[发明专利]具有多个栅极电介质层的异质结构晶体管

说明书

技术领域

本发明总体涉及高电压场效应晶体管（FET）；更具体地，涉及高电子迁移率晶体管（HEMT）和异质结构场效应晶体管（HFET），还涉及这样的功率晶体管器件的制造方法。

背景技术

一种类型的高电压FET是异质结构FET（HFET），也称为高电子迁移率晶体管（HEMT）。氮化镓（GaN）基的HFET和以其它宽带隙的III族氮化物为基的直接跃迁半导体材料如碳化硅（SiC）的HFET，由于它们的物理性能优于硅基器件，所以有利地被用于某些电子器件中。例如，由于氮化镓基的材料和器件结构所提供的高电子迁移率、高击穿电压、高饱和电子速度特性，氮化镓和氮化铝镓/氮化镓晶体管被广泛用在高速开关和高功率应用中（例如，电源开关和功率转换器）。由于HFET的物理性质，HFET可以比在相同电压下传导相同电流的其他半导体开关快得多地改变状态，且宽带隙可以改善HFET在升高的温度下的性能。

氮化镓基HFET器件通常包括在薄的栅极电介质（如氧化物）材料上形成的栅极构件。在过去，栅极氧化物和下面的氮化镓层之间的界面状态在氮化镓基HFET的稳定性和电可靠性方面发挥着重要的作用。改善栅极稳定性对于实现高电压（例如，600V）运行是必要的。通常的现有技术HFET栅极结构包括肖特基栅极，肖特基栅极不具有栅极氧化物、或是具有单个薄的栅极氧化物层。这些结构通常遭受在20-40V的范围内的低的临界电压。临界电压V_CRIT被定义为栅极到源极的电压V_GS，在该临界电压V_CRIT下栅极泄漏电流有相对急剧的上升。

栅极电介质的性质还会影响HFET的其他参数和特性。例如，栅极电介质层的厚度加下面的势垒层的厚度，部分地确定了高电压HFET的栅极阈值电压。虽然较厚的栅极电介质随着增加的温度或增加的施加栅极电压减小了栅极泄漏电流，但栅极电介质的厚度对阈值电压有贡献。因此，在热和电压的稳定性与为HFET器件提供恒定的阈值电压的能力之间存在权衡。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种异质结构半导体器件，包括：第一有源层；第二有源层，布置在所述第一有源层上，一个二维电子气体层形成在所述第一有源层和所述第二有源层之间；第一栅极电介质层，布置在所述第二有源层上；第二栅极电介质层，布置在所述第一栅极电介质层上；钝化层，布置在所述第二栅极电介质层上；栅极，穿过所述钝化层延伸到达所述第二栅极电介质层；第一欧姆接触和第二欧姆接触，电连接到所述第二有源层，所述第一欧姆接触和所述第二欧姆接触横向间隔开，所述栅极被布置在所述第一欧姆接触和所述第二欧姆接触之间。

根据本发明的又一方面，提供一种制造异质结构半导体器件的方法，包括：在基底上形成第一有源层；在所述第一有源层上形成第二有源层，所述第一有源层和所述第二有源层具有不同的带隙，以使得在所述第一有源层和所述第二有源层之间形成一个二维电子气体层；在所述第二有源层上形成第一栅极电介质层，所述第一栅极电介质层具有第一厚度；在所述第一栅极电介质层上形成第二栅极电介质层，所述第二栅极电介质层具有第二厚度，所述第二厚度大于所述第一厚度；形成第一欧姆接触和第二欧姆接触，所述第一欧姆接触和所述第二欧姆接触每个都竖直延伸穿过所述第二栅极电介质层和所述第一栅极电介质层，所述第一欧姆接触和所述第二欧姆接触都横向间隔开，且被电连接到所述第二有源层；以及形成栅极，所述栅极在所述第一欧姆接触和所述第二欧姆接触之间的一个横向位置处接触所述第二电介质层。

附图说明

参考下面的附图描述本发明的非限制性和非穷举性的实施方案，其中在各个视图中相似的附图标记指代相似的部件，除非另有说明。

图1是具有多层栅极电介质结构的示例半导体器件的横截面侧视图。

图2是示出用于制造具有多层栅极电介质结构的半导体器件的示例方法流程的图。

图3是示出用于制造具有多层栅极电介质结构的半导体器件的另一个示例方法流程的图。

图4是示出对于多个半导体器件而言的示例栅极泄漏增加相对于施加的栅极电压的曲线图。

在附图的所有这几幅图中，相应的附图标记指示相应的组件。本领域技术人员将会理解，在附图中示出元件是为简单和清楚起见，并没有必要按比例绘制。例如，附图中的一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大，以帮助更好地理解本发明的各个实施方案。此外，在商业上可行的实施方案中有用或有必要的常见但易于理解的元件通常未被示出，以使得较少干扰对本发明的上述各个实施方案的认识。

具体实施方式