[發明專利]橫向溝槽MESFET

有效

• 申請號: 201210177984.1
• 申請日: 2012-06-01
• 公開（公告）號: CN102810563A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發明（設計）人: F.希爾勒;A.梅澤
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技奧地利有限公司
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/10
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王岳;李浩

優先權要求

本申請是于2011年6月3日提交的共同未決的美國專利申請No.13/152477的部分繼續申請，所述申請的內容以其全文通過引用結合于此。

技術領域

本申請涉及半導體器件，特別涉及橫向溝槽MESFET。

背景技術

MESFET（金屬半導體場效應晶體管）包括位于源極和漏極接觸區域之間的導電溝道。從源極到漏極的載流子流由肖特基金屬柵極所控制。通過改變對所述導電溝道的厚度進行調制并由此對電流進行調制的金屬觸點以下的耗盡層寬度來控制所述溝道。MESFET需要相對低的導通電阻（Ron）來實現良好的性能。此外，Si襯底上的GaN?MESFET的阻擋能力受GaN層的厚度所限制，這是因為電荷載流子的積聚出現在GaN和襯底之間的邊界表面上的Si中并且因此無法耗散任何電壓。然而，因為從GaN到Si的應力變化，GaN層的厚度受限制。

基于GaN的當前功率晶體管主要被構造為HEMT（高電子遷移率晶體管），其也被稱作異質結構FET（HFET）或調制摻雜FET（MODFET）。HEMT是具有在諸如GaN和AlGaN的具有不同帶隙的兩種材料之間的結的場效應晶體管，所述結形成溝道而不是諸如在MOSFET（金屬氧化物半導體場效應晶體管）中的摻雜區域。HEMT提供了形成于例如AlGaN阻擋層和GaN緩沖層之間的邊界上的2維電子氣（2DEG）。不用進一步的措施，這樣的構造導致了自傳導即正常導通晶體管。也就是說，HEMT在不存在正柵極電壓的情況下導電。

可以以這樣的方式提升導帶，例如利用柵極電極下的p型AlGaN或p型GaN層，這與沒有這樣的p型層的器件相比將所得到的施加電壓在正方向上移位了大約3V（等同于帶距離）。具有這樣的構造的HEMT是正常截止晶體管，因為需要正柵極電壓來導通所述晶體管。可替換地，可以使用凹陷柵極結構來確保HEMT用作正常截止晶體管。

在每種情況下，通常使用廉價的硅襯底來制造HEMT。然而，對于大于100V的高電壓而言，整個電壓必須在GaN層的厚度中被吸收，這是因為如以上所描述的，襯底無法耗散任何電壓。HEMT通常還具有平面柵極結構，這限制了溝道寬度。

發明內容

根據晶體管的實施例，所述晶體管包括在半導體主體中形成的溝槽，所述溝槽具有側壁和底部。所述晶體管進一步包括設置在所述溝槽中與所述側壁相鄰的第一半導體材料以及設置在所述溝槽中并且通過所述第一半導體材料與所述側壁隔開的第二半導體材料。所述第二半導體材料具有不同于所述第一半導體材料的帶隙。所述晶體管還包括設置在所述溝槽中并且通過所述第二半導體材料與所述第一半導體材料隔開的柵極材料。所述柵極材料提供所述晶體管的柵極。源極和漏極區域布置在所述溝槽中，其中插入在所述源極和漏極區域之間的溝道在第一或第二半導體材料中，以使得所述溝道具有沿所述溝槽的側壁的橫向電流流動方向。

根據一種制造晶體管的方法的實施例，所述方法包括：在半導體主體中形成溝槽，所述溝槽具有側壁和底部；形成與所述溝槽側壁相鄰的第一半導體材料；在所述溝槽中形成通過所述第一半導體材料與所述側壁隔開的第二半導體材料，所述第二半導體材料具有不同于所述第一半導體材料的帶隙；在所述溝槽中形成通過所述第二半導體材料與所述第一半導體材料隔開的柵極材料，所述柵極材料提供所述晶體管的柵極；并且在所述溝槽中形成源極和漏極區域，其中插入在源極和漏極區域之間的溝道在第一或第二半導體材料中，以使得所述溝道具有沿所述溝槽的側壁的橫向電流流動方向。

根據一種半導體器件的實施例，所述器件包括在半導體主體中形成的多個溝槽，每個溝槽具有側壁和底部。所述器件進一步包括與每個溝槽的側壁相鄰設置的第一半導體材料以及在每個溝槽中設置在所述第一半導體材料上的第二半導體材料。所述第二半導體材料具有不同于所述第一半導體材料的帶隙。所述器件還包括在每個溝槽中設置在所述第二半導體材料上的柵極材料。第一或第二半導體材料中的溝道具有沿每個溝槽的側壁的橫向電流流動方向。

根據一種制造半導體器件的方法的實施例，所述方法包括：在半導體主體中形成多個溝槽，每個溝槽具有側壁和底部；形成與每個溝槽的側壁相鄰的第一半導體材料；在每個溝槽中在所述第一半導體材料上形成第二半導體材料，所述第二半導體材料具有不同于所述第一半導體材料的帶隙；并且形成在每個溝槽中設置在所述第二半導體材料上的柵極材料，以使得第一或第二半導體材料中的溝道具有沿每個溝槽的側壁的橫向電流流動方向。

通過閱讀以下的詳細描述以及通過觀看附圖，本領域技術人員將會認識到附加特征和優勢。