用于增強(qiáng)模式氮化鎵晶體管的具有自對(duì)準(zhǔn)凸出部的柵極的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般地涉及晶體管，并且更具體地，涉及在柵極與2DEG區(qū)域之間具有減小的柵極漏損電流的增強(qiáng)模式GaN晶體管。
【背景技術(shù)】
[0002]氮化鎵半導(dǎo)體裝置由于它們?cè)诟哳l切換以攜帶大電流并支持高電壓的能力而越來越被需要。這些裝置的發(fā)展已被普遍地用在高功率/高頻應(yīng)用。制造用于這些類型應(yīng)用的裝置是基于顯現(xiàn)高電子移動(dòng)性且被不同地稱為異質(zhì)接面場(chǎng)效應(yīng)晶體管(HFET)、高速電子移動(dòng)性晶體管(HEMT)、或調(diào)制摻雜場(chǎng)效應(yīng)晶體管(M0DFET)的一般性裝置結(jié)構(gòu)。這些類型的裝置通?？衫缭?00kHz至100GHz的高頻率操作時(shí)能夠承受例如30V至2000V的高電壓。
[0003]氮化鎵HEMT裝置包括具有至少兩氮化物層的氮化物半導(dǎo)體。不同的材料形成于半導(dǎo)體或形成于緩沖層上，使得這些層具有不同的帶隙。在相鄰的氮化物層中的不同材料也導(dǎo)致極化，這有利于接近兩層的接合處的導(dǎo)電性二維電子氣(2DEG)區(qū)域，特別是在具有較窄帶隙的層中。
[0004]導(dǎo)致極化的氮化物層通常包括鄰近一層氮化鎵的氮化鋁鎵阻擋層以包括2DEG，其允許電荷流經(jīng)裝置。該阻擋層可被摻雜或不摻雜。由于2DEG區(qū)域在零柵極偏壓的狀態(tài)下存在于柵極下方，大多數(shù)氮化物裝置通常位于耗盡模式裝置。如果2DEG區(qū)域在零施加?xùn)艠O偏壓的狀態(tài)下位于柵極下方被耗盡(即，被移除)，則該裝置可以是增強(qiáng)模式裝置。增強(qiáng)模式裝置是常閉的并且是所需要的，由于它們提供增加的安全性，并且由于它們更容易以簡(jiǎn)單、成本低的驅(qū)動(dòng)電路的方式控制。增強(qiáng)模式裝置需要在柵極處施加的正偏壓以便傳導(dǎo)電流。
[0005]圖1示出傳統(tǒng)的增強(qiáng)模式氮化鎵晶體管的示意圖。如圖所示，p型材料101用作柵極103。在0V偏壓時(shí)，p型材料101耗損位于柵極103下方的2DEG 102，并且該裝置處于關(guān)斷(OFF)狀態(tài)。所述晶體管通過施加正電壓到柵極103而轉(zhuǎn)為接通(0N)。圖2示出傳統(tǒng)增強(qiáng)模式的氮化鎵晶體管的兩柵極漏損電流路徑201，202的示意圖。第一柵極漏損電流路徑201沿著P型柵極材料101的側(cè)壁流動(dòng)，而第二柵極漏損電流路徑202流過p型柵極材料101的凸塊。
[0006]圖3A和圖3B示出兩個(gè)測(cè)試結(jié)構(gòu)300A，300B的示意圖，其設(shè)計(jì)成確定用于增強(qiáng)模式氮化鎵晶體管的可導(dǎo)致較低柵極漏損電流的結(jié)構(gòu)類型。具體地，在圖3A中所示的晶體管結(jié)構(gòu)300A設(shè)計(jì)成當(dāng)相比于圖3B中所示的晶體管結(jié)構(gòu)300B時(shí)具有更大的柵極表面區(qū)域和較少的柵極邊緣。在該實(shí)例中，晶體管結(jié)構(gòu)300A具有140，ΟΟΟμπι2的柵極表面積和2，500μπι的邊緣，而晶體管結(jié)構(gòu)300Β具有84，ΟΟΟμπι2的柵極表面積和247，ΟΟΟμπι的邊緣。
[0007]圖4分別示出圖3Α和圖3Β所示的晶體管結(jié)構(gòu)300Α，300Β的柵極漏損電流的比較曲線圖。如圖所示，結(jié)構(gòu)300Β具有高于結(jié)構(gòu)300Α的柵極漏損電流，這表明柵極漏損電流主要沿著柵極邊緣即圖2中所示的路徑201。
[0008]因此，本發(fā)明的目的在于提供一種增強(qiáng)模式的氮化鎵晶體管，其在柵極103和2DEG102之間具有減小的柵極漏損電流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本文中所公開的增強(qiáng)模式的氮化鎵晶體管及其制造方法為在柵極觸點(diǎn)和2DEG區(qū)域之間具有減小的柵極漏損電流的增強(qiáng)模式氮化鎵晶體管及其制造方法。該增強(qiáng)模式的氮化鎵晶體管包括:氮化鎵層;阻擋層，其布置在氮化鎵層上，并具有形成在氮化鎵層和阻擋層之間界面處的2DEG區(qū)域；以及布置在該阻擋層上的源極觸點(diǎn)和漏極觸點(diǎn)。氮化鎵晶體管還包括形成于所述阻擋層上方且在源極觸點(diǎn)和漏極觸點(diǎn)之間的P型柵極材料；以及布置在所述P型柵極材料上的柵極金屬，其中P型柵極材料包括分別朝向源極觸點(diǎn)和漏極觸點(diǎn)延伸的一對(duì)自對(duì)準(zhǔn)的凸出部。
[0010]本文所公開的用于制造增強(qiáng)模式氮化鎵晶體管的方法包括下述步驟:形成氮化鎵層;在氮化鎵層上形成阻擋層;將P型柵極材料沉積在阻擋層上;將柵極金屬沉積在P型柵極材料上;在柵極金屬上形成光阻；
[0011 ]蝕刻?hào)艠O金屬與P型柵極材料；以及各向同性地蝕刻?hào)艠O金屬，以在P型柵極材料上在柵極金屬下方形成一對(duì)凸出部。
【附圖說明】
[0012]本公開的特征、目的、和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖所作的詳細(xì)描述將變得更加明了，遍及附圖，相同的參考標(biāo)記指代相同的元件，其中:
[0013]圖1為示出傳統(tǒng)增強(qiáng)模式氮化鎵晶體管的示意圖。
[0014]圖2為示出傳統(tǒng)增強(qiáng)模式氮化鎵晶體管的兩個(gè)柵極漏損電流路徑的示意圖。
[0015]圖3A為示出增強(qiáng)模式的氮化鎵晶體管測(cè)試結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0016]圖3B為示出另一增強(qiáng)模式氮化鎵晶體管測(cè)試結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0017]圖4示出比較圖3A和圖3B中所示結(jié)構(gòu)的柵極漏損電流的曲線圖。
[0018]圖5為示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的晶體管裝置的示意圖。
[0019]圖6A至圖6C示出制造根據(jù)示例性實(shí)施例的具有自對(duì)準(zhǔn)的凸出部的晶體管裝置的柵極的制造過程。
[0020]圖7A為示出不具有凸出部的傳統(tǒng)柵極結(jié)構(gòu)的橫截面圖像。
[0021]圖7B為示出根據(jù)示例性實(shí)施例的具有自對(duì)準(zhǔn)的凸出部的柵極結(jié)構(gòu)的橫截面圖像。
[0022]圖8示出比較圖7A和圖7B中所示柵極結(jié)構(gòu)的柵極漏損電流的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]在下面的詳細(xì)描述中，參考了某些實(shí)施例。這些實(shí)施例通過足夠詳細(xì)的描述使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵺`它們。但是應(yīng)當(dāng)理解的是，可采用其它實(shí)例，并且可以做出不同結(jié)構(gòu)、邏輯和電路方面的改變。在以下詳細(xì)描述中所公開的特征組合可能沒有必要在最廣義的教導(dǎo)下實(shí)施，而是僅僅教導(dǎo)描述本發(fā)明教導(dǎo)的特定代表性實(shí)例。
[0024]圖5為示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的晶體管裝置的示意圖。如圖所示，晶體管包括源極金屬510(即，源極觸點(diǎn))和漏極金屬512(即，漏極觸點(diǎn))以及設(shè)置于所述源極和漏極金屬之間的柵極觸點(diǎn)。具體地，氮化鎵基體層501設(shè)置有形成在氮化鎵基體層501上的阻擋層502以及形成在氮化鎵基體層和阻擋層502之間界面處的二維電子氣(2DEG)區(qū)域。在該示例性的實(shí)施例中，阻擋層502從氮化鋁鎵(AlGaN)形成。
[0025]如進(jìn)一步所示，柵極觸點(diǎn)包括形成于阻擋層502上的p型柵極材料503，并包括凸出部506，所述凸出部506由處于p型柵極材料503的頂部角落處的自對(duì)準(zhǔn)過程創(chuàng)建，如下面詳細(xì)地論述的那樣。柵極金屬504設(shè)置于p柵極材料503上。如圖所示，柵極金屬504具有比p型柵極材料503的寬度(S卩，p型柵極材料503的側(cè)表面之間的寬度)更小的寬度(S卩，柵極金屬504的側(cè)壁之間的寬度)，有效地在柵極金屬504的每一側(cè)上形成該對(duì)水平凸出部506。延伸經(jīng)過柵極金屬504側(cè)壁的該對(duì)凸出部506具有相等或本質(zhì)上相等的寬度，S卩，相應(yīng)的凸出部由于自對(duì)準(zhǔn)的制造過程從柵極金屬的相應(yīng)側(cè)壁到P型柵極材料的側(cè)面是對(duì)稱的。
[0026]采用自對(duì)準(zhǔn)制造過程的主要益處在于:(1)使得能夠創(chuàng)建具有最小臨界尺寸(“CD”)的p型柵極；(2)由于不需要第二掩模而降低制造成本