双沟道HEMT器件及其制造方法技术

本公开的实施例涉及一种双沟道HEMT器件及其制造方法。该HEMT器件包括：半导体主体，包括异质结结构；在半导体主体上的电介质层；栅极电极；漏极电极，面向栅极电极的第一侧；和源极电极，面向栅极电极的与第一侧相对的第二侧；辅助沟道层，其在异质结结构之上在栅极电极与漏极电极之间延伸，与漏极电极电接触并且与栅极电极相距一定距离，并且形成用于在源极电极与漏极电极之间流动的电荷载流子的附加导电路径。

Double channel HEMT device and manufacturing method thereof

The disclosed embodiment relates to a dual channel HEMT device and manufacturing method thereof. The HEMT device includes: a semiconductor body, including heterojunction structure; dielectric layer on a semiconductor body; a gate electrode; a drain electrode, a first side facing the gate electrode; and a source electrode, a second side opposite oriented gate electrode and the first side; the auxiliary channel layer, the heterojunction structure on between the gate electrode and the drain electrode and the drain electrode extends, and the electrical contact distance from the gate electrode, and a conductive path formed for additional charge carriers to flow between the source electrode and the drain electrode.

【技术实现步骤摘要】
双沟道HEMT器件及其制造方法
本公开涉及HEMT器件和用于制造HEMT器件的方法。
技术介绍
具有异质结构(特别是由氮化镓(GaN)和氮化铝镓(AlGaN)制成的异质结构)的高电子迁移率晶体管(HEMT)是本领域已知的。例如，HEMT器件由于其高击穿阈值而被赏识用作功率开关。另外，HEMT的导电沟道中的高电流密度使得能够实现导电沟道的低通态电阻(RON)。为了有利于在高功率应用中使用HEMT，已经引入了凹陷栅极HEMT。该类型的器件的问题在于在开关操作期间由于通态电阻(RON)的增加而导致的电流的急剧减小。在断态下的高电压偏置(400V-600V)之后的RON值上的暂时增加被认为是由在沟道中、在缓冲层中或在表面处对电荷载流子的过度捕获引起的。为了减轻该问题，采用了各种解决方案。由美国马萨诸塞州剑桥市麻省理工学院微系统技术实验室的D.Jin等人发表的题为“通过齐纳捕获诱发的在高电压GaNMIS-HEMT中的总电流崩塌”(“TotalcurrentcollapseinHigh-VoltageGaNMIS-HEMTsinducedbyZenertrapping”)的文献描绘了一种在沟道的外延生长的阶段期间对缺陷进行控制的方法和“场板”结构的适当设计。然而，该方法未解决上述问题并要求对生长阶段进行控制，这对HEMT的工业生产的成本具有影响。由安森美半导体公司的P.Moens等人发表的题为“关于碳掺杂对650VGaN功率器件的动态Ron和断态漏电流的影响”(“OntheImpactofCarbon-DopingontheDynamicRonandOff-stateLeakageCurrentof650VGaNPowerDevices”)的文献提出在缓冲层的水平面处利用碳原子对HEMT的半导体主体的掺杂分布进行优化可以提供对上述问题的解决方案。然而，诸如碳原子等的杂质的存在本身可能是对载流子的进一步捕获和RON劣化的原因。2013年由J.Würfl等人发表的题为“关于具有改进的高电压动态开关性质的GaN功率晶体管的技术”(“TechniquestowardsGaNpowertransistorswithimprovedhighvoltagedynamicswitchingproperties”)的文献讨论了对于GaN功率器件中的动态开关的限制，并提出了用于通过修改HEMT的缓冲层的结构来改进以高电压进行快速开关的技术。然而，上述问题并未得到解决。
技术实现思路
本公开的至少一些实施例提供了一种HEMT器件及其制造方法，该HEMT器件及其制造方法是根据现有技术所提出的那些方案的替代方案，并克服了上面所陈述的缺点。根据本公开的至少一个实施例，一种HEMT器件包括：半导体主体，包括异质结结构，该异质结结构形成HEMT器件的主导电沟道；在半导体主体上的电介质层；在一个方向上彼此对齐的栅极电极、漏极电极和源极电极，其中漏极电极面向栅极电极的第一侧延伸，并且源极电极面向栅极电极第二侧延伸，第二侧在所述一个方向上与第一侧相对；以及辅助沟道层，该辅助沟道层在异质结结构之上在栅极电极与漏极电极之间延伸，与漏极电极电接触，与栅极电极间隔开，并且形成用于在源极电极与漏极电极之间流动的电荷载流子的除了主导电沟道之外的导电路径。附图说明为了更好地理解本专利技术，现在纯粹通过非限制性示例的方式并参照随附附图来描述其优选实施例，其中：图1在横向截面图中示出根据本公开的一个实施例的HEMT器件；图2在横向截面图中示出根据本公开的另一实施例的HEMT器件；图3在横向截面图中示出根据本公开的另一实施例的HEMT器件；图4在横向截面图中示出根据本公开的另一实施例的HEMT器件；图5在横向截面图中示出根据本公开的另一实施例的HEMT器件；图6A至图6E在横向截面图中示出图1的HEMT器件的相继的制造步骤；以及图7示出与根据现有技术的HEMT器件相比在不同漏极电压条件下的图1的HEMT器件的漏极电流的曲线图。具体实施方式图1在彼此正交的轴X、Y、Z的三轴系统中示出常断型HEMT器件1A，包括：半导体衬底2；半导体缓冲层3，其在衬底2之上延伸并设计成使得能够实现二维电子气体(2DEG)在位于上面的导电沟道中的更好的耗尽；沟道层4，其在缓冲层3之上延伸；半导体势垒层6，其在沟道层4之上延伸；电介质材料的绝缘层7，电介质材料为诸如氮化硅(Si3N4)或氧化硅(SiO2)等，绝缘层7在势垒层6的正面侧之上延伸；和栅极区8，其在半导体主体3中在源极电极10与漏极电极12之间延伸。在一个或多个实施例中，衬底2例如由硅、碳化硅(SiC)或蓝宝石(Al2O3)制成。在一个或多个实施例中，缓冲层3由氮化铝镓(AlGaN)、氮化铟镓(InGaN)制成或者一般地由AlGaN或InGaN合金制成。在一个或多个实施例中，沟道层4由氮化镓(GaN)或本征InGaN制成，并且具有被包括在近似5nm与400nm之间的厚度，例如近似15nm。在一个或多个实施例中，势垒层6由本征氮化铝镓(AlGaN)制成或者更一般地由基于诸如AlxGa1-xN、AlInGaN、InxGa1-xN、AlxIn1-xAl等的氮化镓的三元或四元合金的化合物制成，并且具有被包括在近似5nm与400nm之间的厚度，例如近似15nm。衬底2、缓冲层3、沟道层4、势垒层6和绝缘层7处于平行于平面XY的相应平面中，并且在Z方向上彼此堆叠。沟道层4和势垒层6形成异质结构13。衬底2、缓冲层3和异质结构13作为整体用术语“半导体主体15”限定。栅极区8通过绝缘层7的相应部分与源极区10和漏极区12横向地(即，沿X)分开和绝缘。栅极区8是凹陷型的；即，栅极区8在深度方向上延伸穿过绝缘层7并完全穿过势垒层6，直到沟道层4为止。换言之，栅极区8形成在穿过绝缘层7和势垒层6蚀刻出的沟槽9中。栅极电介质层8a面向沟槽9的底部和侧壁在沟槽9中延伸。栅极电介质8a可以进一步可选地在沟槽9外部延伸，即在绝缘层7上延伸。栅极金属化层8b完成对沟槽9的填充并在栅极电介质层8a之上延伸。栅极电介质层8a和栅极金属化层8b形成HEMT器件1A的栅极区8。栅极区8具有面向漏极区12的第一侧8'和面向源极区10的第二侧8”。栅极区8的第一侧8'和第二侧8”至少部分地平行于彼此并且平行于平面XY。根据本公开的一个方面，辅助沟道20在势垒层6的正面侧6a之上在源极区10与漏极区12之间延伸，并且被电耦合至源极区10和漏极区12。特别地，辅助沟道20在栅极区8的第一侧8'与漏极区12之间延伸，并且在栅极区8的第二侧8”与源极区10之间延伸。然而，辅助沟道的在栅极区8与源极区10之间延伸的部分可以不存在。更详细地，辅助沟道20在源极区10的一部分与栅极氧化物8a的相应部分之间延伸并与它们接触，并且进一步与漏极区12直接接触，栅极氧化物8a的相应部分限定栅极区8的第二侧8”。然而，辅助沟道20不与栅极区8的第一侧8'直接接触，而是与之相距一定距离。因此，辅助沟道20在第一侧8'附近延伸，而从来不与之直接接触。辅助沟道20以与栅极区8的第一侧8'相距的距离d1(在X方向上测得)延伸，距离d1被选择为使得电场在第一侧8'上不是过高的。如果电场引起或可能引起栅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高电子迁移率晶体管(HEMT)器件，包括：半导体主体，包括异质结结构，所述异质结结构形成所述HEMT器件的主导电沟道；在所述半导体主体上的电介质层；在一个方向上彼此对齐的栅极电极、漏极电极和源极电极，其中所述漏极电极面向所述栅极电极的第一侧延伸，并且所述源极电极面向所述栅极电极的第二侧延伸，所述第二侧在所述一个方向上与所述第一侧相对；以及辅助沟道层，所述辅助沟道层在所述异质结结构之上在所述栅极电极与所述漏极电极之间延伸，与所述漏极电极电接触，与所述栅极电极间隔开，并且形成用于电荷载流子在所述源极电极与所述漏极电极之间流动的除了所述主导电沟道之外的导电路径。

【技术特征摘要】
2016.05.30 EP 16425047.41.一种高电子迁移率晶体管(HEMT)器件，包括：半导体主体，包括异质结结构，所述异质结结构形成所述HEMT器件的主导电沟道；在所述半导体主体上的电介质层；在一个方向上彼此对齐的栅极电极、漏极电极和源极电极，其中所述漏极电极面向所述栅极电极的第一侧延伸，并且所述源极电极面向所述栅极电极的第二侧延伸，所述第二侧在所述一个方向上与所述第一侧相对；以及辅助沟道层，所述辅助沟道层在所述异质结结构之上在所述栅极电极与所述漏极电极之间延伸，与所述漏极电极电接触，与所述栅极电极间隔开，并且形成用于电荷载流子在所述源极电极与所述漏极电极之间流动的除了所述主导电沟道之外的导电路径。2.根据权利要求1所述的HEMT器件，其中所述辅助沟道层沿所述一个方向以等于或大于0.5μm的距离与所述栅极电极的所述第一侧间隔开。3.根据权利要求1所述的HEMT器件，其中所述辅助沟道层是具有N型掺杂的氮化镓的层。4.根据权利要求1所述的HEMT器件，其中所述辅助沟道层包括：氮化镓的第一层，具有被包括在5％与30％之间的铝浓度；和氮化铝镓的第二层，具有被包括在10％与40％之间的铝浓度，所述氮化铝镓的第二层在所述氮化镓的第一层之上延伸。5.根据权利要求1所述的HEMT器件，其中：所述异质结结构包括：第一材料的沟道层和第二材料的势垒层，所述势垒层在所述沟道层之上延伸，所述第一材料和所述第二材料具有不同的带隙；且所述势垒层包括：第一中间层，包括具有被包括在10％与40％之间的铝浓度的氮化铝镓，以及第二中间层，所述第二中间层在所述第一中间层之上延伸，并且包括具有被包括在5％与30％之间的铝浓度的氮化铝镓。6.根据权利要求1所述的HEMT器件，进一步包括场板，所述场板在所述电介质层之上延伸并且至少部分地与所述辅助沟道层竖直重叠。7.根据权利要求6所述的HEMT器件，其中所述场板是被电耦合至所述栅极电极的栅极场板或者是被电耦合至所述源极电极的源极场板。8.根据权利要求1所述的HEMT器件，进一步包括场板，所述场板在所述电介质层之上延伸，其中所述场板沿所述一个方向从所述辅助沟道层横向偏移。9.根据权利要求8所述的HEMT器件，其中所述场板沿所述一个方向以等于或小于0.5μm的距离从所述辅助沟道层横向偏移。10.一种制造高电子迁移率晶体管(HEMT)器件的方法，包括：在半导体主体中形成异质结结构，所述异质结结构限定所述HEMT器件的主导电沟道；在所述半导体主体上形成电介质层；形成栅极区，包括形成导电栅极电极和栅极电介质，所述栅极电介质将所述导电栅极电极与所述半导体主体电绝缘；形成在一个方向上彼此对齐并且与所述栅极电极对齐的漏极电极和源极电极，其中所述漏极电极被形成为面向所述栅极区的第一侧，并且所述源极电极被形成为面向所述栅极区的第二侧，所述第二侧在所述一个方向上与所述第一侧相对，在所述异质结结构上并且在所述栅极电极与所述漏极电极之间形成辅助沟道层，所述辅助沟道层与所述漏极电极电接触并且与所述栅极电极间隔开，所述辅助沟道层形成用于电荷载流子在所述源极电极与所述漏极电极之间流动的除了所述主导电沟道之外的导电路径。11.根据权利要求10所述的方法，其中形成所述辅助沟道层包括：形成沿所述一个方向以等于或大于0.5μm的距离从所述栅极电极的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·尤克拉诺，A·齐尼，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT