[發明專利]高電子遷移率晶體管

在審

• 申請號: 201910444502.6
• 申請日: 2013-04-19
• 公開（公告）號: CN110277446A
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 劉柏均;喻中一;陳祈銘;江振豪
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/43;H01L29/205;H01L29/20;H01L21/335;H01L29/201
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;李偉

本發明涉及高電子遷移率晶體管(HEMT)內的雙層AlGaN供體層和相關的制造方法，該高電子遷移率晶體管被配置為提供低電阻歐姆源極和漏極接觸件以降低功率消耗同時在HEMT的溝道內保持二維電子氣(2DEG)的高遷移率。雙層AlGaN供體層包括Al_zGa_(1?z)N遷移率提高層和設置在遷移率提高層的上方的Al_xGa_(1?x)N電阻降低層，其中，歐姆源極和漏極接觸件與HEMT連接。GaN溝道層(其中存在2DEG)設置在遷移率提高層的下方以形成HEMT的溝道。

本申請是分案申請，其母案申請的申請號為201310139313.0、申請日為2013年04月19號、發明名稱為“高電子遷移率晶體管”。

技術領域

本發明一般地涉及半導體技術領域，更具體地來說，涉及半導體器件及其形成方法。

背景技術

由于高電子遷移率晶體管(HEMT)相對于諸如絕緣柵雙極晶體管和晶閘管的其他功率半導體器件具有高效率，因此在用于高頻應用的集成電路中使用高電子遷移率晶體管(HEMT)。HEMT利用具有不同的帶隙的兩種半導體材料之間的異質結形成器件溝道，來代替金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)中的摻雜區。用于形成HEMT內的異質結的兩種示例性材料是與未摻雜的窄帶隙GaN溝道層連接的摻雜的寬帶隙n型AlGaN供體層。隨著AlGaN供體的Al濃度的增加，所形成的到達AlGaN供體層的歐姆接觸件具有增加的接觸電阻。反之，降低AlGaN供體層的濃度改善了接觸電阻，但是降低了溝道內的電子遷移率。

發明內容

為了解決現有技術中所存在的缺陷，根據本發明的一方面，提供了一種高電子遷移率晶體管(HEMT)，包括：溝道層，設置在襯底的上方；以及供體層，設置在所述溝道層上，所述供體層包括：Al_zGa_(1-z)N的遷移率提高層，設置在所述溝道層上，其中，第三摩爾分數z小于約0.4并且大于約0.25；和Al_xGa_(1-x)N的電阻降低層，設置在所述遷移率提高層的上方，其中，第一摩爾分數x小于約0.15并且大于約0.1。

該HEMT還包括：源極歐姆接觸件，與所述電阻降低層連接并設置在源極區的上方；以及漏極歐姆接觸件，與所述電阻降低層連接并設置在漏極區的上方。

該HEMT還包括：隔離層，在所述源極歐姆接觸件和所述漏極歐姆接觸件之間設置在所述溝道層的上方；以及柵極材料，在溝道區的上方設置在所述隔離層內并且與所述電阻降低層連接。

該HEMT還包括設置在所述遷移率提高層的下方的GaN溝道層，在所述溝道層中具有二維電子氣。

在該HEMT中，所述遷移率提高層包括第一厚度值，所述第一厚度值是所述電阻降低層的第二厚度值的大約兩倍。

在該HEMT中，所述第一厚度值介于大約20納米和40納米之間。

在該HEMT中，所述第二厚度值介于大約10納米和20納米之間。

根據本發明的另一方面，提供了一種晶體管，包括：雙層AlGaN供體層，進一步包括：Al_zGa_(1-z)N的遷移率提高層，設置在襯底上方，其中，第三摩爾分數z小于約0.4并且大于約0.25；和Al_xGa_(1-x)N的電阻降低層，設置在所述遷移率提高層的上方，其中，第一摩爾分數x小于約0.15并且大于約0.1；源極歐姆接觸件，與所述電阻降低層連接并設置在源極區的上方；以及漏極歐姆接觸件，與所述電阻降低層連接并設置在漏極區的上方。

該晶體管還包括在所述源極歐姆接觸件和所述漏極歐姆接觸件之間設置在所述電阻降低層的上方的隔離層。

該晶體管還包括在溝道區的上方設置在所述隔離層內并且與所述電阻降低層連接的柵極材料。