应晶体管，还包括:衬底，其包括Si、蓝宝石、SiC、GaN或AlN；以及Ill-族氮化物缓冲层，其在所述衬底和所述沟道层之间耦合。11.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其中所述III-族氮化物势垒层包括具有厚度为1纳米(nm)至20nm的AlGaN。12.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其中所述第二栅极电极具有与所述第一栅极电极的偏置电压不同的偏置电压。13.一种制造场效应晶体管的方法，包括:形成III-族氮化物沟道层；在所述沟道层的顶部形成III-族氮化物势垒层；在所述势垒层的顶部形成第一电介质；形成穿过所述第一电介质且部分或全部穿过所述势垒层的第一栅极沟...

【专利技术属性】
技术研发人员：储荣明，
申请(专利权)人：HRL实验室有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US