绝缘栅Ｅ模式晶体管制造技术

本文描述了一种增强模式ＩＩＩ族氮化物晶体管，其具有截止状态下的大的源极到漏极势垒、低的截至状态泄漏、和接入区中的低沟道电阻。该器件可以包括在栅极下面的电荷耗尽层和／或在栅极区外面即在接入区中的电荷增强层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及晶体管，更特别地涉及III族氮化物型晶体管。
技术介绍
作为III-V或III族氮化物型器件的氮化镓(GaN)半导体器件作为功率半导体 器件的有吸引力的候选而出现，因为GaN器件能够载送大的电流并支持高电压。此类器件 还能够提供非常低的导通电阻和快速切换时间。高电子迁移率晶体管(HEMT)是可以基于 GaN材料制造的一类功率半导体器件。如这里使用的，适合于晶体管的GaN材料包括二元、 三元、或四元材料，其是基于改变AlxInyGai_x_yN中的III族元素Al、In、Ga的相对量，使得 0彡χ彡1、0彡y彡1且 彡Ι-χ-y彡1。此外，GaN材料可以包括AlInGaN的各种极性， 诸如镓极性、氮极性、半极性或非极性。参照图1，例如GaN HEMT器件的场效应晶体管(FET)可以包括具有在其上面形成 的至少两个III族氮化物层的III族氮化物半导体主体。例如可以是AlGaN的形成III族 氮化物层12的材料具有比可以是GaN的形成缓冲层11的材料大的带隙。由于相邻III族 氮化物层中的不同材料而引起的极化场在两个层的结9附近、特别是在具有较窄带隙的层 中感生导电二维电子气(2DEG)区域。2DEG区域在图中自始至终被示为虚线。传导电流的 层之一是沟道层。在这里，将载流沟道或2DEG所在的较窄带隙层称为沟道层。该器件还包 括肖特基栅极电极18和在栅极电极18的任一侧的欧姆源极和漏极电极16、17。允许传导 电流通过器件的栅极和漏极之间与栅极和源极之间的区是接入区7。栅极电极18下面的区 是栅极区6。图1示出典型的标准AlGaN/GaN HEMT结构，其可以被设计为具有_3V的阈值电压。 层10是诸如SiC、蓝宝石、Si、GaN这样的衬底，层11是GaN缓冲层，且层12是AlGaN，具有 例如20%的Al成分(Al.2Ga8N)。层11和12两者是Ga面材料。虚线表示存在于此结构中 的二维电子气(2DEG)。要求有负栅极电压以使栅极下面的2DEG耗尽并从而使器件截止。栅极电极18调节栅极接触下面的2DEG。诸如图1所示的标准AlGaN/GaN HEMT及 相关器件通常是常开的(即耗尽模式器件)，因此能够在0栅极电压下传导电流。耗尽模式 器件在向栅极施加OV时要求栅极区和接入区两者中的传导沟道。在功率电子装置中可以 期望的是，具有常闭器件(即增强模式器件)，该常闭器件在0栅极电压下不进行传导以通 过防止器件的任何意外导通来避免对器件或其它电路组件造成损坏。
技术实现思路
描述了增强模式(e模式)基于GaN的HEMT，其具有截止状态下的大的源极到漏极 势垒、低截止状态泄漏、和接入区中的低沟道电阻。这里所述的器件可以包括以下特征中的 一个或多个。e模式器件可以包括栅极下的电荷耗尽层。e模式器件可以包括在栅极区外 面、即在接入区中的电荷增强层。电荷耗尽层和/或电荷增强层可以应用于Ga面或N面中 的一者或两者。5在一个实施例中，描述了一种III族氮化物HEMT器件，其具有栅极电极、源极电极 和漏极电极、形成具有与源极和漏极电极形成欧姆接触的最上层的N面堆叠的一系列III 族氮化物层、和在栅极电极与N面堆叠的最上层之间的沟道耗尽部分。沟道耗尽部分未一 直延伸到源极电极。在另一实施例中，描述了一种III族氮化物HEMT器件。该器件包括栅极电极、源 极电极和漏极电极、形成具有最上层和与源极和漏极电极形成欧姆接触的沟道层的Ga面 堆叠的一系列III族氮化物层、在最上层上和器件的接入区之上的电介质层、在栅极与N面 堆叠的最上层之间的沟道耗尽部分、以及在电介质层与最上层之间并围绕沟道耗尽部分的 电荷增强III族氮化物层。沟道耗尽部分未一直延伸到源极电极。在另一实施例中，描述了一种III族氮化物HEMT器件。该器件具有栅极电极、源 极电极和漏极电极、形成具有最上层和与源极和漏极电极形成欧姆接触的沟道层的Ga面 堆叠的一系列III族氮化物层、在栅极电极与Ga面堆叠的最上层之间的沟道耗尽部分、在 最上层之上并围绕沟道耗尽部分的电荷增强III族氮化物层和在电荷增强III族氮化物层 与最上层之间的GaN层。沟道耗尽部分未一直延伸到源极电极。在另一实施例中，描述了一种常闭III族氮化物HEMT。该器件具有上栅极电极、 源极电极和漏极电极、形成具有最上层和与源极和漏极电极形成欧姆接触的沟道层的Ga 面堆叠的一系列III族氮化物层、和在上栅极电极与Ga面堆叠的最上层之间的沟道耗尽部 分。沟道耗尽部分未一直延伸到源极电极。一系列III族氮化物层包括邻近于该系列的N 面上的III族氮化物型覆盖层的P型III族氮化物盖帽层且该覆盖层中的孔使P型III族 氮化物盖帽层的一部分暴露。在另一实施例中，描述了一种III族氮化物HEMT器件。该器件具有栅极电极、源 极电极和漏极电极、具有最上层和与所述源极和漏极电极形成欧姆接触的沟道层的一系列 半极性或非极性III族氮化物层、和在栅极与半极性或非极性堆叠的最上层之间的沟道耗 尽部分，其中，沟道耗尽部分未一直延伸到源极电极。该器件的实施例可以包括以下特征中的一个或多个。最上层可以是沟道层，其中， 在器件的接入区中形成2DEG。沟道层的栅极区在不存在施加于栅极电极的电压的情况下可 以不包含2DEG，并且该器件可以是增强模式器件。最上层可以包括栅极区中的凹槽且所述 沟道耗尽部分可以在该凹槽中。沟道电荷增强层可以在最上层上，与沟道耗尽部分接触并 朝着源极电极和漏极电极延伸。场板可以朝着漏极电极延伸。沟道耗尽部分可以朝着漏极 电极部分地延伸。沟道电荷增强层可以包括SiN。ρ型III族氮化物区可以在沟道耗尽部 分与最上层之间。P型III族氮化物区可以从源极电极延伸到漏极电极，并且器件还可以 包括在邻近于与最上层相反的一侧的P型III族氮化物的器件的接入区中的附加GaN层。 P型III族氮化物区可以包括AlzGaN,其中，0. 05彡ζ彡0. 35。沟道耗尽部分可以包括高k 电介质。沟道耗尽部分可以由AlSiN、Ta2O5, HfO2或&02形成。沟道耗尽部分可以包括高 k电介质。所述沟道耗尽部分可以由AlSiN、Ta205、Hf02或&02形成。沟道耗尽部分可以朝 着漏极电极部分地延伸，但不接触漏极电极。场板可以朝着漏极电极延伸。AlN的中间层可 以在最上层与沟道层之间。GaN层可以在电荷增强III族氮化物层与最上层之间。最上层 可以是P型层。最上层可以是η型掺杂的。ρ型III族氮化物层可以在最上层与上栅极电 极之间。下栅极电极可以在覆盖层中的孔中或邻近于该孔。可以用氟来处理最上层的栅极区。在以下附图和说明中阐述了本专利技术的一个或多个实施例的细节。通过说明书和附 图、以及通过权利要求，本专利技术的其它特征、目的、和优点将变得显而易见。附图说明图1是耗尽模式III族氮化物器件的示意图。图2a是栅极区中具有沟道耗尽电介质的增强模式III族氮化物器件的示意图。图2b是增强模式III族氮化物器件的示意图。图2c是增强模式III族氮化物器件的示意图。图3是在栅极区中具有沟道耗尽电介质的N面增强模式III族氮化物器件的示意 图。图4是在栅极区和凹槽中具有沟道耗尽电介质的N面增强模式III族氮化物器件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ⅲ族氮化物ＨＥＭＴ器件，包括：栅极电极；源极电极和漏极电极；一系列Ⅲ族氮化物层，其形成具有与所述源极电极和漏极电极形成欧姆接触的最上层的Ｎ面堆叠；以及沟道耗尽部分，其在所述栅极电极与所述Ｎ面堆叠的所述最上层之间，其中，所述沟道耗尽部分未一直延伸到所述源极电极。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐昌秀，伊兰本雅各布，罗伯特科菲，乌梅什米什拉，
申请(专利权)人：特兰斯夫公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]