具有改进击穿电压性能的高电子迁移率晶体管结构制造技术

技术编号:8775177 阅读:130 留言:0更新日期:2013-06-08 18:54
一种高电子迁移率晶体管(HEMT)包括硅衬底、位于硅衬底上方的非故意掺杂的氮化镓(UID?GaN)层。该HEMT进一步包括位于UID?GaN层上方的施主供应层、位于施主供应层上方的栅极结构、漏极和源极。该HEMT进一步包括位于施主供应层上方的栅极结构和漏极之间的具有位于施主供应层中的一个或多个电介质插塞部和顶部的介电层。本发明专利技术还提供一种用于制造HEMT的方法。本发明专利技术还提供了具有改进击穿电压性能的高电子迁移率晶体管结构。

【技术实现步骤摘要】

该公开通常涉及半导体电路制造工艺,更具体地说,涉及基于III族和V族(II1-V)化合物半导体的晶体管。
技术介绍
由于III族-V族化合物半导体(也称为II1-V化合物半导体)(诸如,氮化镓(GaN)及其相关合金)在电力电子器件和光电子器件中具有发展前景的应用,最近几年它们是研究热点。许多II1-V化合物半导体的大带隙和高电子饱和速度也使得它们在高温、高电、和高速度电力电子的应用中成为极好的选择。使用II1-V化合物半导体的可能的电子器件的特别实例包括高电子迁移率晶体管(HEMT)和其他异质结双极晶体管。在操作期间,HEMT在栅极边缘周围形成大表面电场,从而影响位于栅极结构和漏极之间的漂移区中的耗尽区曲线。尽管大电场是HEMT用于电力应用中的一个优势,但是,操作期间耗尽区的分布对用于HEMT的击穿电压产生负面影响。当对HEMT的栅极施加负偏压时,耗尽区曲线直接形成在栅极下方并且引起围绕栅极边缘的大表面电场集中。栅极周围的电场集中降低了击穿电压。为了提高击穿电压,有时在位于栅极结构和漏极之间的钝化层上方或者紧接钝化层上方的栅极结构添加金属场极板。场极板调节表面电场分布并且增强击穿电压。然而,人们继续探索具有用于基于II1-V化合物半导体的晶体管的高击穿电压的新结构及其形成方法。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的缺陷,根据本专利技术的一方面,提供了一种高电子迁移率晶体管(HEMT),包括:硅衬底;非故意掺杂氮化镓(UIDGaN)层,位于所述衬底上方;施主供应层,位于所述WD GaN层上方;栅极结构、漏极和源极,位于所述施主供应层上方,所述栅极结构设置在所述漏极和所述源极之间;以及介电层,在所述栅极结构和所述漏极之间位于所述施主供应层上方,所述介电层具有位于所述施主供应层中的一个或多个第一部分以及位于所述一个或多个第一部分和所述施主供应层上方的第二部分;其中,所述一个或多个第一部分中的至少一个紧邻所述栅极。在该HEMT中,所述介电层包括氧化锌、氧化锆、氧化铪或氧化钛。在该HEMT中,所述介电层包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、掺碳氧化硅、掺碳氮化硅或掺碳氮氧化硅。在该HEMT中,所述施主供应层位于所述介电层的所述一个或多个第一部分下方的部分的厚度为至少15纳米。在该HEMT中,所述施主供应层位于所述介电层的所述一个或多个第一部分下方的部分的厚度至少为所述施主供应层直接位于所述介电层的所述第二部分下方的部分的厚度的40%。在该HEMT中,所述介电层的所述一个或多个第一部分是一个第一部分,并且所述第一部分的面积为所述施主供应层的漂移区的面积的约5%至约20%。在该HEMT中,所述一个或多个第一部分中的所述至少一个邻近栅极边缘。在该HEMT中,从上往下看时,所述介电层的所述一个或多个第一部分为四边形。在该HEMT中,所述介电层的所述一个或多个第一部分和所述施主供应层围绕所述介电层的所述一个或多个第一部分的部分形成棋盘图案。在该HEMT中,所述介电层的所述一个或多个第一部分覆盖所述施主供应层在所述栅极结构和所述漏极之间的部分的约40%至约75%。在该HEMT中,所述介电层的所述一个或多个第一部分中的最大一个最接近所述栅极。在该HEMT中,所述施主供应层包括非掺杂氮化招或非掺杂氮化招镓。在该HEMT中,所述介电层的所述一个或多个第一部分的厚度为约3纳米至约10纳米。根据本专利技术的另一方面,提供了一种方法,包括:提供硅衬底;在所述硅衬底上方外延生长氮化镓(GaN)层;在所述GaN层上方外延生长施主供应层;在所述施主供应层上形成源极和漏极;在所述施主供应层上形成位于所述源极和所述漏极之间的栅极结构;将所述施主供应层的漂移区的一部分等离子体蚀刻到小于施主供应层厚度的60%的深度;以及在所述施主供应层上方沉积介电层。 在该方法中,所述GaN层包括非故意掺杂氮化镓,所述施主供应层包括AlxGa(1_x)N,其中,X介于0.1和I之间。在该方法中,在所述施主供应层上形成源极和漏极包括:在所述施主供应层上方沉积多个金属层;覆盖所述施主供应层的源极区和漏极区;将所述多个金属层蚀刻为源极和漏极;去除所述源极和所述漏极上方的覆盖物;以及对所述源极和所述漏极进行退火。在该方法中,在所述施主供应层的露出部分上方沉积介电层包括:在所述硅衬底上方沉积介电层;图案化光刻胶以暴露所述栅极结构、所述源极和所述漏极;以及去除所述栅极结构、所述源极和所述漏极上方的所述介电层。在该方法中,所述介电层是选自由氧化锌、氧化锆、氧化铪、氧化钛、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、掺碳氧化硅、掺碳氮化硅以及掺碳氮氧化硅所组成的组中的一层或多层。在该方法中,所述等离子体蚀刻包括将所述衬底暴露于氯基等离子体蚀刻剂。在该方法中,以约每分钟I纳米的速率进行所述等离子体蚀刻。附图说明为了更完整的理解本专利技术及其优点,结合附图所进行的以下描述作为参考,其中:图1A是根据本专利技术的多个实施例的高电子迁移率晶体管(HEMT)结构的截面图1B是图1A的HEMT的一部分的放大图;图2A至图2D是根据本专利技术的多个实施例的从图1A的观察面110观看的图1A的HEMT结构的一部分的俯视图;图3A至图3C是根据本专利技术的某些实施例的用于形成HEMT结构的方法的流程图;图4A至图4E是根据本专利技术的多个方法实施例处于多个形成阶段中的HEMT的截面图;以及图5是根据本专利技术的多个实施例模拟的峰值表面电场作为HEMT结构上的位置函数的曲线图。具体实施例方式下面,详细讨论本专利技术的实施例的制造和使用。然而,应该理解,本专利技术提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的创造性概念。所讨论的具体实施例仅仅示出了制造和使用本专利技术的具体方式,而不用于限制本专利技术的范围。本专利技术提供了用于基于III族V族(以下称为II1-V)半导体的晶体管的新结构以及用于形成该结构的方法。在通篇描述中,术语“II1-V化合物半导体”指的是包括至少一个III族元素和一个V族元素的化合物半导体材料。术语“II1-N化合物半导体”指的是V族元素为氮的II1-V化合物半导体。公开了制造本专利技术的示例性实施例的示例性阶段。本领域技术人员应该认识到,也可以在所描述的阶段之前或之后,进行其他制造步骤。可以讨论能够替换一些示例性阶段的其他制造阶段。本领域技术人员会认识到,可以使用其他替换阶段或步骤。在本专利技术的各个附图和所有的示例性实施例中,相同的参考标号用于指定相同的元件。本专利技术提供了用于形成具有高击穿电压的基于II1-V化合物半导体的晶体管的结构和方法。图1A示出了根据本专利技术多个实施例的功率晶体管器件100的实例。图1B示出了图1A的功率晶体管器件100的一部分的放大图。功率晶体管100可以是高电子迁移率晶体管(HEMT)。HEMT 100形成在硅衬底101上方。使用外延工艺在硅衬底101上方生长许多层。这些层包括氮化铝层的可选成核层(未示出)、可选缓冲层(未示出)、以及可以在缓冲层上方生长的块状氮化镓层109。块状氮化镓(GaN)层109是用于HEMT 100的沟道层。HEMT 100包括位于块状GaN层109顶部的有源层111。在沟道层109上生长有源层111,也称为施主供应层(donor-supply layer)。在沟道层109和施主供应层111之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高电子迁移率晶体管(HEMT),包括:硅衬底;非故意掺杂氮化镓(UID?GaN)层,位于所述衬底上方;施主供应层,位于所述UID?GaN层上方;栅极结构、漏极和源极,位于所述施主供应层上方,所述栅极结构设置在所述漏极和所述源极之间;以及介电层,在所述栅极结构和所述漏极之间位于所述施主供应层上方,所述介电层具有位于所述施主供应层中的一个或多个第一部分以及位于所述一个或多个第一部分和所述施主供应层上方的第二部分;其中,所述一个或多个第一部分中的至少一个紧邻所述栅极。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员:游承儒熊志文姚福伟许竣为黄敬源余俊磊杨富智
申请(专利权)人:台湾积体电路制造股份有限公司
类型:发明
国别省市:

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