[发明专利]具有集成型钳位二极管的横向高电子迁移率的晶体管

说明书

一种形成半导体器件的方法，包括：提供工程化衬底，形成耦合至所述工程化衬底的氮化镓层，通过在所述氮化镓层的前表面上形成氮化铝镓阻挡层来形成耦合至所述氮化镓层的沟道区，在所述沟道区的中心部分中形成耦合至所述氮化铝镓阻挡层的栅极电介质层；形成耦合至所述栅极电介质层的栅极接触；在所述沟道区的第一端处形成源极接触；在所述沟道区的第二端处形成通孔，利用导电材料填充所述通孔；形成耦合至所述通孔的漏极接触，移除所述工程化衬底，以暴露所述外延氮化镓层的后表面，并且在所述外延氮化镓层的后表面上形成漏极焊盘。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年12月6日提交的美国临时专利申请第62/430,649号的权益，其全部内容通过引用的方式并入本文。

背景技术

通常，基于功率器件的氮化镓外延生长在蓝宝石衬底上。由于衬底和外延层由不同的材料组成，因此基于功率器件在蓝宝石衬底上的氮化镓的生长是一种异质外延生长的过程。由于这种异质外延的生长过程，外延生长材料会呈现出各种负面影响，这些负面影响包括均匀性的降低和与外延层的电子/光学特性相关联的度量标准(metric)的降低。因此，该领域中需要与外延生长工艺和衬底结构相关的改进的方法和系统。

发明内容

本发明通常涉及横向高电子迁移率晶体管(high electron mobilitytransistors，HEMT)。更具体的，本发明涉及一种用于形成具有集成型n-i-n、n-i-p或n-p型钳位二极管的HEMT的系统和方法。仅仅是通过示例的方式，本发明已应用于用于使用陶瓷衬底形成具有集成型n-i-n型钳位二极管的HEMT的系统和方法。所述方法和技术可以应用至各种半导体的工艺操作中。

根据本发明的一个实施例，一种形成半导体器件的方法，该方法包括：提供工程化衬底。所述工程化衬底包括多晶陶瓷芯、封装所述多晶陶瓷芯的阻挡层、耦合(couple)至所述阻挡层的键合层，以及耦合至所述键合层的实质单晶硅层。所述方法还包括：形成耦合至所述实质单晶硅层的外延氮化镓层。所述外延氮化镓层具有后表面和前表面。所述方法还包括：通过在所述外延氮化镓层的前表面上形成外延氮化铝镓阻挡层来形成耦合至所述外延氮化镓层的沟道区。所述沟道区具有第一端、第二端以及在第一端与第二端之间的中心部分。所述方法还包括：在所述沟道区的中心部分中形成耦合至所述外延氮化铝镓阻挡层的栅极电介质层；形成耦合至所述栅极电介质层的栅极接触；在所述沟道区的第一端处形成源极接触；并且在所述沟道区的第二端处形成通孔。该通孔贯穿外延氮化铝镓阻挡层和外延氮化镓层。该方法还包括：利用导电材料填充所述通孔；形成耦合至所述通孔的漏极接触；移除所述工程化衬底，以暴露所述外延氮化镓层的后表面；并且在所述外延氮化镓层的后表面上形成漏极焊盘。所述漏极焊盘通过所述通孔中的导电材料电耦合至所述漏极接触。

根据本发明的另一个实施例，一种形成半导体器件的方法，该方法包括：提供工程化衬底。所述工程化衬底包括多晶陶瓷芯、封装所述多晶陶瓷芯的阻挡层、耦合至所述阻挡层的键合层，以及耦合至所述键合层的实质单晶硅层。所述方法还包括：形成耦合至所述实质单晶硅层的第一外延N型氮化镓层。所述第一外延N型氮化镓层具有第一掺杂浓度。所述方法还包括：形成耦合至所述第一外延N型氮化镓层的第二外延N型氮化镓层。所述第二外延N型氮化镓层具有比所述第一掺杂浓度小的第二掺杂浓度。所述方法还包括：通过在所述第二外延N型氮化镓层上形成外延氮化铝镓阻挡层来形成耦合至所述第二外延N型氮化镓层的沟道区。所述沟道区具有第一端、第二端以及在第一端与第二端之间的中心部分。该方法还包括：在所述沟道区的中心部分中形成耦合至所述外延氮化铝镓阻挡层的栅极电介质层；形成耦合至所述栅极电介质层的栅极接触；在所述沟道区的第一端处形成源极接触；在所述沟道区的第二端处形成穿过所述第二外延N型氮化镓层的通孔，以暴露所述第一外延N型氮化镓层的一部分；利用导电材料填充所述通孔；以及在所述沟道区的第二端处形成漏极接触。所述漏极接触通过所述通孔中的导电材料电耦合至所述第一外延N型氮化镓层。