III族氮化物基增强模式晶体管制造技术

本发明专利技术涉及III族氮化物基增强模式晶体管。III族氮化物基增强模式晶体管包含异质结鳍片结构。异质结鳍片结构的侧面和顶面被p型III族氮化物层覆盖。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】
技术介绍
至今，使用在功率电子应用中的晶体管已典型地用硅(Si)半导体材料来制造。常见的用于功率应用的晶体管器件包含Si CooIMOS, Si功率M0SFET、和Si绝缘栅双极晶体管(IGBT)。最近以来已考虑碳化硅(SiC)功率器件。诸如氮化镓(GaN)器件的II1-N族半导体器件现在正显现为有吸引力的候选以承载大电流、支撑高电压并且提供非常低的开启电阻和快的开关时间。
技术实现思路
在实施例中，III族氮化物基增强模式晶体管包含异质结鳍片(fin)结构。异质结鳍片结构的侧面和顶面被P型III族氮化物层覆盖。【附图说明】附图的元件不必相对于彼此成比例。相同的参考数字指出对应的类似部分。各种图解的实施例的特征能够被组合，除非它们彼此排斥。实施例在附图中被描绘并且在跟随的描述中被详述。图1图解了依据第一实施例的III族氮化物基增强模式晶体管的横截面视图。图2a图解了依据第二实施例的III族氮化物基增强模式晶体管的顶视图。图2b图解了III族氮化物基增强模式晶体管的顶视图。图3图解了依据第二实施例的III族氮化物基增强模式晶体管沿着线A-A的横截面视图。图4图解了依据第二实施例的III族氮化物基增强模式晶体管沿着线B-B的横截面视图。图5图解了依据第二实施例的III族氮化物基增强模式晶体管沿着线C-C的横截面视图。图6图解了依据第三实施例的III族氮化物基增强模式晶体管的横截面视图。图7图解了依据第四实施例的III族氮化物基增强模式晶体管的横截面视图。图8图解了依据第五实施例的III族氮化物基增强模式晶体管的横截面视图。【具体实施方式】在下面的详细描述中对附图进行参考，附图形成其一部分并且在其中通过图解的方式示出了在其中可以实践本专利技术的特定实施例。在这点上，方向性的术语诸如“顶”、“底”、“前”、“后”、“首”、“尾”等参考正被描述的(一个或多个)附图的定向来使用。因为实施例的组件能够被定位在多个不同的定向上，方向性的术语被用于图解的目的并且绝不是限制的。要被理解的是可以采用其它实施例并且可以进行结构或逻辑变化而没有脱离本专利技术的范围。它的下面详细的描述不要以限制的意思理解并且本专利技术的范围由所附权利要求限定。以下将解释多个实施例。在该情形下，等同的结构的特征在附图中通过等同的或类似的参考符号来识别。在本描述的语境下，“横向的”或“横向的方向”应该被理解为表示与半导体材料或半导体载体的横向的广度大体上平行延伸的方向或广度。横向的方向因而大体上与这些表面或侧平行延伸。与此相比，术语“垂直的”或“垂直的方向”被理解为表示与这些表面或侧并且因而与横向的方向大体上正交延伸的方向。垂直的方向因此在半导体材料或半导体载体的厚度方向中延伸。如在该说明书中使用，术语“耦合的”和/或“电耦合的”不打算表示元件必须直接耦合在一起，居间元件可以在“耦合的”或“电耦合的”元件之间被提供。诸如高电压耗尽模式晶体管的耗尽模式器件具有负的阈值电压，其表示它能够在零栅极电压传导电流。这些器件是常开的。诸如低电压增强模式晶体管的增强模式器件具有正的阈值电压，其表示它不能够在零栅极电压传导电流，并且是常关的。如在本文中所使用，短语“III族氮化物”指的是化合物半导体，所述化合物半导体包含氮(N)和至少一个III族元素，包含铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、和硼(B)，并且包含但是不限制到其合金中的任何一个，比如诸如氮化铝镓(AlxGa(1_x)N)、氮化铟镓(InyGa(1_y)N)、氮化铝铟镓(AlxInyGa(1_x_y)N)。氮化铝镓指的是由化学式AlxGa(1_x)N描述的合金，其中x〈l。图1图解了依据第一实施例的包含异质结鳍片结构11的III族氮化物基增强模式晶体管10。异质结鳍片结构11的侧面12和顶面13被P型III族氮化物层14覆盖。覆盖异质结鳍片结构11的侧面12和顶面13的P型III族氮化物层14的包含可以被用来将III族氮化物基晶体管结构转换成增强模式晶体管，所述III族氮化物基晶体管结构在没有P型III族氮化物层的情况下将是耗尽模式晶体管。异质结鳍片结构11可以包含一个或多个鳍片15，所述一个或多个鳍片15也可以被描述为台面结构。鳍片15可以具有像条带的形式并且基本上相互平行延伸。异质结鳍片结构11可以包含布置在第二 III族氮化物半导体层17上的第一 III族氮化物半导体层18，以使得异质结16在第一 III族氮化物半导体层18和第二 III族氮化物半导体层17之间的界面处形成。鳍片15中的每个包含形成在两个III族氮化物材料17、18之间的异质结16，所述两个III族氮化物材料17、18具有不同的带隙。在相邻的鳍片15之间的区可以被认为是沟槽19，并且这些沟槽19用P型III族氮化物层14填充。额外地，组P型III族氮化物层14覆盖鳍片15的顶面13。III族氮化物基增强模式晶体管可以进一步包含布置在P型III族氮化物层14上的栅极电极。栅极电极可以被直接地布置在P型III族氮化物层14上或栅极电介质可以被布置在栅极电极和P型III族氮化物层之间。栅极电极布置在P型III族氮化物层上并且延伸到在异质结鳍片结构的相邻鳍片之间的区中。P型III族氮化物层可以装衬限定异质结鳍片结构的相邻鳍片的沟槽的壁。P型III族氮化物层14密封异质结鳍片结构11以通过异质结的势皇层来克服可实现的内建电势的限制。异质结鳍片结构11可以被用来提供像沟槽的栅极结构，其中侧壁P型III族氮化物区形成横向的耗尽并且顶P型III族氮化物区形成包含异质结16的剩余鳍片的垂直耗尽。在氮化铝镓/氮化镓的情形下，异质结鳍片结构11包含二维电子气(2DEG)沟道。该布置提供三重结基的耗尽机制以确保器件的常关晶体管行为，其可以即使在更高的NS密度的情况下被实现，所述更高的NS密度通过更厚的氮化铝镓势皇层或在势皇层中的更高掺杂铝掺杂来获得。在该器件结构中的阈值电压取决于结参数(P型III族氮化物层的掺杂水平和鳍片的宽度)。因此，载流子密度不受PN结的建立的电势约束。如果势皇层增加，则鳍片可以依据在空间电荷区中耗尽电荷的数量而在宽度上减少。因此，提供了低于800欧姆/方块(ohm/sq)的薄层电阻而没有增加器件电容(每面积)。P型III族氮化物层14可以填充在异质结鳍片结构11的相邻鳍片15之间的区。异质结鳍片结构11可以被沉积在衬底上或异质结鳍片结构可以通过在衬底中引入沟槽以产生鳍片来制造。比如，沟槽19可以形成在衬底(其包含布置在第二 III族氮化物17上的第一 III族氮化物层18)的表面中，以使得形式为包含异质结16的鳍片15的台面结构形成在相邻的沟槽19之间。P型III族氮化物层14可以被耦合到栅极电极。III族氮化物基增强模式晶体管可以进一步包含III族氮化物背势皇层。III族氮化物背势皇层可以布置在第二 III族氮化物17下方并且可以包含具有第一 III族氮化物层的成分的材料。比如，第一 III族氮化物层18可以包含氮化铝镓(AlxGa(1_x)N)、第二 III族氮化物层17可以包含氮化镓(GaN)并且III族氮化物背势皇层可以包含氮化铝镓(AlxGa(1_x)N)。背势皇层可以被定位在异质结鳍片结构的鳍片的基底下方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种III族氮化物基增强模式晶体管，包括异质结鳍片结构，其中异质结鳍片结构的侧面和顶面被p型III族氮化物层覆盖。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：O赫贝伦，C奥斯特迈尔，G普雷希特尔，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT