氮化镓晶体管结构制造技术

本申请涉及一种氮化镓晶体管结构。一种氮化镓晶体管包含衬底，在所述衬底上限定源极区、漏极区、漂移区和栅极区。所述漂移区在所述源极区和所述漏极区之间延伸。所述栅极区包含增强型装置和耗尽型装置的组合，所述增强型装置和耗尽型装置跨越所述漂移区定位且一起使用以用相对低的阈值电压(Vth)控制所述漂移区中的电荷密度和电子迁移率。使用安置于所述衬底上且耦合到栅极电极的P型层形成增强型装置。

【技术实现步骤摘要】
氮化镓晶体管结构相关申请的交叉引用本申请要求2018年4月23日提交的第62/661,585号美国临时专利申请“具有改进的终止结构的氮化镓晶体管(GALLIUMNITRIDETRANSISTORWITHIMPROVEDTERMINATION)”的优先权，所述美国临时专利申请出于所有目的而特此以全文引用的方式并入。本申请与2019年4月22日提交的代理人案号为096868-003410US-1087054的同时提交且共同转让的专利申请“具有改进的终止结构的氮化镓晶体管(GALLIUMNITRIDETRANSISTORWITHIMPROVEDTERMINATION结构)”相关，所述专利申请出于所有目的而特此以全文引用的方式并入。
本专利技术大体上涉及半导体装置，且特定来说涉及化合物半导体装置。
技术介绍
在半导体技术中，氮化镓(GaN)是一种用于形成各种装置的化合物半导体材料，所述装置例如高功率场效应晶体管、金属绝缘体半导体场效应晶体管(MISFET)、高频晶体管、高功率肖特基整流器，以及高电子迁移率晶体管(HEMT)。这些装置可通过在硅、碳化硅、蓝宝石、氮化镓或其它衬底上生长磊晶层而形成。常常，使用氮化铝镓(AlGaN)和GaN的异质磊晶接面形成此类装置。已知此结构在两个材料的界面处形成高电子迁移率二维电子气体(2DEG)。在一些应用中，可能需要利用一种结构来控制2DEG中的电荷密度和电子迁移率，所述结构展现相对低的栅极泄漏且切断装置的负栅极偏压要求降低。
技术实现思路
在一些实施例中，一种晶体管包括化合物半导体衬底、形成于衬底中的源极区，以及形成于衬底中且与源极区分离的漏极区。漂移区形成于衬底中且在源极区和漏极区之间延伸。栅极区跨越漂移区形成且被配置成控制穿过漂移区的电子流动。栅极区包含至少一个耗尽型结构和至少一个增强型结构。在一些实施例中，所述至少一个增强型结构包含p型层。在各种实施例中，栅极区包含多个耗尽型结构和多个增强型结构，其中每一增强型结构包含单独的p型层。在一些实施例中，所述多个耗尽型结构和所述多个增强型结构以交替序列跨越漂移区而布置。在各种实施例中，晶体管进一步包括栅极电极，所述栅极电极电耦合到所述多个增强型结构的每一增强型结构的每一单独p型层，且与所述多个耗尽型结构的每一耗尽型结构的衬底的漂移区电绝缘。在一些实施例中晶体管进一步包括栅极电极，所述栅极电极电耦合到所述多个增强型结构的每一增强型结构的每一单独p型层，且电耦合到所述多个耗尽型结构的每一耗尽型结构的衬底的漂移区从而形成肖特基势垒。在各种实施例中，一或多个场板电耦合到栅极电极且形成于漂移区上方，从栅极区朝向漏极区延伸。在一些实施例中，晶体管的阈值电压在-10伏和-25伏之间。在一些实施例中，晶体管包括化合物半导体衬底、形成于衬底中的源极区，以及形成于衬底中且与源极区分离的漏极区。栅极区定位于源极区和漏极区之间，其中栅极区包含至少一个耗尽型装置和至少一个增强型装置。在一些实施例中，漂移区形成于衬底中且在源极区和漏极区之间延伸，其中栅极区被配置成控制穿过漂移区的电子流动。在各种实施例中，栅极电极跨越栅极区延伸。在一些实施例中，栅极区包含多个增强型装置，其中所述多个增强型装置的每一增强型装置包含耦合到栅极电极的p型层。在一些实施例中，栅极区包含多个耗尽型装置，其中所述多个耗尽型装置的每一耗尽型装置定位于两个增强型装置之间，使得所述多个耗尽型装置和所述多个增强型装置以交替图案布置。在各种实施例中，栅极电极电耦合到所述多个增强型装置的每一增强型装置的每一p型层，且通过电介质层与所述多个耗尽型装置的每一耗尽型装置电绝缘。在一些实施例中，栅极电极电耦合到每一增强型装置的每一p型层，且电耦合到每一耗尽型装置以形成肖特基势垒。在各种实施例中，一或多个场板电耦合到栅极电极且形成于漂移区上方，从栅极区朝向漏极区延伸。在一些实施例中，化合物半导体晶体管包括源极、漏极和栅极，所述栅极定位于源极和漏极之间且包含多个耗尽型装置和多个增强型装置。在各种实施例中，所述多个增强型装置的每一增强型装置包含p型层。在一些实施例中，所述多个增强型装置和所述多个耗尽型装置以交替图案布置，具有定位于两个邻近耗尽型装置之间的增强型装置。在各种实施例中，栅极电极电耦合到所述多个增强型装置的每一增强型装置的p型层，且电耦合到所述多个耗尽型装置的每一耗尽型装置的区中的半导体衬底以形成多个肖特基势垒。为了更好地了解本公开的性质和优点，应参考以下描述和附图。但是，应理解，图式中的每一个仅出于说明的目的而提供，且并不希望作为本公开的范围的限制的定义。而且，一般说来，且除非相反地从描述显而易见，否则元件通常至少在功能或用途上相同或类似，其中不同图中的元件使用相同附图标记。附图说明图1示出根据本公开的实施例的基于GaN的半导体晶体管的简化平面图；图2示出图1中示出的基于GaN的半导体晶体管的晶体管单位晶胞的简化平面图；图3A示出跨越图2中所示出的晶体管单位晶胞的线A-A的部分横截面图；图3B示出图2中所示出的晶体管单位晶胞中的增强型装置的材料堆叠和相关传导带图；图3C示出图2中所示出的晶体管单位晶胞中的耗尽型装置的材料堆叠和相关传导带图；图4A示出根据本公开的实施例的晶体管单位晶胞的部分横截面图；图4B示出图4A中所示出的晶体管单位晶胞中的增强型装置的材料堆叠和相关传导带图；图4C示出图4A中所示出的晶体管单位晶胞中的耗尽型装置的材料堆叠和相关传导带图；图5示出根据本公开的实施例的基于GaN的半导体晶体管的晶体管单位晶胞的简化平面图；图6示出跨越图5中示出的晶体管单位晶胞的线B-B的部分横截面图；图7示出根据本公开的实施例的晶体管单位晶胞和相关复合传导带图的部分横截面图；图8示出根据本公开的实施例的基于GaN的半导体晶体管的晶体管单位晶胞的简化平面图；图9示出跨越图8中所示出的晶体管单位晶胞的线C-C的部分横截面图；图10示出根据本公开的实施例的晶体管单位晶胞和相关复合传导带图的部分横截面图；图11示出根据本公开的实施例的晶体管单位晶胞和相关复合传导带图的部分横截面图；图12示出根据本公开的实施例包含场板的基于GaN的晶体管的不对称晶体管单位晶胞的简化平面图；以及图13示出图12中示出的单位晶胞的简化部分横截面图。具体实施方式本专利技术的某些实施例涉及基于GaN的晶体管，其具有采用增强型和/或耗尽型装置的组合的沟道控制结构以用相对低的阈值电压(Vth)控制漂移区中的电荷密度和电子迁移率。在一些实施例中，增强型和耗尽型结构的组合跨越漂移区定位且组合使用以控制穿过漂移区的电子流动。本公开的一些实施例使用包含安置于AlGaN层上的P型层的增强型结构。各种实施例使用通过在AlGaN层上方施加电场而形成的耗尽型结构。其它实施例使用包含形成于栅极电极和AlGaN层之间的肖特基势垒的耗尽型结构。在另外的实施例中，一或多个隔离区形成于漂移区内且用于限定漂移区内的2DEG通道。为了更好地理解根据本公开具有使用增强型和/或耗尽型结构的各种组合的漂移区控制结构的基于GaN的晶体管的特征和方面，在以下章节中通过论述根据本公开的实施例的半导体装置的若干特定实施方案来提供本公开的进一步上下文。这些实施例仅为了举例，且本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶体管，其包括：化合物半导体衬底；源极区，其形成于所述衬底中；漏极区，其形成于所述衬底中且与所述源极区分离；漂移区，其形成于所述衬底中且在所述源极区和所述漏极区之间延伸；以及栅极区，其跨越所述漂移区形成且被配置成控制穿过所述漂移区的电子流动，所述栅极区包含至少一个耗尽型结构和至少一个增强型结构。

【技术特征摘要】
2018.04.23 US 62/661,5851.一种晶体管，其包括：化合物半导体衬底；源极区，其形成于所述衬底中；漏极区，其形成于所述衬底中且与所述源极区分离；漂移区，其形成于所述衬底中且在所述源极区和所述漏极区之间延伸；以及栅极区，其跨越所述漂移区形成且被配置成控制穿过所述漂移区的电子流动，所述栅极区包含至少一个耗尽型结构和至少一个增强型结构。2.根据权利要求1所述的晶体管，其中所述至少一个增强型结构包含p型层。3.根据权利要求2所述的晶体管，其中所述栅极区包含多个耗尽型结构和多个增强型结构，其中每一增强型结构包含单独的p型层。4.根据权利要求3所述的晶体管，其中所述多个耗尽型结构和所述多个增强型结构以交替序列跨越所述漂移区而布置。5.根据权利要求4所述的晶体管，其进一步包括栅极电极，所述栅极电极电耦合到所述多个增强型结构的每一增强型结构的每一单独p型层，且与所述多个耗尽型结构的每一耗尽型结构的所述衬底的所述漂移区电绝缘。6.根据权利要求4所述的晶体管，其进一步包括栅极电极，所述栅极电极电耦合到所述多个增强型结构的每一增强型结构的每一单独p型层，且电耦合到所述多个耗尽型结构的每一耗尽型结构的所述衬底的所述漂移区从而形成肖特基势垒。7.根据权利要求1所述的晶体管，其中一或多个场板电耦合到所述栅极电极且形成于所述漂移区上方，从所述栅极区朝向所述漏极区延伸。8.根据权利要求1所述的晶体管，其中所述晶体管的阈值电压在-10伏和-25伏之间。9.一种晶体管，其包括：化合物半导体衬底；源极区，其形成于所述衬底中；漏极区，其形成于所述衬底中且与所述源极区分离；以及栅极区，其定位于所述源极区和所述漏极区之间，所述栅极区包含至少一个耗尽型装置和至少一个增强型装置。10.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·J·哈姆丹，朴毕圣，S·夏尔马，D·M·金策，
申请(专利权)人：纳维达斯半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国,US