[發(fā)明專利]控制由具有壓電特性的材料形成的器件中的閾值電壓的齒狀柵極

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680081924.6
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN108701712B
• 公開（公告）日: 2020-03-20
• 發(fā)明（設計）人: H·Y·黃;N·德阿爾梅達布拉加;R·米克維科厄斯
• 申請（專利權(quán)）人: 美商新思科技有限公司
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/423;G06F30/38;G06F30/39;G06F30/392;H01L29/06
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華;張昊

粗略地描述，場效應晶體管具有支持溝道的第一壓電層、位于第一壓電層之上的第二壓電層、具有由多個間隙分隔的多個介電片段的介電層以及具有主體和多個齒的柵極，介電層位于第二壓電層之上。柵極的主體覆蓋多個介電片段中的至少一個介電片段和多個間隙中的至少兩個間隙。多個齒具有連接至柵極的主體的近端、通過多個間隙突出的中間部分以及通過至少第二壓電層與第一壓電層分隔的遠端。介電層施加應力，在第一壓電層中創(chuàng)建壓電電荷，改變晶體管的閾值電壓。

技術(shù)領域

本公開涉及半導體領域，更具體地，涉及控制由具有壓電特性的材料形成的器件中的閾值電壓的齒狀柵極。

背景技術(shù)

本發(fā)明的技術(shù)涉及異質(zhì)結(jié)場效應晶體管(HFET)(包括高電子遷移率晶體管(HEMT)或金屬絕緣體半導體HFET(MISHFET)或雙溝道HFET/HEMT/MISHFET或雙溝道HFET/HEMT/MISHFET，或薄體(SOI、FinFET、三柵極、柵極全周圍等)HFET/HEMT/MISHFET)，其例如可用作開關(guān)器件。這種器件通常由III-V族半導體形成，并且通過具有未摻雜溝道區(qū)來實現(xiàn)非常高的遷移率。在傳統(tǒng)HFET中，該器件被描述為“常開”，即閾值電壓(也稱為夾斷電壓)為零或負，并且溝道傳導電流，在源極和柵極之間施加很少的偏置或者沒有偏置。對于功率電子應用來說，出于安全性、能量轉(zhuǎn)換和電路設計的原因，常關(guān)器件是更加優(yōu)選的。例如，在導致浮置或接地的柵極端子的故障的情況下，常開器件將允許大量的功率在源極和漏極之間流動。

嘗試各種方法來改變HFET的閾值電壓。在Saito等人的“Recessed-GateStructure Approach Toward Normally Off High-Voltage AlGaN/GaN HEMT for PowerElectronics Applications”(IEEE Transaction on Electron Devices，第53卷，第2期，2006年2月，第356至362頁)中，作者描述了在柵極下方減薄阻擋層以增加閾值電壓。這種方法增加了制造復雜度，需要額外的蝕刻和清洗步驟，并且可能導致蝕刻損傷。較薄的阻擋和刻蝕損傷增加了柵極泄漏。蝕刻可能不均勻，因此所得的器件可能不具有均勻的閾值電壓。

Ota等人的“A Normally-off GaN FET with High Threshold VoltageUniformity Using a Novel Piezo Neutralization Technique”(IEDM2009，第153-156頁)描述了一種凹陷柵極HFET，其中在柵極凹槽的底部處形成“壓電中和(PNT)層”，以改善閾值電壓均勻性。PNT層的形成顯著增加了制造復雜度和成本，要求通過三個而不是一個Al_xGa_1-xN的阻擋層的金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)、阻擋蝕刻和柵極氧化物的原子層沉積來形成。

Wang等人的“Enhancement-Mode Si₃N₄/AlGaN/GaN MISHFETs”(IEEE ElectronDevice Letters，第27卷，第10期，2006年10月，第793-795頁)描述了一種方法，其中柵極的等離子體處理和兩步驟Si₃N₄沉積工藝提高了閾值電壓。等離子體處理將造成損傷并且制造更加復雜。

Uemoto等人的“Gate Injection Transistor(GIT)–A Normally-Off AlGaN/GaNPower Transistor Using Conductivity Modulation”(IEEE Trans Electron Dev，54(2007)，第3393頁)描述了一種HFET，其使用從p-AlGaN柵極到AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)的空穴注入來提高閾值電壓。與其它方法一樣，需要額外的沉積、蝕刻和清洗步驟，增加了器件復雜度和成本。

希望在不顯著增加器件成本和復雜度的情況下改變器件的閾值電壓。改變閾值電壓以制造常關(guān)型的HFET，或者以其他方式改變閾值電壓可能是有利的。