半导体结构制造技术

本发明专利技术实施例公开包含具有不同阈值电压的晶体管的设备和电路以及其制造方法。在一个实例中，公开一种半导体结构。半导体结构包含衬底、有源层、极化调制层以及多个晶体管。有源层形成在衬底上方且包括多个有源部分。极化调制层包括多个极化调制部分，多个极化调制部分中的每一个设置于多个有源部分中的对应一个上。多个晶体管中的每一个包括源极区、漏极区以及形成于多个极化调制部分中的对应一个上的栅极结构。晶体管具有至少三个不同阈值电压。

Semiconductor structure

【技术实现步骤摘要】
半导体结构
本专利技术实施例涉及一种半导体结构。
技术介绍
在集成电路(integratedcircuit，IC)中，增强型N型晶体管，例如增强型高电子迁移率晶体管(enhancement-modehigh-electron-mobilitytransistor，E-HEMT)，可用作上拉装置(pull-updevice)以最小化静态电流。为了实现接近全轨(full-rail)的上拉电压和快速转换速率(fastslewrate)，对于N型增强型晶体管来说，需要相当大的过驱动电压(over-drivevoltage)。也就是说，栅极与源极之间的电压差(Vgs)应比阈值电压(Vt)大得多，即(Vgs-Vt>>0)。必须使用基于多级E-HEMT的驱动器用于集成电路来最小化静态电流。尽管如此，归因于E-HEMT上拉装置的每一级上的一个Vt降以及自举二极管上的一个正向电压(forwardvoltage)(Vf)降，基于多级E-HEMT的驱动器将不会有足够的过驱动电压(特别是对于最末级驱动器)。虽然可降低上拉E-HEMT晶体管的Vt和多级驱动器的二极管式连接的(diode-connected)E-HEMT整流器的Vf以提供足够大的过驱动电压且大大降低静态电流，但噪声抗扰度(noiseimmunity)将受损。在现有半导体晶片中，形成在晶片上的晶体管具有相同结构使得它们具有相同阈值电压Vt。当一个晶体管的Vt降低时，晶片上的其它晶体管的Vt相应地降低。由于在这种情况下Vt降低，由基于HEMT的驱动器所驱动的电源开关HEMT将具有较差的噪声抗扰度，这是因为电源开关HEMT不能承受到其栅极的大反馈通脉冲(back-feed-throughimpulse)电压。因此，包含多个晶体管的现有设备和电路不完全符合要求。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种半导体结构，其包括衬底、有源层、极化调制层及多个晶体管。有源层形成在衬底上方且包括多个有源部分。极化调制层包括多个极化调制部分。多个极化调制部分中的每一个设置于多个有源部分中的对应一个上。多个晶体管中的每一个包括源极区、漏极区以及形成于多个极化调制部分中的对应一个上的栅极结构，其中多个晶体管具有至少三个不同阈值电压。本专利技术实施例提供一种电路，其包括多个晶体管。多个晶体管中的每一个包括源极、漏极、栅极以及位于栅极下方的极化调制部分。其中多个晶体管形成于包含有源层的同一半导体晶片上，有源层包括多个有源部分，多个晶体管中的每一个的极化调制部分设置于多个有源部分中的对应一个上，且多个晶体管具有至少三个不同阈值电压。本专利技术实施例提供一种用于形成半导体结构的方法，其包括：在衬底上方形成有源层，其中有源层包括多个有源部分；形成包括多个极化调制部分的极化调制层，多个极化调制部分中的每一个设置于多个有源部分中的对应一个上；以及形成多个晶体管，多个晶体管中的每一个包括源极区、漏极区以及设置于多个极化调制部分中的对应一个上的栅极结构，其中多个晶体管具有至少三个不同阈值电压。附图说明结合附图阅读以下详细描述会最好地理解本公开的各方面。应注意，各种特征未必按比例绘制。实际上，出于论述的清楚起见，可任意地增大或减小各种特征的尺寸和几何结构。贯穿本说明书和附图，相似附图标号表示相似特征。图1示出根据本公开的一些实施例的具有多级自举驱动器的示例性电路。图2A、图2B、图2C、图2D、图2E、图2F示出根据本公开的一些实施例的示例性半导体装置的截面图，所述示例性半导体装置各自包含具有不同阈值电压的晶体管。图3A、图3B、图3C、图3D、图3E、图3F、图3G、图3H、图3I、图3J、图3K、图3L、图3M、图3N、图3O、图3P以及图3Q示出根据本公开的一些实施例的在各种制造阶段期间的示例性半导体装置的截面图。图4A和图4B绘示示出根据本公开的一些实施例的用于形成包含具有不同阈值电压的晶体管的半导体装置的示例性方法的流程图。具体实施方式以下公开内容描述用于实施主题的不同特征的各种示例性实施例。下文描述组件和布置的特定实例以简化本公开。当然，这些只是实例且并不意欲为限制性的。举例来说，在以下描述中，第一特征在第二特征上方或第二特征上的形成可包含第一特征与第二特征直接接触地形成的实施例，并且还可包含额外特征可在第一特征与第二特征之间形成使得第一特征与第二特征可不直接接触的实施例。另外，本公开可在各个实例中重复附图标号和/或字母。这种重复是出于简单和清晰的目的，且本身并不指示所论述的各种实施例和/或配置之间的关系。此外，为易于描述，本文中可使用例如“在…下方”、“下方”、“下部”、“在…上方”、“上部”以及类似术语的空间相对术语来描述如图中所示出的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。除了图中所描绘的定向之外，空间相对术语意图涵盖装置在使用或操作中的不同定向。设备可以其它方式定向(旋转90度或处于其它定向)，且本文中所使用的空间相对描述词可同样相应地进行解释。除非另外明确描述，否则例如“附接(attached)”、“附连(affixed)”、“连接(connected)”以及“内连(interconnected)”的术语是指其中结构彼此直接或经由插入结构间接地固定或附接的关系，以及结构可移动或刚性的附接或关系。除非另外定义，否则本文中所使用的所有术语(包含技术和科学术语)具有与本公开所属的领域的普通技术人员通常所理解的相同的含义。应进一步理解，如在常用词典中所定义的那些术语的术语应解释为具有与其在相关技术和本公开的上下文中的含义一致的含义，并且除非本文中明确地定义，否则将不会以理想化或过分形式意义进行解释。现将详细地参考本公开的实施例，附图中示出所述实施例的实例。只要可能，相同附图标号在附图和描述中用以指代相同或相似部件。与硅基晶体管相比，增强型高电子迁移率晶体管(high-electron-mobilitytransistor，HEMT)，例如氮化镓(galliumnitride，GaN)HEMT，具有优良的特性，以实现功率转换和射频功率放大器以及电源开关应用中的高效能和更小外观尺寸。然而不存在可行的p型HEMT，这主要是由于低得多的p型迁移率且部分地由于二维空穴气(twodimensionalholegas，2DHG)频带结构(bandstructure)。在集成电路中使用n型GaNHEMT，为了最小化静态电流，上拉装置大部分是基于增强型n型晶体管而非耗尽型(depletion-mode)n型晶体管。基于多级(multi-stage)HEMT的驱动器可用于集成电路以最小化静态电流。但归因于HEMT上拉装置的每一级上的一个阈值电压(Vt)降及自举二极管上的一个正向电压(Vf)降，基于多级E-HEMT的驱动器将不具有足够的过驱动电压(特别是对于最末级驱动器)。虽然可降低上拉HEMT晶体管的Vt和多级驱动器的二极管式连接的HEMT整流器的Vf以提供足够大的过驱动电压且大大降低静态电流，但噪声抗扰度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体结构，包括：/n衬底；/n有源层，形成在所述衬底上方且包括多个有源部分；/n极化调制层，包括多个极化调制部分，所述多个极化调制部分中的每一个设置于所述多个有源部分中的对应一个上；以及/n多个晶体管，所述多个晶体管中的每一个包括源极区、漏极区以及形成于所述多个极化调制部分中的对应一个上的栅极结构，其中所述多个晶体管具有至少三个不同阈值电压。/n

【技术特征摘要】
20181031 US 62/753,618;20190919 US 16/576,5251.一种半导体结构，包括：
衬底；
有源层，形成在所述衬底上方且包括多个有源部分；...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建宏，
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：中国台湾;71