[發(fā)明專利]具有埋藏式互連件的高電子遷移率晶體管

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711262724.3
• 申請日: 2017-12-04
• 公開（公告）號: CN108155233A
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 艾曼·謝比卜;凱爾·特里爾;永平·丁;金曼·楊
• 申請（專利權(quán)）人: 維西埃-硅化物公司
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/335
• 代理公司: 北京市磐華律師事務(wù)所 11336
• 代理人: 高偉;趙楠

本發(fā)明公開了具有埋藏式互連件的高電子遷移率晶體管。一種高電子遷移率晶體管(HEMT)包括硅基底層，設(shè)置在所述基底層的第一表面上的第一接觸件，以及設(shè)置在與所述第一表面相對的第二表面上的多個(gè)層。第二接觸件和柵極接觸件設(shè)置在那些層上。包含導(dǎo)電材料的溝槽延伸完全穿透所述多個(gè)層并穿入所述基底層。在一個(gè)HEMT實(shí)施例中，所述第一接觸件為漏極接觸件以及所述第二接觸件為源極接觸件。在另一個(gè)HEMT實(shí)施例中，所述第一接觸件為源極接觸件以及所述第二接觸件為漏極接觸件。

相關(guān)美國申請

本申請要求于2016年12月2日提交的，A.Shiibib等人的題為“高壓硅上GaN HEMT器件”，序列號為62/429,629的美國臨時(shí)申請的優(yōu)先權(quán)，其整體通過引用并入本文中。

背景技術(shù)

高電子遷移率晶體管(HEMT)是場效應(yīng)晶體管(FET)，其將具有不同帶隙的兩種材料之間的結(jié)合并為溝道而不是作為金屬氧化物半導(dǎo)體FET(MOSFET)中的典型示例的摻雜區(qū)。HEMT具有低導(dǎo)通狀態(tài)電阻、高擊穿電壓、和低開關(guān)損耗的特性，使得他們成為在如無線通信系統(tǒng)中的卓越的功率器件(例如，功率放大器)。

特別地，在硅襯底上使用氮化鎵(GaN)和鋁GaN(AlGaN)的HEMT對于處理功率電子器件中的高頻率處的高電壓和電流是重要的。基于GaN的HEMT在功率開關(guān)應(yīng)用中比其他類型的HEMT更多地使用，因?yàn)樗鼈兊奶匦院统杀窘Y(jié)構(gòu)被證明非常適合于廣泛的應(yīng)用。

傳統(tǒng)的HEMT是平面的，其源極和漏極都位于上表面。當(dāng)器件處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，主電流在從源極到漏極的橫向方向上。柵極與源極和漏極也在同一表面上。因此，用于可處理高電流的器件的金屬化和布線需要至少兩個(gè)或更可能三個(gè)金屬層級。除了由于這些金屬互連的電阻而引起的功率損失之外，互連產(chǎn)生了寄生電感和電容成分。電阻性、電容性和電感性寄生效應(yīng)都會造成器件高頻性能的下降，并且在器件在轉(zhuǎn)換狀態(tài)時(shí)也難以防止器件所處的電路中的振動。

因而，需要一種減小由于源極、柵極和漏極端子的復(fù)雜布線而導(dǎo)致的寄生互連的器件。

概要

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例提供具有本質(zhì)上在垂直方向上分布的電流的高電子遷移率晶體管(HEMT)器件。根據(jù)本發(fā)明的HEMT減少了寄生互連的數(shù)量和簡化了源極、柵極和漏極段子的布線。在這些實(shí)施例中，器件的每個(gè)單元僅僅具有兩個(gè)設(shè)置在(如，上)表面的端子和設(shè)置在相反的(如，下)表面的第三端子。

在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中的垂直電流流動器件有利地包括氮化鎵(GaN)外延層，其可以使用與硅工藝相配的設(shè)備在直徑為至少六，八或者12英寸的標(biāo)準(zhǔn)可用硅襯底上生長，從而減少制造成本。

在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中的垂直電流流動器件還通過減小柵極附近面對漏極的電場，尤其是在漏極附近的柵極邊緣處的電場來改善擊穿電壓。此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中的垂直電流流動裝置有利地減小了單元節(jié)距(pitch)，使得相對于傳統(tǒng)器件在給定區(qū)域中可以存在更多單元。

在一個(gè)實(shí)施例中，HEMT包括硅的襯底層，設(shè)置在襯底層的第一表面上的第一接觸件以及設(shè)置在襯底層的與第一表面相對的第二表面上的多個(gè)層。這些層包括緩沖層，包含鎵(例如，鎵氮層)的第一層，二維電子氣(2DEG)層以及包含鎵(例如鋁鎵氮層)的第二層。第二接觸件和柵極接觸件設(shè)置在這些層上。包含導(dǎo)電材料的溝槽延伸完全穿過這些層并穿入襯底層。溝槽還包括設(shè)置在導(dǎo)電材料和一些層之間的絕緣層。溝槽中的導(dǎo)電材料通過絕緣層中的開口與襯底層接觸，并且還與2DEG層和第二層接觸。在一個(gè)實(shí)施例中，第一觸點(diǎn)是漏極觸點(diǎn)，第二觸點(diǎn)是源極觸點(diǎn)。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一觸點(diǎn)是源極觸點(diǎn)，第二觸點(diǎn)是漏極觸點(diǎn)。

因此，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，在HEMT中的上述層的“頂部”處有兩個(gè)接觸件(柵極接觸件和漏極接觸件或源極接觸件)以及在HEMT的“底部”(在底層之下)上有一個(gè)接觸件(根據(jù)哪一個(gè)在上為源極或漏極觸點(diǎn))。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中的器件結(jié)構(gòu)提供了許多優(yōu)點(diǎn)。