Iii族氮化物基增強模式晶體管的制作方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]至今，使用在功率電子應(yīng)用中的晶體管已典型地用硅(Si)半導(dǎo)體材料來制造。常見的用于功率應(yīng)用的晶體管器件包含Si CooIMOS, Si功率M0SFET、和Si絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。最近以來已考慮碳化硅(SiC)功率器件。諸如氮化鎵(GaN)器件的II1-N族半導(dǎo)體器件現(xiàn)在正顯現(xiàn)為有吸引力的候選以承載大電流、支撐高電壓并且提供非常低的開啟電阻和快的開關(guān)時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]在實施例中，III族氮化物基增強模式晶體管包含異質(zhì)結(jié)鰭片(fin)結(jié)構(gòu)。異質(zhì)結(jié)鰭片結(jié)構(gòu)的側(cè)面和頂面被P型III族氮化物層覆蓋。
【附圖說明】
[0003]附圖的元件不必相對于彼此成比例。相同的參考數(shù)字指出對應(yīng)的類似部分。各種圖解的實施例的特征能夠被組合，除非它們彼此排斥。實施例在附圖中被描繪并且在跟隨的描述中被詳述。
[0004]圖1圖解了依據(jù)第一實施例的III族氮化物基增強模式晶體管的橫截面視圖。
[0005]圖2a圖解了依據(jù)第二實施例的III族氮化物基增強模式晶體管的頂視圖。
[0006]圖2b圖解了III族氮化物基增強模式晶體管的頂視圖。
[0007]圖3圖解了依據(jù)第二實施例的III族氮化物基增強模式晶體管沿著線A-A的橫截面視圖。
[0008]圖4圖解了依據(jù)第二實施例的III族氮化物基增強模式晶體管沿著線B-B的橫截面視圖。
[0009]圖5圖解了依據(jù)第二實施例的III族氮化物基增強模式晶體管沿著線C-C的橫截面視圖。
[0010]圖6圖解了依據(jù)第三實施例的III族氮化物基增強模式晶體管的橫截面視圖。
[0011]圖7圖解了依據(jù)第四實施例的III族氮化物基增強模式晶體管的橫截面視圖。
[0012]圖8圖解了依據(jù)第五實施例的III族氮化物基增強模式晶體管的橫截面視圖。
【具體實施方式】
[0013]在下面的詳細(xì)描述中對附圖進(jìn)行參考，附圖形成其一部分并且在其中通過圖解的方式示出了在其中可以實踐本發(fā)明的特定實施例。在這點上，方向性的術(shù)語諸如“頂”、“底”、“前”、“后”、“首”、“尾”等參考正被描述的(一個或多個)附圖的定向來使用。因為實施例的組件能夠被定位在多個不同的定向上，方向性的術(shù)語被用于圖解的目的并且絕不是限制的。要被理解的是可以采用其它實施例并且可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)或邏輯變化而沒有脫離本發(fā)明的范圍。它的下面詳細(xì)的描述不要以限制的意思理解并且本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。
[0014]以下將解釋多個實施例。在該情形下，等同的結(jié)構(gòu)的特征在附圖中通過等同的或類似的參考符號來識別。在本描述的語境下，“橫向的”或“橫向的方向”應(yīng)該被理解為表示與半導(dǎo)體材料或半導(dǎo)體載體的橫向的廣度大體上平行延伸的方向或廣度。橫向的方向因而大體上與這些表面或側(cè)平行延伸。與此相比，術(shù)語“垂直的”或“垂直的方向”被理解為表示與這些表面或側(cè)并且因而與橫向的方向大體上正交延伸的方向。垂直的方向因此在半導(dǎo)體材料或半導(dǎo)體載體的厚度方向中延伸。
[0015]如在該說明書中使用，術(shù)語“耦合的”和/或“電耦合的”不打算表示元件必須直接耦合在一起，居間元件可以在“耦合的”或“電耦合的”元件之間被提供。
[0016]諸如高電壓耗盡模式晶體管的耗盡模式器件具有負(fù)的閾值電壓，其表示它能夠在零柵極電壓傳導(dǎo)電流。這些器件是常開的。諸如低電壓增強模式晶體管的增強模式器件具有正的閾值電壓，其表示它不能夠在零柵極電壓傳導(dǎo)電流，并且是常關(guān)的。
[0017]如在本文中所使用，短語“III族氮化物”指的是化合物半導(dǎo)體，所述化合物半導(dǎo)體包含氮(N)和至少一個III族元素，包含鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)、和硼(B)，并且包含但是不限制到其合金中的任何一個，比如諸如氮化鋁鎵(AlxGa(1_x)N)、氮化銦鎵(InyGa(1_y)N)、氮化鋁銦鎵(AlxInyGa(1_x_y)N)。氮化鋁鎵指的是由化學(xué)式AlxGa(1_x)N描述的合金，其中x〈l。
[0018]圖1圖解了依據(jù)第一實施例的包含異質(zhì)結(jié)鰭片結(jié)構(gòu)11的III族氮化物基增強模式晶體管10。異質(zhì)結(jié)鰭片結(jié)構(gòu)11的側(cè)面12和頂面13被P型III族氮化物層14覆蓋。
[0019]覆蓋異質(zhì)結(jié)鰭片結(jié)構(gòu)11的側(cè)面12和頂面13的P型III族氮化物層14的包含可以被用來將III族氮化物基晶體管結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成增強模式晶體管，所述III族氮化物基晶體管結(jié)構(gòu)在沒有P型III族氮化物層的情況下將是耗盡模式晶體管。
[0020]異質(zhì)結(jié)鰭片結(jié)構(gòu)11可以包含一個或多個鰭片15，所述一個或多個鰭片15也可以被描述為臺面結(jié)構(gòu)。鰭片15可以具有像條帶的形式并且基本上相互平行延伸。異質(zhì)結(jié)鰭片結(jié)構(gòu)11可以包含布置在第二 III族氮化物半導(dǎo)體層17上的第一 III族氮化物半導(dǎo)體層18，以使得異質(zhì)結(jié)16在第一 III族氮化物半導(dǎo)體層18和第二 III族氮化物半導(dǎo)體層17之間的界面處形成。鰭片15中的每個包含形成在兩個III族氮化物材料17、18之間的異質(zhì)結(jié)16，所述兩個III族氮化物材料17、18具有不同的帶隙。在相鄰的鰭片15之間的區(qū)可以被認(rèn)為是溝槽19，并且這些溝槽19用P型III族氮化物層14填充。額外地，組P型III族氮化物層14覆蓋鰭片15的頂面13。
[0021]III族氮化物基增強模式晶體管可以進(jìn)一步包含布置在P型III族氮化物層14上的柵極電極。柵極電極可以被直接地布置在P型III族氮化物層14上或柵極電介質(zhì)可以被布置在柵極電極和P型III族氮化物層之間。
[0022]柵極電極布置在P型III族氮化物層上并且延伸到在異質(zhì)結(jié)鰭片結(jié)構(gòu)的相鄰鰭片之間的區(qū)中。P型III族氮化物層可以裝襯限定異質(zhì)結(jié)鰭片結(jié)構(gòu)的相鄰鰭片的溝槽的壁。
[0023]P型III族氮化物層14密封異質(zhì)結(jié)鰭片結(jié)構(gòu)11以通過異質(zhì)結(jié)的勢皇層來克服可實現(xiàn)的內(nèi)建電勢的限制。異質(zhì)結(jié)鰭片結(jié)構(gòu)11可以被用來提供像溝槽的柵極結(jié)構(gòu)，其中側(cè)壁P型III族氮化物區(qū)形成橫向的耗盡并且頂P型III族氮化物區(qū)形成包含異質(zhì)結(jié)16的剩余鰭片的垂直耗盡。在氮化鋁鎵/氮化鎵的情形下，異質(zhì)結(jié)鰭片結(jié)構(gòu)11包含二維電子氣(2DEG)溝道。
[0024]該布置提供三重結(jié)基的耗盡機制以確保器件的常關(guān)晶體管行為，其可以即使在更高的NS密度的情況下被實現(xiàn)，所述更高的NS密度通過更厚的氮化鋁鎵勢皇層或在勢皇層中的更高摻雜鋁摻雜來獲得。在該器件結(jié)構(gòu)中的閾值電壓取決于結(jié)參數(shù)(P型III族氮化物層的摻雜水平和鰭片的寬度)。因此，載流子密度不受PN結(jié)的建立的電勢約束。如果勢皇層增加，則鰭片可以依據(jù)在空間電荷區(qū)中耗盡電荷的數(shù)量而在寬度上減少。因此，提供了低于800歐姆/方塊(ohm/sq)的薄層電阻而沒有增加器件電容(每面積)。
[0025]P型III族氮化物層14可以填充在異質(zhì)結(jié)鰭片結(jié)構(gòu)11的相鄰鰭片15之間的區(qū)。
[0026]異質(zhì)結(jié)鰭片結(jié)構(gòu)11可以被沉積在襯底上或異質(zhì)結(jié)鰭片結(jié)構(gòu)可以通過在襯底中引入溝槽以產(chǎn)生鰭片來制造。比如，溝槽19可以形成在襯底(其包含布置在第二 III族氮化物17上的第一 III族氮化物層18)的表面中，以使得形式為包含異質(zhì)結(jié)16的鰭片15的臺面結(jié)構(gòu)形成在相鄰的溝槽19之間。
[0027]P型III族氮化物層14可以被耦合到柵極電極。III族氮化物基增強模式晶體管可以進(jìn)一步包含III族氮化物背勢皇層。III族氮化物背勢皇層可以布置在第二 III族氮化物17下方并且可以包含具有第一 III族氮化物層的成分的材料。比如，第一 III族氮化物層18可以包含氮化鋁鎵(AlxGa(1_x)N)、第二 III族氮化物層17可以包含氮化鎵(GaN)并且III族氮化物背勢皇層可以包含氮化鋁鎵(AlxGa(1_x)N)。背勢皇層可以被定位在異質(zhì)結(jié)鰭片結(jié)構(gòu)的鰭片的基底下方或可以被定位在鰭片內(nèi)。
[0028]III族氮化物基增強模式晶體管10可以包含III族氮化物帽層，所述III族氮化物帽層布置在異質(zhì)結(jié)鰭片結(jié)構(gòu)11的頂面13和P型III族氮化物層14之間。
[0029]P型III族氮化物層14可以包含頂層，所述頂層布置在異質(zhì)結(jié)鰭片結(jié)構(gòu)11的頂面上和在包含P型III族氮化物的側(cè)層上。
[0030]P型III族氮化物層可以包含覆蓋異質(zhì)結(jié)鰭片結(jié)構(gòu)11的側(cè)面的側(cè)層，其可以被摻雜比如帶有鎂。在實施例中(在其中提供用于P型III族氮化物層的頂層和側(cè)層)，側(cè)層可以通過注