在栅极区域下方具有GaN沟道再生的增强型MISHEMT制造技术

本发明专利技术描述了一种在栅极区域下方具有GaN沟道再生的增强型(E型)金属绝缘体半导体(MIS)高电子迁移率晶体管(HEMT)或EMISHEMT。在栅极区域下方具有GaN沟道再生的EMISHEMT为常关器件提供适当高且稳定的阈值电压，同时提供低栅极泄漏电流。沟道层提供2DEG和相关联的低导通电阻，同时沟道材料层延伸穿过蚀刻的凹陷部并进入该沟道层中并局部中断2DEG以实现常关操作。

【技术实现步骤摘要】
在栅极区域下方具有GaN沟道再生的增强型MISHEMT
本说明书涉及高电子迁移率晶体管(HEMT)。
技术介绍
HEMT是一种应用电流沟道的晶体管，该电流沟道是在具有不同带隙的两种材料之间的边界处使用异质结而形成的。例如，相对宽的带隙材料诸如AlGaN(氮化铝镓)可掺杂有n型杂质，并且被用于与无掺杂的相对窄的带隙材料诸如GaN(氮化镓)形成结。然后，达到平衡，其中窄带隙材料具有形成二维电子气(2DEG)的过量多数载流子。因此，并且由于窄带隙材料不具有通过散射而中断电流的掺杂杂质，因此除了其他优点外，HEMT器件还提供非常高的开关速度、高增益和高功率应用。
技术实现思路
根据一个一般方面，半导体器件可包括高电子迁移率晶体管(HEMT)，该HEMT具有沟道层和势垒层，该势垒层与沟道层相邻地形成并且至少部分地在HEMT的源极和漏极之间延伸。HEMT可包括：沟道材料层，该沟道材料层延伸穿过势垒层并进入沟道层中；至少一个介电层，该至少一个介电层与沟道材料层相邻地形成；和栅极，该栅极与至少一个介电层相邻地形成。根据另一个一般方面，高电子迁移率晶体管(HEMT)器件可包括：沟道层和势垒层，该势垒层与沟道层相邻并与该沟道层形成异质结，该异质结导致二维电子气(2DEG)出现在沟道层内。HEMT可包括：沟道材料层，该沟道材料层至少部分地形成在势垒层中的凹陷部内并且包括延伸到沟道层中的一部分；至少一个介电层，该至少一个介电层与沟道材料层相邻地形成；和栅极，该栅极与至少一个介电层相邻地形成。在2DEG的相对两端处形成的源极和漏极可在源极和漏极之间限定延伸穿过沟道层的电流沟道，其中电流沟道包括沟道层的与沟道材料层的部分相邻的区域。根据另一个一般方面，制作高电子迁移率晶体管(HEMT)的方法包括：形成层叠堆，该层叠堆至少包括沟道层和与沟道层相邻的势垒层，以及形成异质结，在该异质结处电流沟道被限定于该沟道层中；以及在势垒层中形成延伸到沟道层中的凹陷部。该方法可包括在凹陷部内形成沟道材料层，以及形成与沟道材料层相邻的至少一个介电层。该方法可包括形成与至少一个介电层相邻的栅极，以及在电流沟道的相对两端处形成源极和漏极。一个或多个实施方式的细节在附图和以下描述中阐明。其他特征将从说明书和附图中以及从权利要求书中显而易见。附图说明图1示出了根据一些示例性实施方式的在栅极区域下方具有GaN沟道再生的E型MISHEMT的横截面。图2示出了图1的在栅极区域下方具有GaN沟道再生的E型MISHEMT的更详细示例性器件结构。图3示出了可用于图1和图2的示例性器件中的示例性介电材料的带隙和带隙偏移。图4示出了用于形成图1的在栅极区域下方具有GaN沟道再生的E型MISHEMT的实施方式的第一示例性中间器件结构。图5示出了用于形成图1的在栅极区域下方具有GaN沟道再生的E型MISHEMT的实施方式的第二示例性中间器件结构。图6示出了用于形成图1的在栅极区域下方具有GaN沟道再生的E型MISHEMT的实施方式的第三示例性中间器件结构。图7示出了用于形成图1的在栅极区域下方具有GaN沟道再生的E型MISHEMT的实施方式的第四示例性中间器件结构。图8示出了用于形成图1的在栅极区域下方具有GaN沟道再生的E型MISHEMT的实施方式的第五示例性器件结构。图9是示出根据图4-图8的用于形成图1的在栅极区域下方具有GaN沟道再生的E型MISHEMT的实施方式的示例性过程的流程图。图10是示出示例性实施方案的随栅极电位变化的漏极电流的曲线图。具体实施方式如下文详细描述的，实施方案包括半导体器件，该半导体器件包括在栅极区域下方具有GaN沟道再生的增强型(E型)金属绝缘体半导体(MIS)高电子迁移率晶体管(HEMT)或EMISHEMT。在栅极区域下方具有GaN沟道再生的EMISHEMT为常关器件提供适当高且稳定的阈值电压(Vt)，同时提供低栅极泄漏电流。沟道层提供2DEG和相关联的低导通电阻(Ron)，同时沟道材料层延伸穿过蚀刻的凹陷部并进入沟道层中，并且局部中断2DEG以实现常关操作。即使当势垒层经历蚀刻以提供沟道材料层(其通常可能在蚀刻的凹陷部处形成过量的界面状态)时，也可以保持低界面状态密度(Dit)和对应的高沟道迁移率。更详细地讲，沟道层的部分与势垒层相邻(例如，与势垒层形成界面)，并且因此具有在其中形成的2DEG。沟道材料层延伸穿过凹陷部(例如，蚀刻的凹陷部)、穿过势垒层并进入沟道层，并且沟道材料层的至少一部分延伸到沟道层中。沟道材料层的延伸到沟道层中的部分中断沟道层的相邻区域(本文称为被中断的2DEG区域)中的2DEG。至少一个绝缘电介质可以与沟道材料层相邻地形成，并且栅极可以形成在至少一个电介质上。所得结构形成常关器件，使得当在栅极处施加适当的电压时，通过2DEG和沟道层的被中断的2DEG区域形成电流沟道，从而在栅极区域下方具有GaN沟道再生的EMISHEMT的源极和漏极之间传导电流。一般来说，由于上文所提及的2DEG的存在，因而形成“常开”HEMT是很简单的。然而，尤其针对高功率应用，“常关”HEMT会是所需的，并且已开发出了若干修改以实现常关HEMT器件。一般来说，在高功率应用中常关HEMT可具有改善的安全特性，并且可简化相关的驱动电路。本文所述的在栅极区域下方具有GaN沟道再生的EMISHEMT提供了可有效且可靠地形成的E型HEMT，并且提供了E型HEMT的优点(例如，高开关速度)，同时最小化或减少了现有E型HEMT器件的缺点。在图1中，示出了在栅极区域下方具有GaN沟道再生的EMISHEMT，该EMISHEMT具有沟道层102，该沟道层具有在与势垒层110的界面处形成的2DEG104。势垒层110至少部分地在2DEG104的相对两端处的源极106和漏极108之间延伸。在操作期间，因此电流被限定在源极106和漏极108之间，如下文更详细所述。沟道材料层112与势垒层110相邻，并且沟道材料层112的至少一部分形成在势垒层110中的凹陷部内，该凹陷部延伸到沟道层102中。沟道材料层112可使用与沟道层相同的材料(例如GaN)或其变型形式来形成。例如，如下所述，沟道材料层112可以是p掺杂的。至少一个绝缘介电层114形成在沟道材料层112上，并且栅极116形成在至少一个绝缘电介质114上。如上所述，并且如图1所示，沟道材料层112的一部分118至少部分地延伸到沟道层102中。例如，沟道材料层112的一部分设置在沟道层102的顶表面(或沿着顶表面或界面对准的平面)上方，并且沟道材料层112的部分118设置在沟道层102的顶表面下方。沟道材料层112的设置在沟道层102的顶表面上方的部分(经由附加部分(例如，倾斜部分、与栅极116沟槽对准的连接部分))与沟道材料层112的设置在沟道层102的顶表面下方的部分118可以是邻接的。因此，在沟道层102与势垒层110之间不存在界面，使得2DEG104被中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体器件，包括：/n高电子迁移率晶体管(HEMT)，所述高电子迁移率晶体管具有：/n沟道层；/n势垒层，所述势垒层与所述沟道层相邻地形成并且至少部分地在所述高电子迁移率晶体管的源极和漏极之间延伸；/n沟道材料层，所述沟道材料层延伸穿过所述势垒层并进入所述沟道层中；/n至少一个介电层，所述至少一个介电层与所述沟道材料层相邻地形成；和/n栅极，所述栅极与所述至少一个介电层相邻地形成。/n

【技术特征摘要】
20200106 US 16/734,6491.一种半导体器件，包括：
高电子迁移率晶体管(HEMT)，所述高电子迁移率晶体管具有：
沟道层；
势垒层，所述势垒层与所述沟道层相邻地形成并且至少部分地在所述高电子迁移率晶体管的源极和漏极之间延伸；
沟道材料层，所述沟道材料层延伸穿过所述势垒层并进入所述沟道层中；
至少一个介电层，所述至少一个介电层与所述沟道材料层相邻地形成；和
栅极，所述栅极与所述至少一个介电层相邻地形成。


2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述沟道材料层形成在所述势垒层中的凹陷部内，并且其中所述至少一个介电层形成在所述势垒层中的所述凹陷部内。


3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中二维电子气(2DEG)至少部分地在所述沟道层内在所述高电子迁移率晶体管的源极和漏极之间延伸，并且当所述栅极未被偏压时，所述沟道材料层中断所述二维电子气。


4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述至少一个介电层至少包括第一介电层和第二介电层，所述第一介电层包括钝化层，所述第二介电层包括相对于所述沟道层和所述沟道材料层的导带和价带两者具有带隙偏移的氧化物。


5.一种高电子迁移率晶体管(HEMT)器件，包括：
沟道层；
势垒层，所述势垒层与所述沟道层相邻并与所述沟道层形成异质结，所述异质结导致二维电子气(2DEG)出现在所述沟道层内；
沟道材料层，所述沟道材料层至少部分地形成在所述势垒层中的凹陷部内并包括延伸到所述沟道层中的一部分；
至少一个介电层，所述至少一个介电层与所述沟道材料层相邻地形成；
栅极，所述栅极与所述至少一个介电层相邻地形成；以及
源极和漏极，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·莫恩斯，P·范米尔贝克，A·巴纳尔吉，M·塔克，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US