N沟道氮化镓晶体管制造技术

本说明书涉及包括凹陷的栅极电极的n沟道氮化镓晶体管，其中在栅极电极与氮化镓层之间的极化层小于大约1nm。在另外的实施例中，n沟道氮化镓晶体管可以具有非对称配置，其中栅极至漏极长度大于栅极至源极长度。在另一实施例中，当与使用基于硅的晶体管的无线功率/充电设备相比时，为了提高的效率、更长的传输距离和更小的形状因子，可以在无线功率/充电设备中利用n沟道氮化镓晶体管。

N channel Gan transistor

The specification relates to a n channel gallium nitride transistor including a recessed gate electrode, wherein the polarization layer between the gate electrode and the gallium nitride layer is less than about 1nm. In other embodiments, the N channel Gan transistor may have an asymmetric configuration in which the gate to drain length is greater than the gate to source length. In another embodiment, when based on the use of wireless power / silicon transistor charging device when compared to the shape factor of the transmission distance and improve the efficiency of smaller, longer, in wireless power charging channel using N / GaN transistor device.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】N沟道氮化镓晶体管
本说明书的实施例总体上涉及微电子设备领域，且更具体而言，涉及形成n沟道氮化镓晶体管及其在无线功率/充电设备中的使用。
技术介绍
微电子工业不断地努力生产用于在各种电子产品——包括但不限于计算机服务器产品和便携式产品(例如膝上型/上网本计算机、电子平板计算机、智能电话、数字相机等)——中使用的越来越快和越来越小的微电子封装。实现这些目标的一个途径是制造片上系统(SoC)设备，其中电子系统的所有部件被制造在单个芯片上。在这样的SoC设备中，功率管理集成电路(PMIC)和射频集成电路(RFIC)是重要的功能块，并且在确定这样的SoC设备的功率效率和形状因子时与逻辑和存储器集成电路一样重要。而且，对于给移动设备无线地供电和/或充电有不断增长的需求。对于采用硅功率金属半导体场效应晶体管(MOSFET)的无线功率/充电设备的解决方案已经在市场上出现。然而，这些硅功率MOSFET由于它们的高导通状态电阻和大电容而需要相当大的功率并消耗可观的功率，其否则可以以无线传输的方式用于给移动设备供电和/或充电。因此，正在有不断的努力以按比例缩小和/或提高这样的无线功率/充电设备的效率。附图说明在本说明书的结尾部分中特别指出并明确主张本公开的主题。根据结合附图进行的以下描述和所附权利要求，本公开的前述和其它特征将变得更显而易见。应理解的是，附图仅示出根据本公开的几个实施例，且因此不应被视为限制其范围。将通过附图的使用以额外的特殊性和细节来描述本公开，从而可以更容易确定本公开的优点，其中：图1是根据本说明书的实施例的氮化镓晶体管的侧截面图。图2-13是根据本说明书的实施例的非对称n沟道氮化镓晶体管的制造的侧截面图。图14是根据本说明书的实施例的制造非对称n沟道氮化镓晶体管的过程的流程图。图15和16是根据本说明书的实施例的无线功率/充电设备的示意图。具体实施方式在以下的详细描述中，参考以例示方式示出特定实施例的附图，可以在所述实施例中实施所要求保护的主题。足够详细地描述这些实施例以使本领域技术人员能够实施主题。应理解的是，各种实施例虽然是不同的，但不一定是相互排斥的。例如，在本文中结合一个实施例描述述的特定特证、结构或特性可以在其它实施例中实施，而不偏离所要求保护的主题的精神和范围。在本说明书中提及“一个实施例”或“实施例”意指在本说明书中包含的至少一个实施方式中包括结合实施例描述的特定特征、结构或特性。因此，短语“一个实施例”或“在实施例中”的使用并不一定指同一实施例。此外，应理解的是，可以修改每个所公开的实施例中的单独元件的位置或布置，而不偏离所要求保护的主题的精神和范围。因此，以下的详细描述不应被理解为是限制性的，并且主题的范围仅由被适当解释的所附权利要求连同所附权利要求享有的等同物的全部范围来限定。在附图中，相似的附图标记在全部几个示图中表示相同或相似的元件或功能，并且在其中示出的元件不一定彼此按比例，更确切地，单独的元件可以放大或减小，以便更容易在本说明书的上下文中理解元件。如在本文中使用的术语“在…之上”、“到”、“在…之间”和“在…上”可以指一层相对于另一层的相对位置。另一层“之上”或另一层“上”或结合“到”另一层的一层可以与另一层直接接触或可以具有一个或多个中间层。层“之间”的一层可以与那些层直接接触或可以具有一个或多个中间层。本说明书的实施例涉及包括凹陷的栅极电极的n沟道氮化镓晶体管，其中栅极电极与氮化镓层之间的极化层小于大约1nm。在另外的实施例中，n沟道氮化镓晶体管可以具有非对称配置，其中栅极至漏极长度大于栅极至源极长度。在另一实施例中，当与使用基于硅的晶体管的无线功率/充电设备相比时为了提高的效率、更长的传输距离和更小的形状因子，可以在无线功率/充电设备中利用n沟道氮化镓晶体管。图1示出根据本说明书的实施例的n沟道氮化镓晶体管100。n沟道氮化镓晶体管100可以包括氮化镓层102，其具有形成在其中的源极结构104和相对的漏极结构106。可以在源极结构104和漏极结构106之间延伸的氮化镓层102(晶体管宽度W)上形成电荷诱导层108，这在氮化镓层102内形成2D电子气(用虚线112示出)。在一个实施例中，电荷诱导层108可以包括形成在晶体过渡层116上的极化层114，其中晶体过渡层116邻接氮化镓层102。极化层114可以具有形成2D电子气112的三元晶体结构，但可以抑制氮化镓层102的二元晶体结构内的电子迁移率。因此，晶体过渡层116可以是用作极化层114与氮化镓层102之间的过渡的二元晶体结构。应理解的是，虽然电荷诱导层108被示为具有两层(即极化层114和晶体过渡层116)，但是其可以被制造为单层(即仅极化层114)或具有两个以上的层。在一个实施例中，n沟道氮化镓晶体管100为增强模式晶体管。因此，如图1所示，可以去除极化层114的一部分，紧接着形成在栅极电极122的期望位置上的凹槽120以中断2D电子气112，使得其不延伸穿过n沟道氮化镓晶体管100的栅极长度Lg，以实现增强模式操作。如所示出的，可以在极化层114之上形成栅极电介质层118，并且可以在栅极电介质层118上形成栅极电极122，使得栅极电介质层118将栅极电极122与极化层114电隔离。此外，源极接触部124和漏极接触部126可以分别形成在源极结构104和漏极结构106上，并且可以用于通过互连结构(未示出)的形成来与外部部件(未示出)形成电连接，如本领域技术人员将理解的。如在图1中进一步示出的，n沟道氮化镓晶体管100可以包括栅极至漏极长度LGD(即从栅极至漏极结构106)和栅极至源极长度LGS(即从栅极至源极结构104)。在一个实施例中，栅极至漏极长度LGD的范围可以从大约120nm到大约400nm。在另一实施例中，栅极至源极长度LGS的范围可以从大约5nm到大约400nm。在又一实施例中，栅极长度LG的范围可以从大约20nm到大约500nm。在一个实施例中，n沟道氮化镓晶体管100可以具有非对称结构，其中栅极至漏极长度LGD(即从栅极至漏极结构106)大于栅极至源极长度LGS(即从栅极至源极结构104)，这将使跨栅极至源极长度LGS之间的电阻最小化，如本领域技术人员将理解的。极化层114可以包括但不限于氮化铝镓、氮化铝铟和氮化铟镓。在一个实施例中，极化层114是Al0.83In0.17N。在一个实施例中，极化层114可以在栅极至漏极长度LGD区域之上和在栅极至源极长度LGS区域之上具有大约5nm与10nm之间的厚度T1，这可以实现低导通状态电阻。在另一实施例中，极化层114可以在栅极长度LG区域之上具有小于大约1nm的厚度T2，这可以实现增强模式操作。在另一实施例中，晶体过渡层116可以包括但不限于氮化铟和氮化铝，并且可以具有小于大约1nm的厚度T3。栅极电介质层118可以由任何公知的栅极电介质材料形成，包括但不限于二氧化硅(SiO2)、氮氧化硅(SiOxNy)、氮化硅(Si3N4)和高k电介质材料，例如氧化铪、氧化硅铪、氧化镧、氧化镧铝、氧化锆、氧化硅锆、氧化钽、氧化硅钽、氧化钛、氧化钡锶钛、氧化钡钛、氧化锶钛、氧化钇、氧化铝、氧化铅钪钽和铌锌酸铅。注意，高k栅极电介质层118对实现低栅极泄本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种n沟道氮化镓晶体管，包括：氮化镓层；形成在所述氮化镓层的源极结构和漏极结构中；电荷诱导层，其包括在所述结构与所述漏极结构之间延伸的极化层；2D电子气，其位于所述氮化镓层内；以及栅极电极，其至少部分地延伸到所述极化层中，其中所述极化层在所述栅极电极与所述氮化镓层之间的部分的厚度小于大约1nm。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种n沟道氮化镓晶体管，包括：氮化镓层；形成在所述氮化镓层的源极结构和漏极结构中；电荷诱导层，其包括在所述结构与所述漏极结构之间延伸的极化层；2D电子气，其位于所述氮化镓层内；以及栅极电极，其至少部分地延伸到所述极化层中，其中所述极化层在所述栅极电极与所述氮化镓层之间的部分的厚度小于大约1nm。2.如权利要求1所述的n沟道氮化镓晶体管，还包括布置在所述栅极电极与所述极化层之间的栅极电介质。3.如权利要求1或2所述的n沟道氮化镓晶体管，还包括：所述极化层不在所述栅极电极与所述氮化镓层之间的部分在大约5nm与10nm之间。4.如权利要求1所述的n沟道氮化镓晶体管，其中所述极化层选自由氮化铝镓、氮化铝铟和氮化铟镓组成的组。5.如权利要求1所述的n沟道氮化镓晶体管，还包括布置在所述氮化镓层与所述极化层之间的晶体过渡层。6.如权利要求5所述的n沟道氮化镓晶体管，其中所述晶体过渡层选自由氮化铟和氮化铝组成的组。7.如权利要求1所述的n沟道氮化镓晶体管，还包括：在大约120nm到大约400nm之间的栅极至漏极长度和在大约5nm到大约400nm之间的栅极至源极长度。8.如权利要求7所述的n沟道氮化镓晶体管，其中所述栅极至漏极长度大于所述栅极至源极长度。9.一种形成n沟道氮化镓晶体管的方法，包括：形成氮化镓层；在所述氮化镓层上形成包括极化层的电荷诱导层以在所述氮化镓层内形成2D电子气；形成在所述氮化镓层中形成的源极结构和漏极结构；在所述源极结构与所述漏极结构之间的所述极化层内形成凹陷，其中所述极化层在所述凹陷与所述氮化镓层之间的部分的厚度小于大约1nm；形成具有不同宽度的非对称电介质间隔物；在所述凹陷内形成栅极电介质；以及形成相邻于所述栅极电介质的栅极电极。10.如权利要求9所述的方法，其中在所述氮化镓层上形成包括所述极化层的所述电荷诱导层包括：形成包括具有在大约5nm与10nm之间的厚度的所述极化层的所述电荷诱导层。11.如权利要求9或10所述的方法，其中形成所述电荷诱导层包括：形成选自由氮化铝镓、氮化铝铟和氮化铟镓组成的组的所述极化层。12.如权利要求9所述的方法，还包括在所述氮化镓层与所述极化层之间形成晶体过渡层。13.如权利要求12所述的方法，其中形成所述晶体过渡层包括：由选自由氮化...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·W·田，S·达斯古普塔，M·拉多萨夫列维奇，S·K·加德纳，S·H·宋，R·S·周，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国,US