增强型氮化镓晶体管的结构与使用该结构的封装芯片制造技术

本发明专利技术公开一种增强型氮化镓晶体管的结构与使用该结构的封装芯片。该增强型氮化镓晶体管的结构包含：一源极电极；一漏极电极；一栅极电极；一p‑III族氮化物层，设置于所述栅极电极之下；一III族氮化物层，接触所述p‑III族氮化物层的下表面、所述漏极电极的下表面、以及所述源极电极的下表面；一III族阻障层，设置于所述III族氮化物层的下表面；其中，所述栅极电极或所述漏极电极至少其一为一L型电极，且所述栅极电极与所述源极电极之间、或所述栅极电极与所述漏极电极之间至少其一存在一沟槽，所述沟槽的底部终止于所述III族阻障层之中；所述栅极电极或所述漏极电极的一端设置于所述沟槽之中。

【技术实现步骤摘要】
增强型氮化镓晶体管的结构与使用该结构的封装芯片
本专利技术是一种氮化镓晶体管的结构，尤指一种掘入式和原生长晶p型氮化镓(in-situp-GaN)的增强型氮化镓晶体管的结构。
技术介绍
氮化镓高功率组件是由原本空乏型工作方式，转而更有经济效益的增强型模式。目前市场产品皆为p型氮化镓作为栅极控制，但由于氮化镓材料对于p型(p-GaN)活化不易(活化浓度<1×18cm-3)，导致氮化镓与金属-半导体接口(Metal-semiconductorinterface)容易崩溃；导致整体栅极损坏而无法提升优化崩溃电压和稳定性。另一方面，掘入式(recessed)栅极深度控制的缺点在于控制不易与介电层(dielectriclayer)过薄而易崩溃。两种方法都属于组件特性的临限电压(thresholdvoltage)；皆是由栅极负电压转为正电压(即空乏型D-mode转为增强型E-mode)。
技术实现思路
本专利技术目的之一是提升栅极的临限电压。本专利技术目的之一是提升介电层的崩溃电压。本专利技术公开一种增强型氮化镓晶体管的结构，包含：一源极电极；一漏极电极；一栅极电极；一p-III族氮化物层，设置于所述栅极电之下；一III族氮化物层，接触所述p-III族氮化物层的下表面、所述漏极电极的下表面、以及所述源极电极的下表面；一III族阻障层，设置于所述III族氮化物层的下表面；以及其中，所述栅极电极或所述漏极电极至少其一为一L型电极，且所述栅极电极与所述源极电极之间、或所述栅极电极与所述漏极电极之间至少其一存在一沟槽，所述沟槽的底部终止于所述III族阻障层之中；所述栅极电极或所述漏极电极的一端设置于所述沟槽之中。本专利技术公开一种封装芯片，包含：至少一增强型氮化镓晶体管的结构，所述结构包含：一源极电极；一漏极电极；一栅极电极；一p-III族氮化物层，设置于所述栅极电极之下；一III族氮化物层，接触所述p-III族氮化物层的下表面、所述漏极电极的下表面、以及所述源极电极的下表面；以及一III族阻障层，设置于所述III族氮化物层的下表面；其中，所述栅极电极或所述漏极电极至少其一为一L型电极，且所述栅极电极与所述源极电极之间、或所述栅极电极与所述漏极电极之间至少其一存在一沟槽，所述沟槽的底部终止于所述III族阻障层之中；所述栅极电极或所述漏极电极的一端设置于所述沟槽之中；以及所述封装芯片为所述结构的组合。附图说明图1A显示本专利技术增强型氮化镓晶体管的结构一实施例的示意图。图1B显示基板上表面凸块的侧面示意图。图1C显示基板上表面凸块的俯视示意图。图1D显示浓度分布图。图1E显示掘入式栅极的能带图。图1F显示p型氮化镓栅极的能带图。图1G显示掘入式栅极的能带图。图1H显示p型氮化镓栅极的能带图。图1I显示漏极电流跟栅极电压图。图1J显示漏极电流跟漏极电压图。图1K显示本实施例的电场图。图1L显示本专利技术增强型氮化镓晶体管的结构一实施例的示意图。图2A显示本专利技术增强型氮化镓晶体管的结构一实施例的示意图。图2B显示本专利技术增强型氮化镓晶体管的结构一实施例的示意图。图3显示一封装芯片的示意图。符号说明：100、200增强型氮化镓晶体管的结构10源极电极11漏极电极12栅极电极101、201p-III族氮化物层102、202III族氮化物层103、203III族阻障层PL场效电板D介电层C通道层B缓冲层S基板2DEG二维电子气J、K端T凸块13二极管300封装芯片30非掘入式的增强型氮化镓晶体管的结构具体实施方式请参考图1A，图1A显示本专利技术增强型氮化镓晶体管的结构一实施例的示意图。结构100包含：源极电极10、漏极电极11、栅极电极12、p-III族氮化物层101、III族氮化物层102、III族阻障层103、场效电板PL、介电层D、通道层C、缓冲层B、以及基板S。p-III族氮化物层101，设置于栅极电极12的下；、III族氮化物层102接触p-III族氮化物层101的下表面、漏极电极11的下表面、以及源极电极10的下表面；III族阻障层103设置于III族氮化物层102的下表面。在一实施例中，p-III族氮化物层101为P型氮化镓(p-GaN)所实现、III族氮化物层102为氮化镓(GaN)所实现。请注意，在本实施例中，栅极电极12为一L型电极，且栅极电极12与源极电极10之间存在一沟槽R，源极电极10横跨沟槽R，且沟槽R的底部终止于III族阻障层103之中，即沟槽R的底部接近III族阻障层103与通道层C的交界；其中，栅极电极12的一端设置于沟槽R之中，而漏极电极11或源极电极10覆盖部分p-III族氮化物层101的上表面。于一实施例中，栅极电极12的一端J系垂直伸入于沟槽R中，且栅极电极12的一端J不接触III族阻障层103的侧壁，栅极电极12的一端J终止于III族阻障层103所延伸的平面。除此之外，源极电极10亦为L型电极，栅极电极12与源极电极10之间存在沟槽R，栅极电极12另一端则接触p-III族氮化物层101的上表面。场效电板PL覆盖部分栅极电极12，且场效电板PL凸出于栅极电极12上表面；以及介电层D填充于沟槽R并覆盖源极电极10的表面、场效电板PL的表面、漏极电极11的表面、栅极电极12的表面、p-III族氮化物层101的表面、III族氮化物层102的表面以及III族阻障层103的表面。源极电极10为另一个L型电极，源极电极10的一端接触p-III族氮化物层101，另一端延伸于场效电板PL与III族氮化物层102之上，且源极电极10横跨沟槽R。其中，二维电子气2DEG位置如图所示。请同时参考图1B与图1C，图1B显示基板S上表面凸块T的侧面示意图，图1C显示基板S上表面凸块T的俯视示意图，基板S上表面分布设置两个以上凸块T，凸块T呈数组形排列，且凸块T凸出于基板S上表面，而基板S设置于缓冲层B的下表面；通道层C设置于缓冲层B之上，且通道层C设置于III族阻障层103的下表面。其中，缓冲层B可为氮化铝镓(AlxGa1-xN)所实现，且x＝0.03～0.05。凸块T的高度小于1μm，凸块T最大长度小于200nm，凸块T之间的距离为490～500nm。在一实施例中，凸块T可为六角柱状体所实现；上述的结构100可以减少先前技术的缺陷密度，并使结构100减少漏电以及磊晶厚度(磊晶厚度可小于4μm)；除此之外，因场效电板PL凸出于栅极电极12上表面、以及源极电极10为另一个L型电极，可同时维持或增加结构100的高崩溃电压。在一实施例中，凸块T可为六角柱状体所实现；上述的结构100可以减少先前技术的缺陷密度，并使结构100减少漏电以及磊晶厚度(磊晶厚度可小于4μm)；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增强型氮化镓晶体管的结构，其特征在于，该结构包含：/n一源极电极；/n一漏极电极；/n一栅极电极；/n一p-III族氮化物层，设置于所述栅极电极之下；/n一III族氮化物层，接触所述p-III族氮化物层的下表面、所述漏极电极的下表面、以及所述源极电极的下表面；以及/n一III族阻障层，设置于所述III族氮化物层的下表面；/n其中，所述栅极电极或所述漏极电极至少其一为一L型电极，且所述栅极电极与所述源极电极之间、或所述栅极电极与所述漏极电极之间至少其一存在一沟槽，所述沟槽的底部终止于所述III族阻障层之中；所述栅极电极或所述漏极电极的一端设置于所述沟槽之中。/n

【技术特征摘要】
20200122 TW 1091024101.一种增强型氮化镓晶体管的结构，其特征在于，该结构包含：
一源极电极；
一漏极电极；
一栅极电极；
一p-III族氮化物层，设置于所述栅极电极之下；
一III族氮化物层，接触所述p-III族氮化物层的下表面、所述漏极电极的下表面、以及所述源极电极的下表面；以及
一III族阻障层，设置于所述III族氮化物层的下表面；
其中，所述栅极电极或所述漏极电极至少其一为一L型电极，且所述栅极电极与所述源极电极之间、或所述栅极电极与所述漏极电极之间至少其一存在一沟槽，所述沟槽的底部终止于所述III族阻障层之中；所述栅极电极或所述漏极电极的一端设置于所述沟槽之中。


2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，当所述源极电极为另一个所述L型电极，则所述栅极电极与所述源极电极的间存在所述沟槽，且所述栅极电极另一端接触所述p-III族氮化物层。


3.根据权利要求2所述的结构，其特征在于，该结构包含：
一场效电板，覆盖部分所述栅极电极；以及
一介电层，填充所述沟槽并覆盖所述源极电极的表面、所述场效电板的表面、所述漏极电极的表面、所述栅极电极的表面、所述p-III族氮化物层的表面、所述III族氮化物层的表面以及所述III族阻障层的表面。


4.根据权利要求3所述的结构，其特征在于，所述源极电极为另一个所述L型电极，所述源极电极的一端接触所述p-III族氮化物层，另一端延伸于所述场效电板与所述III族氮化物层之上。


5.根据权利要求4所述的结构，其特征在于，所述源极电极被一二极管共享。


6.根据权利要求5所述的结构，其特征在于，所述结构还包含：
一通道层；
一缓冲层；以及
一基板，所述基板上表面分布设置两个以上凸块，且所述基板设置于所述缓冲层的下表面；
其中，所述通道层设置于所述缓冲层之上，且所述通道层设置于所述III族阻障层的下表面。


7.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述漏极电极为所述L型电极，所述栅极电极与所述漏极电极之间存在所述沟槽，且所述漏极电极另一端接触所述III族氮化物层。


8.根据权利要求7所述的结构，其特征在于，所述结构包含：
一场效电板，覆盖部分所述栅极电极；以及
一介电层，填充所述沟槽并覆盖所述源极电极的表面、所述漏极电极的表面、所述栅极电极的表面、所述p-III族氮化物层的表面、所述III族氮化物层的表面以及所述III族阻障层的表面。


9.根据权利要求8所述的结构，其特征在于，所述源极电极为所述L型电极，所述源极电极的一端接触所述p-III族氮化物层，另一端延伸于所述场效电板与所述III族氮化物层之上。


10.根据权利要求9所述的结构，其特征在于，所述源极电极被一二极管共享。


11.根据权利要求10所述的结构，其特征在于，所述结构还包含：
一通道层；
一缓冲层；以及
一基板，所述基板上表面分布设置两个以上凸块，且所述基板设置于所述缓冲层的下表面；
其中，所述通道层设置于所述缓冲层之上，且所述通道层设置于所述III族阻障层的下表面。


12.一种封装芯片...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱绍谚，林靖璋，
申请(专利权)人：聚力成半导体重庆有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50