[發明專利]具有非對稱柵極結構的半導體器件

有效

• 申請號: 202010564674.X
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111682065B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 廖航;趙起越;李長安;王超;周春華;黃敬源
• 申請（專利權）人: 英諾賽科（珠海）科技有限公司
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/47
• 代理公司: 北京博思佳知識產權代理有限公司 11415
• 代理人: 林祥

本發明是關于一種具有非對稱柵極結構的半導體器件，其包含：襯底；溝道層，位于所述襯底上方；勢壘層，位于所述溝道層上方，所述勢壘層和所述溝道層經配置以形成二維電子氣體，所述二維電子氣體沿著所述溝道層與所述勢壘層之間的界面形成在所述溝道層中；及源極接觸及漏極接觸，位于所述勢壘層上方；經摻雜III?V族層，位于所述勢壘層上方及所述漏極接觸和所述源極接觸之間；及柵電極，位于所述經摻雜III?V族層上方且經組態與所述經摻雜III?V族層形成肖特基接面，其中所述經摻雜III?V族層及/或柵電極具有非中心對稱的幾何結構，從而使該器件于應用上達成控制柵極漏電流分布態樣的效果。

技術領域

本發明是關于一種半導體器件及其制造方法，特別是關于一種具有III-V族層、二維電子氣、導體結構、及金屬層的半導體器件。

背景技術

GaN開關功率晶體管能實現新一代小型高效功率變換器。這些器件的高開關速度能提高轉換頻率，得以實現在減小體積和重量的同時保持、甚至提高總效率。由于GaN/AlGaN材料的物理性質，能在小的半導體面積上同時實現高擊穿電壓和高電流水平，故這些材料性質轉化為高功率水平時的高開關頻率。然而，很多不同的物理效應限制了GaN器件的耐壓性能。在很多情況下，最大的允許工作電壓受到過大的柵極漏電流的限制，柵極漏電流是指由柵極金屬，沿經摻雜III-V族層的側壁及溝道層與鈍化層之界面泄漏至漏極之電流，過大的柵極漏電流通常抑制組件的工作電壓。

因此，GaN開關功率晶體管領域中，存在改良柵極漏電流特性的需求。

發明內容

以下概括說明本發明的基本特點，以便基本理解本發明的一些面向。

第一代半導體材料為具有間接能隙的元素型半導體，例如硅或鍺。第二代半導體材料以III族砷化物(例如：砷化鎵(GaAs))化合物半導體材料為代表，彼等具有直接能隙，可發光但有一定的波長限制，且具有高污染性。第三代半導體則是指以III族氮化物(例如：氮化鎵(GaN))、碳化硅(SiC)、金剛石；氧化鋅(ZnO)為代表的寬禁帶半導體材料。

近年來隨著無線通信市場的發展，如軍用雷達系統、個人行動電話與基地臺等，使得毫米波晶體管日趨重要，其中以III族氮化物材料所制成之諸如AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管(High?Electron?Mobility?Transistors)一直是熱門研究課題，氮化鎵具有寬能帶(wide?bandgap)、高崩潰電壓(high?breakdown?voltage)、高峰值電子速率(high?peakelectron?velocity)、高電子飽和速率(high?electron?saturation?velocity)、鍵結力與熱穩定性佳，因此氮化鎵有機會成為下一世代功率器件的主要材料。

相較于第一代半導體材料硅(Si)及第二代半導體材料砷化鎵(GaAs)，第三代半導體具有大禁帶寬度、高擊穿電場、大熱導率、高電子飽和漂移速度、小介電常數等獨特的性能，使彼等在光電器件、電力電子、射頻(RF)和微波功率放大器、激光器和探測器件等方面展現出巨大的潛力。

基于第三代半導體的組件可包括高電子遷移率晶體管(HEMT)，又稱為異質結場效應晶體管(HFET)或調制摻雜場效應晶體管(MODFET)—般利用兩種不同禁帶寬度的材料所形成的結，例如異質結替代摻雜區作為溝道。高電子遷移率晶體管得益于異質結構，利用異質結產生的高遷移率電子，此異質結可由例如非經故意摻雜的寬禁帶層(例如，AlGaN層)及非經故意摻雜的窄禁帶層(例如，GaN層)所形成。