[發明專利]具有雙柵極的III族氮化物場效應晶體管

有效

• 申請號: 201680062331.5
• 申請日: 2016-11-07
• 公開（公告）號: CN108292678B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 儲榮明
• 申請（專利權）人: HRL實驗室有限責任公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/423;H01L29/10
• 代理公司: 北京鴻德海業知識產權代理有限公司 11412
• 代理人: 袁媛

場效應晶體管(FET)包括III?族氮化物溝道層、溝道層上的III?族氮化物勢壘層、勢壘層上的第一電介質、延伸通過第一電介質且部分地或完全地通過勢壘層的第一柵極溝槽、第一柵極溝槽的底部和壁上的第二電介質、第一柵極溝槽的第一側上的源極電極、與第一側相對的第一柵極溝槽的第二側上的漏極電極、第二電介質上并填充第一柵極溝槽的第一柵極電極、第一柵極溝槽和漏極電極之間的第三電介質、延伸穿過第三介電質并且橫向地位于第一柵極溝槽與漏極電極之間的第二柵極溝槽以及填充第二柵極溝槽的第二柵極電極。

相關申請的交叉引用

本申請涉及2013年9月10日授權的美國專利8,530,978、2014年10月7日授權的美國專利8,853,709、2015年1月27日授權的美國專利8,941,118和2014年5月29日提交的美國專利申請14/290,029，并且涉及并要求2015年11月19日提交的美國臨時專利申請62/257,328的優先權，其全部內容通過援引并入本文。本申請要求于2015年11月19日提交的美國專利序列號62/257,328的優先權并要求其權益，其通過援引并入本文。

關于聯邦出資的聲明

無。

【技術領域】

本發明涉及場效應晶體管(FETs)。

【背景技術】

場效應晶體管通常具有控制源極電極和漏極電極之間的電流的源極電極、漏極電極和柵極電極。期望減小電流控制的柵極電極上的電場以使閾值電壓更穩定并提高柵極結構的可靠性。在現有技術中，場板已經用于該目的。

2013年9月10日授權的美國專利8,530,978、2014年10月7日授權的美國專利8,853,709、2015年1月27日發布的美國專利8,941,118和2014年5月29日提交的美國專利申請14/290,029(其通過援引并入本文)描述了場效應晶體管，其是具有常關操作、高壓操作、低導通電阻和期望的動態特性的GaN場效應晶體管。然而，現有技術的常關GaN晶體管柵極結構在大的漏極偏置下經常經歷閾值電壓的漂移。

圖1A、1B和1C示出了具有場板的現有技術FET的閾值電壓漂移的示例。圖1A示出應力之前的FET閾值電壓，其示出閾值電壓大約為Vg＝0伏。圖1B示出施加到漏極150個小時的高300伏應力。圖1C示出了在高電壓應力之后，閾值電壓偏移0.5伏至大約Vg＝-0.5伏。閾值電壓偏移是不期望的。

所需要的是更可靠的常關高壓Ill-族氮化物功率晶體管，其在大的漏極偏置下具有減小的閾值電壓漂移或沒有閾值電壓漂移。本公開的實施例滿足這些和其它需要。

【發明內容】

在本文公開的第一實施例中，場效應晶體管(FET)包括Ill-族氮化物溝道層、溝道層上的Ill-族氮化物勢壘層、勢壘層上的第一電介質、延伸穿過第一電介質且部分或全部穿過勢壘層的第一柵極溝槽、第一柵極溝槽的底部和壁上的第二電介質、在第一柵極溝槽的第一側上與溝道層電接觸的源極電極、在與第一側相對的第一柵極溝槽的第二側上與溝道層電接觸的漏極電極、在第二電介質上并填充第一柵極溝槽的第一柵極電極、在第一柵極溝槽和漏極電極之間的第三電介質、延伸穿過第三電介質并橫向地位于第一柵極溝槽和漏極電極之間的第二柵極溝槽、以及填充第二柵極溝槽的第二柵極電極。

在本文公開的另一實施例中，一種制造場效應晶體管的方法，包括:形成III-族氮化物溝道層，在溝道層的頂部上形成III-族氮化物勢壘層，在勢壘層的頂部上形成第一電介質，形成穿過第一電介質且部分或全部穿過勢壘層的第一柵極溝槽，在第一柵極溝槽的底部和壁上形成第二電介質，在第一柵極溝槽的第一側上形成與溝道層具有電接觸的源極電極，在與第一側相對的第一柵極溝槽的第二側上形成與溝道層具有電接觸的漏極電極，在第二電介質上形成并填充第一柵極溝槽的第一柵極電極，在第一柵極溝槽和漏極電極之間形成第三電介質，形成延伸穿過第三電介質并橫向地位于第一柵極溝槽和漏極電極之間的第二柵極溝槽，以及形成填充第二柵極溝槽的第二柵極電極。