具有降低的输出电容的氮化镓器件及其制法制造技术

一种具有降低的输出电容的氮化镓晶体管及其制造方法。该氮化镓晶体管器件包括衬底层、配置在衬底层上的一个或多个缓冲层、配置在缓冲层上的阻挡层、及形成于阻挡层与缓冲层间的界面的二维电子气(2DEG)。此外，栅极电极配置在阻挡层上且介电层配置在栅极电极及阻挡层上。该氮化镓晶体管包括一个或多个隔离区，其形成在至少一个缓冲层与阻挡层之间的界面的一部分中，以移除2DEG，从而降低氮化镓器件的输出电容Coss。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体上系有关于晶体管，且更加特定地系有关于具有降低的输出电容的氮化镓晶体管。
技术介绍
传统晶体管器件通常会遇到因传导损耗及开关损耗之某种程度的晶体管功率消耗。当晶体管在较高的频率操作时，降低开关损耗变得更加重要。此外，在硬性开关电路中，每一开关循环中对输出电容器充电或放电影响晶体管器件之功率消耗。输出电容(“Coss”)为栅极-漏极电容和源极-漏极电容之总和。图1示意性说明传统氮化镓晶体管之Coss对漏极-源极电压的曲线，如虚线所示。图2(a)描绘当漏极-源极电压于0伏特时之传统氮化镓晶体管101的剖面图。如图所示，氮化镓晶体管101包括衬底109、形成于衬底109上之缓冲层110、及形成于阻挡层104正下方之二维电子气(“2DEG”)。此外，氮化镓晶体管101包括源极电极102、栅极电极103、漏极电极105、场板106及介电薄膜107。在操作时，当漏极-源极电压于0伏特时，氮化镓晶体管101之Coss组成部分包括栅极103与漏极侧二维电子气111之间的电容器(“C1”)、场板106与漏极侧二维电子气111之间的电容器(“C2”)、及衬底109与漏极侧二维电子气111之间的电容器(“C3”)。当漏极-源极电压于0伏特时，该等电容器Cl、C2及C3系处于其等之最高值。图2(b)描绘出当漏极-源极电压为高电压时之传统氮化镓晶体管101的剖面图。当漏极-源极电压增加时，漏极侧二维电子气111朝着漏极接点105耗尽，C1及C2接近零，且C3减小。本专利技术的主要目标为降低晶体管之输出电容Coss同时维持栅极宽度，其有效地降低功率消耗，因而增加含括此等晶体管之RF放大器的频率能力。
技术实现思路
下面所描述之实施例通过提供氮化镓半导体器件的制造方法解决了上述问题及其他问题，该半导体器件中包括隔离区，其移除一部份的二维电子气，以降低该器件之输出电容Coss。所揭露之氮化镓晶体管包括衬底层、配置在衬底层上的一个或多个缓冲层、配置在缓冲层上的阻挡层、及形成于阻挡层与缓冲层间的界面(interface)的二维电子气(2DEG)。此外，栅极电极配置在阻挡层上且介电层配置在栅极电极及阻挡层上。该氮化镓晶体管包括一个或多个隔离区，一个或多个隔离区形成在至少一个缓冲层与阻挡层间的界面的一部分中，用以移除二维电子气，以降低氮化镓晶体管的输出电容Coss。此外，如本文所述之用于制造氮化镓晶体管器件的方法包括下列步骤:在衬底层上形成至少一个缓冲层；在至少一个缓冲层上形成阻挡层，在阻挡层与缓冲层间的界面配置有二维电子气(2DEG);在阻挡层上形成栅极电极；以及在至少一个缓冲层与阻挡层间之界面的一部分中形成第一隔离区，以从形成该隔离区的界面的该部分移除二维电子气。【附图说明】本公开之特征、目标及优点，在将下列所提出之详细说明拿来与图式结合时，将变得更加显而易见，图中相同参考字符于全文中系做对应标示，且其中:图1示意地以一虚线绘示传统氮化镓晶体管之Coss对漏极-源极电压的曲线。图2(a)绘示在漏极-源极电压于0伏特时之传统氮化镓晶体管之剖面图。图2(b)绘示在漏极-源极电压于高电压时之传统氮化镓晶体管之剖面图。图3 (a)绘示根据本专利技术之示例性实施例之具有降低的Coss的氮化镓晶体管之示意俯视图。图3(b)绘示根据本专利技术之示例性实施例之图3 (a)之氮化镓晶体管的剖面图A_A。图3 (c)绘示根据本专利技术之示例性实施例之图3 (a)之氮化镓晶体管的剖面图B_B。图4(a)?4(e)描绘具有降低的Coss之本专利技术之氮化镓晶体管的制造过程。图5示意地绘示传统氮化镓晶体管与根据本专利技术之示例性实施例的氮化镓晶体管相比的Coss对漏极-源极电压曲线。图式不一定按比例绘制，且在所有图式中相似结构或功能之组件通常由类似参考数字表示以供阐释目的。图式仅是为了便于本文所述各实施例之描述；图式并未描述本文所揭露之教示内容的每个方面，且并非限制权利要求之范围。【具体实施方式】在以下详细说明中，参照了某些实施例。此详细说明仅是为了教示本领域技术人员进一步的细节以供实施本专利技术之优选方面，而非旨在限制权利要求之范围。因此，以下详细说明中所揭露之特征组合并非必要以最广泛之意义来实施教示内容，反而仅是教示来描述本专利技术之特别具代表性的实例。应当理解的是可使用其他实施例，且可做出各种结构、逻辑及电气改变。图3(a)?3(c)绘示根据本专利技术之第一示例性实施例之具有降低的Coss的氮化镓器件201。如图3 (b)中所示，氮化镓器件201形成于衬底209上，衬底209可为例如硅(Si)、碳化硅(SiC)或蓝宝石。一个或多个缓冲层210形成于衬底209上，且可包括氮化镓(GaN)、氮化铝(A1N)及氮化铝镓(AlGaN)。在该示例性实施例中，该等缓冲层之一者(即最靠近阻挡层204之缓冲层)为通道层，其较佳是由氮化镓(GaN)组成。应理解到该通道层可视为该等缓冲层之一者或在该等缓冲层与阻挡层之间的一个单独的层。阻挡层204形成于缓冲层210上面，二维电子气(“2DEG”)211形成在缓冲层210与阻挡层204之间的界面。例如，若缓冲层210包括由氮化镓所形成的通道层，则二维电子气区域形成在氮化镓层与阻挡层210之间的界面。介电层207沉积在阻挡层204上。图3(a)及3(b)绘示了进一步包括源极电极202、栅极电极203、漏极电极205及场板206之该氮化镓器件201。为了降低电容器C2之Coss，其系参照图2(a)讨论过，第一隔离区301形成于场板206下方。虽然未显示于图3(a)，在此实施例之一个改善型态中，隔离区301可完全延伸至栅极电极203以使栅极至场板区耗尽，并降低包含在Coss中之电容Cgd。如图3(a)所进一步显示的，根据本专利技术之另一示例性实施例，第二隔离区302可形成于场板206之外朝向漏极接点205，以降低电容器C3之Coss。此外，类似于隔离区302，第三隔离区303系形成，但同样延伸通过漏极接点205，而有部分的漏极接点205被移除。隔离区303亦降低上述电容器C3之Coss。应当理解的是各个隔离区301、302及303系形成于氮化镓器件201之缓冲层210中，且在该等隔离区所形成之处，二维电子气被移除。特别是，图3(b)绘示图3(a)之剖面图A-A，该剖面图A-A显示出移除二维电子气之第一隔离区301。如上所指出，此隔离区301降低电容器C2之Coss，其在上面系参照图2(a)讨论过。类似地，图3(c)绘示图3(a)之剖面图B-B，该剖面图B-B显示第三隔离区303，其中二维电子气被移除，且漏极接点205之部分系移除。应注意的是，示于图3(b)及3(c)中之氮化镓器件201的层与图3(a)中所显示之层完全相同，并赋予完全相同的参考符号，而其详细说明在此将不再重复。有鉴于图3(a)?3(c)，可以预期的是，本文提供具有降低的输出电容之氮化镓晶体管器件之至少五个个别的实施例。第一实施例包括形成在场板206下面之隔离区301，例如像图3 (a)及3(b)中所显示。第二实施例系要于场板外面并朝着漏极接点205形成隔离区，例如像图3(a)中所示之隔离当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶体管器件，其包含：配置在衬底层上的至少一个缓冲层；配置在所述至少一个缓冲层上的阻挡层，在所述阻挡层与所述缓冲层间的界面配置有二维电子气(2DEG)；配置在所述阻挡层上的栅极电极；配置在所述栅极电极及所述阻挡层上的介电层；形成在所述至少一个缓冲层与所述阻挡层间的界面的部分中的隔离区，其使得所述二维电子气从所述隔离区所形成的所述界面的所述部分移除。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬·L·克林诺，曹建军，罗伯特·比奇，亚历山大·利道，阿兰娜·纳卡塔，赵广元，马艳萍，罗伯特·斯特里特马特，迈克尔·A·德·罗吉，周春华，塞沙德里·科卢里，刘芳昌，蒋明坤，曹佳丽，阿古斯·裘哈尔，
申请(专利权)人：宜普电源转换公司，
类型：发明
国别省市：美国;US