[发明专利]具有改进的击穿电压性能的高电子迁移率晶体管结构

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求于2011年12月23日提交的美国临时专利申请序列号61/579,903号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

一般而言，本发明涉及半导体电路制造工艺，更具体而言，涉及基于III族V族(III-V)化合物半导体的晶体管。

背景技术

近年来，由于在电子器件和光电器件中的应用前景，已经加大对诸如氮化镓(GaN)及其相关合金的III族V族化合物半导体(通常称为III-V族化合物半导体)研究的力度。许多III-V族化合物半导体具有的大带隙和高电子饱和速率也使其成为应用于高温、高压、和高速电力电子设备的优秀候选物。应用III-V族化合物半导体的潜在电子器件的具体实例包括高电子迁移率晶体管(HEMT)和其他异质结双极晶体管。

在操作过程中，HEMT在栅极边缘周围形成大的表面电场，该表面电场影响栅极结构和漏极之间的漂移区的耗尽区曲线。虽然大的电场是HEMT应用于电力用途中的益处之一，但在操作过程中耗尽区的形状和尺寸可以对器件的击穿电压产生负面的影响。当对HEMT的栅极施加负偏压时，在栅极下方直接形成耗尽区曲线并引起栅极周围的高表面电场。栅极周围的电场浓度降低了击穿电压。

为了提高击穿电压，有时在栅极结构和漏极之间的钝化层上方的栅极结构的上方或者靠近栅极结构添加金属场板。场板调制表面电场分布并增强击穿电压。然而，仍在继续寻找用于基于III-V族化合物半导体的晶体管的具有高击穿电压的新结构及其形成方法。

发明内容

一方面，本发明提供了一种高电子迁移率晶体管(HEMT)，包括：硅衬底；非故意掺杂氮化镓(UID GaN)层，位于所述衬底上方；供给层，位于所述UID GaN层上方；载流子沟道层，位于所述UID GaN层和所述供给层的界面处；栅极结构、漏极、和源极，都位于所述供给层上方，所述栅极结构设置在所述漏极和所述源极之间；钝化层，位于所述栅极结构和所述漏极之间的所述供给层的上方，所述钝化层的介电常数小于所述供给层的介电常数；其中，所述载流子沟道层具有比位于所述栅极结构和所述漏极之间的漂移区中的所述UID GaN层更小的表面积。

在所述的HEMT中，所述载流子沟道层的最小宽度是所述UID GaN层的宽度的50％或者大于所述UID GaN层的宽度的50％。

在所述的HEMT中，所述供给层在所述漂移区中是不连续的。

在所述的HEMT中，所述钝化层具有一个或多个第一部分，所述一个或多个第一部分通过所述供给层中的一处或多处不连续接触所述UID GaN层；以及第二部分，所述第二部分位于所述第一部分和所述供给层的上方。

在所述的HEMT中，从顶部向下观察时，所述钝化层的所述一个或多个第一部分是四边形。

在所述的HEMT中，所述钝化层的所述一个或多个第一部分都没有邻接所述栅极。

在所述的HEMT中，所述供给层在所述漂移区的一个或多个部分的厚度为约3纳米或者小于3纳米。

在所述的HEMT中，所述钝化层具有位于所述供给层中的一个或多个第一部分以及位于所述第一部分和所述供给层上方的第二部分。

在所述的HEMT中，所述钝化层包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳掺杂氧化硅、碳掺杂氮化硅或者碳掺杂氮氧化硅。

所述的HEMT还包括邻接栅极边缘的埋氧层，所述埋氧层被所述供给层包围。

所述的HEMT还包括位于所述栅极结构上方的场板。

在所述的HEMT中，所述供给层包含未掺杂氮化铝或者未掺杂氮化镓铝。

另一方面，本发明还提供了一种高电子迁移率晶体管(HEMT)，包括：硅衬底；非故意掺杂氮化镓(UID GaN)层，位于所述衬底上方；供给层，位于所述UID GaN层上方；载流子沟道层，位于所述UID GaN层和所述供给层的界面处；栅极结构、漏极、和源极，都位于所述供给层上方，所述栅极结构设置在所述漏极和所述源极之间；其中，所述供给层在所述栅极结构和所述漏极之间的漂移区中具有一个或多个通孔；以及钝化层，位于所述供给层上方并填充所述一个或多个通孔。

在所述的HEMT中，所述载流子沟道层的最小宽度是所述UID GaN层的宽度的约50％至约90％。

在所述的HEMT中，所述钝化层的介电常数小于约9。