本發(fā)明涉及用于高電壓和高電流應(yīng)用的氮化鎵(gan)半導(dǎo)體功率晶體管，諸如ganhemt(high?electron?mobility?transistor，高電子遷移率晶體管)。

背景技術(shù)：

1、在場效應(yīng)晶體管中，場板可以用于在電極之間建造或使電場成形，例如在柵極周圍的區(qū)中以及在柵極與漏極之間，以降低動態(tài)導(dǎo)通電阻、增加器件擊穿電壓并提高可靠性。

2、在一些器件結(jié)構(gòu)中，柵極金屬用于形成柵極金屬場板(gate?metal?field?plate，gmfp)。例如，可以通過柵極金屬沉積和蝕刻或者通過使用剝離金屬化工藝來制造階梯式gmfp。剝離是指圖案化掩模材料(例如光刻膠)并且在整個區(qū)域上方沉積薄膜(例如柵極金屬)以及然后移除掩模材料以僅在未被掩模的區(qū)域中留下薄膜的過程。

3、剝離金屬化工藝的缺點(diǎn)是不需要的金屬層和暈圈可能在剝離之后留在晶圓的表面上。對于高電壓應(yīng)用(例如使用gan半導(dǎo)體hemt)而言，不需要的金屬擠壓的存在可能導(dǎo)致電場擁擠并潛在地致使電介質(zhì)失效。

4、存在對用于高壓應(yīng)用的包括場板的gan?hemt的改進(jìn)的或替代的器件結(jié)構(gòu)及制造工藝的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明尋求為gan半導(dǎo)體功率晶體管(例如包括場板的gan?hemt)提供改進(jìn)的或替代的器件結(jié)構(gòu)及制造工藝，其克服了上面提到的問題中的一個或多個。

2、本發(fā)明的各方面提供了一種包括gan半導(dǎo)體功率晶體管(例如gan?hemt)的器件結(jié)構(gòu)及制造方法，該gan半導(dǎo)體功率晶體管包括階梯式場板。

3、一個方面提供了一種包括增強(qiáng)型gan半導(dǎo)體功率晶體管的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，包括：

4、外延層結(jié)構(gòu)，該外延層結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底、緩沖層、包括提供2deg有源區(qū)的gan溝道層和algan勢壘層的gan半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)；

5、p-gan層，該p-gan層被圖案化以限定p-gan柵極區(qū)；

6、第一鈍化層；

7、穿過第一鈍化層的用于源極接觸件和漏極接觸件的接觸件開口；

8、所述接觸件開口內(nèi)的歐姆接觸金屬，該歐姆接觸金屬被圖案化以形成源極接觸件和漏極接觸件；

9、第二鈍化層；

10、穿過第一鈍化層和第二鈍化層到達(dá)p-gan柵極區(qū)的柵極接觸件開口；

11、柵極接觸件開口內(nèi)的柵極金屬，該柵極金屬被圖案化以形成柵極接觸件；

12、整體延伸的一個或多個電介質(zhì)層；

13、階梯式開口，該階梯式開口被蝕刻到所述一個或多個電介質(zhì)層中用于階梯式源極接觸件、階梯式漏極接觸件和階梯式柵極場板；

14、至少一個導(dǎo)電金屬層，該至少一個導(dǎo)電金屬層填充每個階梯式開口并形成階梯式源極接觸件、階梯式漏極接觸件和階梯式柵極場板。

15、柵極場板下方的第一鈍化層和第二鈍化層的厚度以及階梯式柵極場板的每個階梯的階梯尺寸被配置為使電場在柵極接觸件與漏極接觸件之間在階梯式柵極場板下方成形。

16、至少一個導(dǎo)電金屬層可以包括單個金屬層。至少一個導(dǎo)電金屬層可以包括多個金屬層。

17、該半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)可以包括在一個或多個電介質(zhì)層中的用于連接源極接觸件和柵極場板的互連跡線的開口，用于互連跡線的該開口填充有導(dǎo)電金屬。

18、柵極金屬接觸件可以通過剝離金屬工藝或者通過柵極金屬的沉積和蝕刻來形成。一個或多個電介質(zhì)層可以包括被蝕刻以形成階梯式開口的多個電介質(zhì)層；并且至少一個導(dǎo)電金屬層包括填充階梯式開口以形成階梯式源極接觸件、階梯式漏極接觸件和階梯式柵極場板的多個金屬層。一個或多個電介質(zhì)層可以包括一個或多個蝕刻停止層。

19、本發(fā)明的另一方面提供了一種制造增強(qiáng)型gan半導(dǎo)體功率晶體管的方法，包括：

20、提供外延層結(jié)構(gòu)，該外延層結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底、緩沖層、包括提供2deg有源區(qū)的gan溝道層和algan勢壘層的gan半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)以及覆蓋p-gan層；

21、蝕刻覆蓋p-gan層以限定p-gan柵極區(qū)；

22、提供遮蓋p-gan柵極區(qū)的第一鈍化層；

23、蝕刻穿過第一鈍化層的用于源極接觸件和漏極接觸件的接觸件開口；

24、沉積并圖案化歐姆接觸金屬以形成源極接觸件和漏極接觸件；

25、提供第二鈍化層；

26、蝕刻穿過第一鈍化層和第二鈍化層到達(dá)p-gan柵極區(qū)的柵極接觸件開口；

27、沉積并圖案化柵極金屬以形成柵極接觸件；

28、整體沉積一個或多個電介質(zhì)層；

29、執(zhí)行電介質(zhì)蝕刻步驟的序列以限定用于階梯式源極接觸件、階梯式漏極接觸件和階梯式柵極場板的階梯式開口；

30、沉積至少一個導(dǎo)電金屬層以填充階梯式開口并形成階梯式源極接觸件、階梯式漏極接觸件和階梯式柵極場板。

31、一個或多個電介質(zhì)層可以包括用于產(chǎn)生階梯式開口的一個或多個蝕刻停止層。

32、柵極場板下方的第一鈍化層和第二鈍化層的厚度以及階梯式柵極場板的每個階梯的階梯尺寸被配置為使電場在柵極接觸件與漏極接觸件之間在階梯式柵極場板下方成形。

33、沉積至少一個導(dǎo)電金屬層的步驟可以包括沉積單個金屬層。沉積至少一個導(dǎo)電金屬層的步驟可以包括沉積多個金屬層。

34、執(zhí)行電介質(zhì)蝕刻步驟的序列可以包括蝕刻用于連接源極接觸件和柵極場板的互連跡線的開口，用于互連跡線的該開口是在沉積至少一個導(dǎo)電金屬層的步驟期間填充的。

35、沉積和圖案化柵極金屬以形成柵極接觸件可以包括剝離金屬工藝或者柵極金屬的沉積和蝕刻。

36、在一些實(shí)施例中，整體沉積一個或多個電介質(zhì)層的步驟，執(zhí)行電介質(zhì)蝕刻步驟的序列以限定用于階梯式源極接觸件、階梯式漏極接觸件和階梯式柵極場板的階梯式開口的步驟以及沉積至少一個導(dǎo)電金屬層以填充階梯式開口并形成階梯式源極接觸件、階梯式漏極接觸件和階梯式柵極場板的步驟包括對于用于階梯式開口的n＝1至n個階梯，其中n為整數(shù)：沉積第n電介質(zhì)層，在第n電介質(zhì)層中蝕刻第n開口，以及在第n開口內(nèi)沉積第n金屬層。

37、公開了一種具有階梯式柵極場板的gan半導(dǎo)體功率晶體管結(jié)構(gòu)及制造方法。所得的場板結(jié)構(gòu)對通過剝離金屬工藝制造的場板的限制不太敏感。

技術(shù)特征：

1.一種包括增強(qiáng)型gan半導(dǎo)體功率晶體管的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，其中，所述一個或多個電介質(zhì)層包括一個或多個蝕刻停止層。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，其中，所述階梯式柵極場板下方的所述第一鈍化層和所述第二鈍化層的厚度以及所述階梯式柵極場板的每個階梯的階梯尺寸被配置為使電場在所述柵極接觸件與所述漏極接觸件之間在所述階梯式柵極場板下方成形。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，其中，所述至少一個導(dǎo)電金屬層包括單個金屬層。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，其中，所述至少一個導(dǎo)電金屬層包括多個金屬層。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，包括：在所述一個或多個電介質(zhì)層中的用于連接所述源極接觸件和所述階梯式柵極場板的互連跡線的開口，用于所述互連跡線的所述開口填充有導(dǎo)電金屬。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，其中，所述柵極金屬接觸件通過剝離金屬工藝形成。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，其中，所述柵極金屬接觸件通過所述柵極金屬的沉積和蝕刻形成。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，其中，所述一個或多個電介質(zhì)層包括被蝕刻以形成所述階梯式開口的多個電介質(zhì)層；并且所述至少一個導(dǎo)電金屬層包括填充所述階梯式開口以形成階梯式源極接觸件、階梯式漏極接觸件和階梯式柵極場板的多個金屬層。

10.一種制造增強(qiáng)型gan半導(dǎo)體功率晶體管的方法，包括：

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述階梯式柵極場板下方的所述第一鈍化層和所述第二鈍化層的厚度以及所述階梯式柵極場板的每個階梯的階梯尺寸被配置為使電場在所述柵極接觸件與所述漏極接觸件之間在所述階梯式柵極場板下方成形。

12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，沉積至少一個導(dǎo)電金屬層的所述步驟包括沉積單個金屬層。

13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，沉積至少一個導(dǎo)電金屬層的所述步驟包括沉積多個金屬層。

14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，執(zhí)行所述電介質(zhì)蝕刻步驟的序列包括蝕刻用于連接所述源極接觸件和所述階梯式柵極場板的互連跡線的開口，用于所述互連跡線的所述開口是在沉積所述至少一個導(dǎo)電金屬層的所述步驟期間填充的。

15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，沉積并圖案化柵極金屬以形成柵極接觸件包括剝離金屬工藝。

16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，沉積并圖案化柵極金屬以形成柵極接觸件包括所述柵極金屬的沉積和蝕刻。

17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，

18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，

技術(shù)總結(jié)
公開了一種具有階梯式柵極場板的GaN半導(dǎo)體功率晶體管結(jié)構(gòu)及制造方法。使用接觸金屬和/或互連金屬來形成階梯式柵極場板。柵極場板的階梯式結(jié)構(gòu)通過電介質(zhì)蝕刻來限定以形成用于階梯式柵極場板的開口，并且柵極場板下方的電介質(zhì)厚度被尺寸設(shè)計(jì)和階梯式設(shè)計(jì)以適當(dāng)?shù)厥闺妶鲈跂艠O與漏極之間的區(qū)中成形。所得的階梯式柵極場板結(jié)構(gòu)對通過剝離金屬工藝制造的階梯式場板的限制不太敏感。

技術(shù)研發(fā)人員：維內(nèi)特·烏尼,托馬斯·麥克艾威
受保護(hù)的技術(shù)使用者：英飛凌科技加拿大公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10