[發明專利]應力控制的HEMT

有效

• 申請號: 201310276434.X
• 申請日: 2013-07-03
• 公開（公告）號: CN103531624B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: G.庫拉托拉;R.斯伊米恩伊
• 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;H01L29/423;H01L21/335
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 蔣駿,劉春元

技術領域

本申請涉及高電子遷移率晶體管（HEMT），并且更具體涉及應力控制HEMT。

背景技術

基于氮化鎵（GaN）的高電子遷移率晶體管（HEMT）被用于功率和無線電頻率應用。HEMT具有二維電子氣（2DEG），該二維電子氣在與電子具有非常高的遷移率的AIGaN勢壘的界面附近的GaN層中形成。2DEG因為兩個基本原理而形成，這兩個基本原理是：（1）由于GaN層的自發極化引起的電荷，和（2）由于GaN和AIGaN層的晶格失配引起的壓電極化。AIGaN層的Al含量和厚度確定了壓電極化的程度。

因為2DEG的自動形成，所以HEMT典型地為常開器件。然而，功率器件通常被實現為常關器件。為了被常關，HEMT的2DEG必須在器件的源極和漏極之間被中斷。實現常關的HEMT的一種方式是將柵極凹進至AIGaN勢壘層中，將2DEG壓制（extinguish）在凹進區域的下方。盡管這種結構產生了常關結構，但是凹進過程必須被精確地控制，例如以大約只有1?nm來控制。另外，閾值電壓中的較大的散布由于柵極下方的AIGaN層的可變厚度而產生。此外，該柵極必須從AIGaN材料隔離，從而避免能夠由降低的柵極肖特基（Schottky）勢壘產生的較大的柵極泄漏。凹進的柵極結構也產生相對低的閾值電壓，這是對于功率應用而言所不期望的。

實現常關HEMT的另一種方式是由p摻雜GaN材料形成柵極。具有p摻雜GaN柵極的常關HEMT典型地具有大約1.5V的閾值電壓，但是AIGaN勢壘必須是薄的并且具有較低的Al含量，這由于2DEG中減少的載流子密度而負面影響通導電阻。因為與實現p摻雜GaN中高摻雜密度相關聯的困難和與經由p型半導體材料來有效耗盡2DEG通道相關聯的限制（甚至假設理論上高度摻雜的p型層），產生了這些限制。具有p摻雜GaN柵極的常關HEMT的其他缺點包括降低的跨導（transconductance）和有限的柵極電壓，這是因為p摻雜柵極形成pn結，其以大約5至6V的相對低的正柵極電壓開始導通。

也能夠通過將氟植入2DEG通道區域中來實現常關HEMT。這種結構具有大約1V的閾值電壓，但是用這個方法存在未解決的工藝問題，諸如所植入種類的穩定性、溫度相關性和老化。其他方法可以被用于制造常關HEMT。在所有情況下，電場被用于控制2DEG通道。

發明內容

根據晶體管器件的一個實施例，該晶體管器件包括異質結構主體，該異質結構主體包括源極、與源極間隔開的漏極以及在源極和漏極之間的二維電荷載流子氣體通道。該晶體管器件進一步包括在異質結構主體上的壓電柵極。該壓電柵極可操作成通過響應于被施加至壓電柵極的電壓而增加或減少施加至異質結構主體的力，來控制壓電柵極下方的通道。該晶體管器件可以是常開或者常關的。

根據半導體器件的實施例，該半導體器件包括異質結構主體、該異質結構主體中的第一摻雜區域、該異質結構主體中與第一摻雜區域間隔開的第二摻雜區域、以及第一和第二摻雜區域之間的異質結構主體中的二維電荷載流子氣體通道。該半導體器件進一步包括用于控制該通道的柵極結構。該柵極結構包括壓電材料和與該壓電材料接觸的電導體。

根據制造半導體器件的方法的實施例，該方法包括：提供異質結構主體，該異質結構主體具有第一摻雜區域、與第一摻雜區域間隔開的第二摻雜區域以及第一和第二摻雜區域之間的二維電荷載流子氣體通道；以及在異質結構主體上形成用于控制該通道的柵極結構，該柵極結構包括壓電材料和與該壓電材料接觸的電導體。

本領域技術人員在閱讀下列詳細描述時和查看附圖時將認識到額外特征和優點。

附圖說明

圖中的部件不必按比例，而是將重點放在說明本發明的原理上。此外，在圖中，同樣的參考數字標明對應的部分。在附圖中：

圖1-4說明了在不同的常開和常關配置下的應力控制的異質結構半導體器件的實施例的橫截面視圖。

圖5說明了應力控制的異質結構半導體器件的另一個實施例的橫截面視圖。

圖6說明了應力控制的異質結構半導體器件的又一個實施例的橫截面視圖。

圖7說明了應力控制的異質結構半導體器件的再一個實施例的橫截面視圖。

具體實施方式