專利名稱：表現(xiàn)雙耗盡的高電子遷移率晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
示例實(shí)施例涉及功率裝置，更具體地講，涉及一種高電子遷移率晶體管(HEMT)及其制造方法。
背景技術(shù)：
高電子遷移率晶體管(HEMT)包括具有不同帶隙的半導(dǎo)體。在HEMT中，具有不同帶隙的半導(dǎo)體結(jié)合在一起。在HEMT中，具有相對寬的帶隙的半導(dǎo)體用作施主(donor)。這樣的具有相對寬的帶隙的半導(dǎo)體在具有相對窄的帶隙的半導(dǎo)體中形成二維電子氣0DEG)。 在HEMT中，所述2DEG可用作溝道。結(jié)果，在HEMT中溝道與施主空間上分開，這樣電子載流子可以具有高遷移率。HEMT具有異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，因此，HEMT也是公知的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管 (HFET)。HEMT不僅可用于提高電子載流子的遷移率，也可用作作為功率裝置的具有實(shí)質(zhì)上高的擊穿電壓的晶體管。HEMT包括具有相對寬的帶隙的半導(dǎo)體(例如，化合物半導(dǎo)體)。因此，HEMT的擊穿電壓可以高?？赏ㄟ^η摻雜具有相對寬的帶隙的材料或通過使用極化材料來形成2DEG。在半導(dǎo)體裝置中，由于耗盡而產(chǎn)生空間電荷。這樣，電場會集中在柵極處。相似地， 在HEMT中，柵極與漏極之間的2DEG在截止操作過程中去除，空間電荷保留，且電場由于空間電荷集中在柵極處。由于電場在柵極處集中，HEMT的擊穿電壓會減小。

發(fā)明內(nèi)容
示例實(shí)施例涉及一種功率裝置，更具體地講，涉及高電子遷移率晶體管(HEMT)及其制造方法。提供的是高電子遷移率晶體管(HEMT)，該高電子遷移率晶體管(HEMT)能夠防止電場在柵極處集中，并具有更均勻的電場分布。提供的是制造該HEMT的方法。附加方面在下面的描述中部分地闡述，部分地通過描述將是明顯的，或可通過提出的示例實(shí)施例的實(shí)踐學(xué)到。根據(jù)示例實(shí)施例，一種高電子遷移率晶體管(HEMT)包括在具有不同極化性(或極性)的多個(gè)半導(dǎo)體層上的源極、柵極和漏極，其中，雙耗盡區(qū)域存在于源極和漏極之間。在多個(gè)半導(dǎo)體層中的具有相對低的極化性(或極性)的半導(dǎo)體層可包括二維電子氣QDEG)和二維空穴氣(2DHG)中的至少一種。多個(gè)半導(dǎo)體層可包括上材料層、中間材料層和下材料層，其中，中間材料層的極化性(或極性)可不同于上材料層的極化性(或極性)和下材料層的極化性(或極性)。下材料層可包括2DEG溝道，上材料層包括2DHG溝道。上材料層可包括2DEG溝道，下材料層可包括2DHG溝道。2DEG溝道可形成在中間材料層的與上材料層接觸的表面上，2DHG溝道可形成在中間材料層的與下材料層接觸的表面上。
2DEG溝道可形成在中間材料層的與下材料層接觸的表面上，2DHG溝道可形成在中間材料層的與上材料層接觸的表面上。中間材料層可以是單材料層或多材料層。多個(gè)半導(dǎo)體層可包括上材料層、中間材料層和下材料層，柵極和漏極可在上材料層上且彼此分開地設(shè)置。源極可在上材料層上。源極可直接接觸2DHG溝道，并接觸上材料層的側(cè)表面。絕緣層可設(shè)置在上材料層和柵極之間。根據(jù)示例實(shí)施例，HEMT包括中間材料層，在下材料層上；上材料層和漏極，在中間材料層上方；柵極，在中間材料層和上材料層中的至少一個(gè)上；源極，在中間材料層和上材料層中的至少一個(gè)上，其中，中間材料層的極化性(或極性)不同于上材料層的極化性 (或極性)和下材料層的極化性(或極性)，雙耗盡區(qū)域存在于柵極和漏極之間。上材料層和漏極可接觸中間材料層，源極可與柵極分開地設(shè)置，且源極可設(shè)置在中間材料層或上材料層上。柵極和源極可形成在上材料層上。柵極和源極可形成在中間材料層上。柵極的側(cè)表面可接觸上材料層。柵極可與上材料層歐姆接觸，柵極和中間材料層可形成肖特基接觸。柵極可包括第一柵極和第二柵極。第一柵極可與上材料層歐姆接觸。第二柵極可與第一柵極和上材料層歐姆接觸， 并可與中間材料層形成肖特基接觸。源極和漏極中的至少一個(gè)可接觸下材料層的側(cè)表面。絕緣層可設(shè)置在柵極與中間材料層和上材料層中的至少一個(gè)之間。上材料層和漏極可在中間材料層上彼此分開地設(shè)置。
源極可設(shè)置在上材料層上。源極可直接接觸2DHG溝道，并可接觸上材料層的側(cè)表面。


通過下面結(jié)合附圖對示例實(shí)施例進(jìn)行描述，這些和/或其它方面將變得明顯和更容易理解，其中圖1至圖3是根據(jù)示例實(shí)施例的用于描述高電子遷移率晶體管(HEMT)的基本機(jī)理的剖視圖；圖4是示出根據(jù)示例實(shí)施例的HEMT以及在現(xiàn)有技術(shù)中的未應(yīng)用雙耗盡的HEMT的電場特性的曲線圖；圖5是根據(jù)示例實(shí)施例的HEMT的剖視圖；圖6是示出在圖5中的上材料層和漏極彼此接觸的情況的剖視圖；圖7示出了形成在圖5的HEMT中的雙耗盡區(qū)域的工藝；圖8是示出圖5中的源極和漏極的變型示例的示圖；圖9是示出根據(jù)示例實(shí)施例的HEMT的示圖；圖10示出了第一功率和第二功率施加到圖9中HEMT的源極、漏極和柵極；
圖11是示出圖9中的HEMT的源極和漏極的變型示例的示圖；圖12是示出圖9中的柵極的變型示例的示圖；圖13是示出根據(jù)示例實(shí)施例的HEMT的示圖；圖14是示出將功率施加到圖13中的HEMT的源極、漏極和柵極的情況的剖視圖；圖15是示出源極、漏極和柵極形成在同一材料層上的情況的剖視圖；圖16至圖四示出了根據(jù)示例實(shí)施例的制造HEMT的方法。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在，將參照附圖更充分地描述各種示例實(shí)施例，在附圖中示出了一些示例實(shí)施例。然而，這里公開的特定的結(jié)構(gòu)上和功能上的細(xì)節(jié)僅僅代表描述示例實(shí)施例的目的。這樣，可以以許多替換性的形式來實(shí)施本發(fā)明，且本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為僅限于在此闡述的示例實(shí)施例。因此，應(yīng)該理解的是，沒有意圖使示例實(shí)施例局限于公開的具體形式，而是相反，示例實(shí)施例將覆蓋落入本發(fā)明范圍內(nèi)的所有修改、等同物和替換物。在附圖中，為了清楚起見，會夸大層和區(qū)域的厚度，在整個(gè)附圖的描述中，相同的標(biāo)號表示相同的元件。雖然術(shù)語“第一”、“第二”等在這里可以用來描述各種元件，但是這些元件不應(yīng)該受這些術(shù)語的限制。這些術(shù)語僅用來將一個(gè)元件與另一元件區(qū)別開來。例如，在不脫離示例實(shí)施例的范圍的情況下，第一元件可被稱為第二元件，類似地，第二元件可被稱為第一元件。如這里所使用的，術(shù)語“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)所列項(xiàng)目的任意組合和所有組合。應(yīng)該理解的是，如果元件被稱作“連接到”或“結(jié)合到”另一元件，則該元件可以直接連接或結(jié)合到該另一元件，或者可以存在中間元件。相反，如果元件被稱作“直接連接到” 或“直接結(jié)合到”另一元件，則不存在中間元件。應(yīng)當(dāng)以相似的方式解釋用于描述元件之間關(guān)系的其它詞語(例如“在...之間”和“直接在...之間”、“與...相鄰”和“與...直接相鄰”等)。這里使用的術(shù)語僅為了描述具體實(shí)施例的目的，而不意圖限制示例實(shí)施例。如這里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式。還將理解的是，如果這里使用術(shù)語“包含”和/或“包括”，說明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和 /或組件，但不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其它特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。為了便于描述，在這里可使用空間相對術(shù)語，如“在...之下”、“在...下方”、“下面的”、“在...上方”、“上面的”等，用來描述如在圖中所示的一個(gè)元件或者特征與其它元件或特征的關(guān)系。應(yīng)該理解的是，空間相對術(shù)語意在包含除了在附圖中描述的方位之外的裝置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的裝置被翻轉(zhuǎn)，則描述為“在”其它元件或特征“下方”或“之下”的元件隨后將被定位為“在”該其它元件或特征“上方”。因而， 例如，術(shù)語“在...下方”可包括“在...上方”和“在...下方”兩種方位。所述裝置可被另外定位(旋轉(zhuǎn)90度或者在其它方位)，并對在這里使用的空間相對描述符做出相應(yīng)的理解。這里參照作為理想實(shí)施例(和中間結(jié)構(gòu))的示意圖的剖視圖來描述示例實(shí)施例。 這樣，預(yù)計(jì)會出現(xiàn)例如由制造技術(shù)和/或公差引起的圖示的形狀的變化。因此，示例實(shí)施例不應(yīng)該被解釋為局限于在此示出的區(qū)域的具體形狀，而是可以包括例如由制造導(dǎo)致的形狀偏差。例如，示出為矩形的注入?yún)^(qū)可具有倒圓或彎曲的特征和/或在其邊緣的(例如，注入濃度的)梯度，而不是從注入?yún)^(qū)域到非注入?yún)^(qū)域的突然改變。相似地，通過注入形成的埋區(qū)可導(dǎo)致在埋區(qū)與可發(fā)生注入的表面之間的區(qū)域中的一些注入。因此，在圖中示出的區(qū)域本質(zhì)上是示意性的，它們的形狀無需示出裝置區(qū)域的精確形狀，且不限制范圍。還應(yīng)注意的是，在一些可選擇的實(shí)施方案中，記錄的功能/動(dòng)作可以不按附圖中記錄的順序發(fā)生。例如，根據(jù)所涉及的功能/動(dòng)作，連續(xù)示出的兩幅附圖實(shí)際上可基本同時(shí)執(zhí)行，或者有時(shí)可以以相反的順序執(zhí)行。除非另有定義，否則這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所通常理解的意思相同的意思。還將理解的是，除非這里明確定義，否則術(shù)語(諸如在通用字典中定義的術(shù)語)應(yīng)該被解釋為具有與相關(guān)領(lǐng)域的環(huán)境中它們的意思一致的意思，而將不以理想的或者過于正式的含義來解釋它們。示例實(shí)施例涉及功率裝置，更具體地講，涉及一種高電子遷移率晶體管(HEMT)及其制造方法。在根據(jù)示例實(shí)施例的高電子遷移率晶體管(HEMT)中，可通過使用極化材料形成二維電子氣ODEG)。當(dāng)將具有不同的極化性(或極性)的半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)，2DEG可形成在具有相對窄的帶隙中的材料(半導(dǎo)體)中，抵消因極化產(chǎn)生的表面電荷。六方fei(Al，In)N是沿c軸極化的材料。如果生長方向是N面(N-face)方向，則極化沿生長方向形成。如果生長方向是( 面(fe-face)方向，則極化沿與生長方向相反的方向形成。當(dāng)六方(^(Aldn)N形成異質(zhì)結(jié)時(shí)，極化性(或極化)可因基于晶格參數(shù)差異的應(yīng)變而增加。當(dāng)使用如上所述的極化時(shí)，無需摻雜可形成2DEG或二維空穴氣(2DHG)。下面將描述根據(jù)示例實(shí)施例的HEMT。圖1至圖3是用于描述根據(jù)示例實(shí)施例的HEMT的基本原理的示圖。參數(shù)圖1，第一材料層20與第二材料層22堆疊。第一材料層20和第二材料層22 可以是具有不同的極化性(或極性)的半導(dǎo)體層。例如，第一材料層20可以是GaN層或 InGaN層。與第一材料層20相比，第二材料層22可以是具有更大極化性(或極性)的半導(dǎo)體層。例如，第二材料層22可以是AKiaN層。由于極化性(或極性)的差異，在第二材料層22中存在極化P1。為了方便解釋，僅在一個(gè)位置處利用箭頭表示極化P1，并省略了具有相對小的極化性(或極性)的第一材料層20的極化。在第二材料層22中的電荷+和電荷-是由于極化Pl的電荷。由于第二材料層22的極化P1，負(fù)電荷(-)出現(xiàn)在第一材料層 20的與第二材料層22接觸的表面上。出現(xiàn)在第一材料層20的與第二材料層22接觸的表面上的負(fù)電荷(_)可以形成2DEG。由于極化P1，正電荷(+)出現(xiàn)在第二材料層22的與第二材料層22的接觸第一材料層20的表面相對的表面(也就是，第二材料層22的頂表面) 的外側(cè)上。出現(xiàn)在第二材料層22的頂表面的外側(cè)上的正電荷(+)是不可移動(dòng)的表面電荷 (在下文中稱作正不可移動(dòng)電荷)。通過將在第二材料層22的頂表面上的正不可移動(dòng)電荷轉(zhuǎn)變成可移動(dòng)電荷，可以提高HEMT的高擊穿電壓特性。為了將在第二材料層22的頂表面上的正不可移動(dòng)電荷轉(zhuǎn)變成可移動(dòng)電荷，如圖2 中所示，在第二材料層22上設(shè)置第三材料層24。第三材料層M是極化性(或極性)不同于第二材料層22的極化性(或極性)的半導(dǎo)體層。例如，第三材料層M可以是極化性(或極性)比第二材料層22的極化性(或極性)小的GaN層或InGaN層。第三材料層M可以由與第一材料層20的材料相同的材料形成。然而，示例實(shí)施例不限于此。第一材料層20、 第二材料層22和第三材料層對可以屬于III-V族化合物半導(dǎo)體層。參照圖2，正電荷(+)出現(xiàn)在第三材料層M的與第二材料層22接觸的表面上。在第三材料層M的與第二材料層22接觸的表面上的正電荷(+)是作為自由空穴氣的可以像 2DEG的電子一樣移動(dòng)的可移動(dòng)電荷。在第三材料層M的與第二材料層22接觸的表面上的正電荷(+)與2DEG相反，并可以稱作2DHG。第一材料層20的2DEG可以用作η溝道，而第三材料層M的2DHG可以作用ρ溝道。如圖3中所示，當(dāng)將正電壓施加到第一材料層20，并將用于移動(dòng)2DHG的電壓施加到第三材料層M時(shí)，2DEG從第一材料層20部分地被去除，并且2DHG從第三材料層M部分地被去除。因此，電荷中性區(qū)域Al可以形成在第一材料層20、第二材料層22和第三材料層M中。當(dāng)兩個(gè)材料層20和M的2DEG和2DHG部分地被去除且電荷中性區(qū)域Al形成時(shí)，稱為通過雙耗盡形成Al。換句話說，形成雙耗盡區(qū)域。在區(qū)域Al中，凈電荷是零。因此，如果區(qū)域Al (即，雙耗盡區(qū))存在于HEMT的柵極和漏極之間，則HEMT的高擊穿電壓特性改善，這樣，HEMT的擊穿電壓可以增大。另外，可以防止柵極處的電場集中而無需輔助元件(例如，傳統(tǒng)的電場板(field plate))，并可以穩(wěn)定地保持HEMT的柵極與漏極之間的電場分布而沒有峰(peak)。圖4中示出了上述的效果。圖4示出了在圖3中概念性地示出的HEMT以及未應(yīng)用雙耗盡的現(xiàn)有技術(shù)中的 HEMT的電場特性。在圖4中，橫軸表示從柵極測量的距離，縱軸表示電場。在圖4中，第一曲線Gl示出了在現(xiàn)有技術(shù)中的HEMT的電場特性。第二曲線G2示出了包括如圖3中所示的第一材料層20、第二材料層22和第三材料層M的HEMT的電場特性。參照圖4中的第一曲線(Gl)和第二曲線(G2)，如第一曲線Gl所示，在現(xiàn)有技術(shù)的 HEMT中的電場在接近柵極的點(diǎn)處超過了的擊穿電場。然而，在圖3中示出的HEMT的情況下，對于所有的距離，電場都在擊穿電場之下，并且電場相對距離的分布穩(wěn)定。因此，即使在接近柵極的點(diǎn)處電場也不集中。圖5示出了根據(jù)示例實(shí)施例的應(yīng)用了上面參照圖1至圖3描述的基本概念的 HEMT0參照圖5，第二材料層22設(shè)置在第一材料層20上。第一材料層20和第二材料層 22可以是如上參照圖1至圖3描述的材料層。第一材料層20可以形成在基底(未示出) 上。這里，可在基底和第一材料層20之間進(jìn)一步地設(shè)置緩沖層(未示出)?；卓梢允抢绻杌?、碳化硅基底或藍(lán)寶石基底。第四材料層沈設(shè)置在第二材料層22上。第四材料層沈可以與上面參照圖2和圖3描述的第三材料層M相同。因此，第四材料層沈具有在接觸第二材料層22的表面上的2DHG，并可用作ρ溝道。第四材料層沈僅設(shè)置在第二材料層22的一部分上。源極觀和柵極30在第四材料層26上彼此分開地設(shè)置。漏極32設(shè)置為與第四材料層沈分開，并設(shè)置在第二材料層22 上。
如圖6中所示，第四材料層沈和漏極32可在第二材料層22上彼此接觸。返回參照圖5，源極觀和漏極32可由相同的材料或不同的材料形成。例如，源極觀和漏極32可由鈦(Ti)、鋁(Al)、鎢(W)或硅化鎢(WSi)等形成。源極觀與第四材料層 26歐姆接觸，漏極32與第二材料層22歐姆接觸。因此，源極觀和漏極32可由任何材料形成，只要該材料是能夠與第二材料層22和第四材料層沈形成歐姆接觸的導(dǎo)電材料。柵極 30與第四材料層沈形成肖特基接觸。例如，柵極30可由鎳(Ni)和/或鉬(Pt)形成。柵極30、源極觀和漏極32中的每一個(gè)可具有單層或多層。圖7示出了在圖5中的HEMT中形成雙耗盡區(qū)域的工藝。參照圖7，第一電源Sl連接到源極28和柵極30，第二電源S2連接到漏極32。結(jié)果，第一材料層20的在柵極30與漏極32之間的2DEG通過漏極32被去除。另外，第四材料層沈的在柵極30與漏極32之間的2DHG通過源極觀被去除。因此，凈電荷為零的雙耗盡區(qū)域A2形成在柵極30與漏極32之間的包括第一材料層20、第二材料層22和第四材料層26的空間中。圖8是示出圖5中的源極觀和漏極的變型示例的示圖。參照圖8，第一材料層20包括沿相反的橫向方向延伸的第一部分20a和第二部分 20b。源極四分別包括第一源極29a和第二源極^b。第一源極29a可以設(shè)置在第二源極 29b上。第一源極29a接觸第四材料層沈的頂表面和側(cè)表面，并接觸第二材料層22的側(cè)表面的一部分。第一源極29a與第四材料層沈歐姆接觸。第二源極29b形成在從第一材料層20延伸的第二部分20b上，并接觸第二材料層22的側(cè)表面的一部分。第二源極^b與第一材料層20歐姆接觸。第一源極29a和第二源極^b的形狀以及它們的結(jié)合形狀不限于圖8中示出的形狀。第一源極29a和第二源極29b可以彼此分開。例如，第一源極^a 可以僅形成在第四材料層26的頂表面上，而第二源極29b可以僅形成在第一材料層20的第二部分20b上。漏極3 可以接觸第二材料層22的側(cè)表面，并可以延伸到第一材料層20 的第一部分20a上。在圖8中示出的情況中，第四材料層沈和漏極3 可以彼此接觸。圖9是示出根據(jù)示例實(shí)施例的HEMT的示圖，上面參照圖1至圖3描述的實(shí)施例應(yīng)用到了該實(shí)例實(shí)施例。在下文中，將省略重復(fù)的描述，且相同的標(biāo)號始終表示相同的元件。參照圖9，源極觀、漏極32、柵極40和第五材料層36設(shè)置在第二材料層22上?？梢詫⒔^緣層(未示出)設(shè)置在柵極40與第五材料層36和第二材料層22中至少一個(gè)之間。 可將絕緣層應(yīng)用到根據(jù)其它示例實(shí)施例的HEMT。第五材料層36可以具有與上述的第四材料層26的功能相同的功能，并可以由與上述的第四材料層沈的材料相同的材料形成。漏極32與源極觀、柵極40和第五材料層36分開地設(shè)置。源極觀和柵極40彼此分開地設(shè)置。柵極40的側(cè)表面接觸第五材料層36。柵極40的側(cè)表面與第五材料層36歐姆接觸。 柵極40的底表面與第二材料層22形成肖特基接觸。因此，第五材料層36的2DHG可通過柵極40可被去除。同時(shí)，如在圖9中由虛線所表示的，柵極40可延伸到第五材料層36的頂表面上。圖10示出了第一電源Sl和第二電源S2施加到圖9中的HEMT的源極觀、漏極32 和柵極40。如上所述，雙耗盡區(qū)域因施加的第一電源Sl和第二電源S2形成在柵極40與漏極32之間的空間中。
圖11是示出圖9中的HEMT的源極洲和漏極32的變型示例的示圖。參照圖11，第一材料層20包括沿相反的橫向方向延伸的第一部分20a和第二部分 20b。如圖11中所示，圖9中的源極觀和漏極32可變型為具有與圖8中的源極四和漏極 32a的形狀相同或相似的形狀。可選擇地，可以僅變型圖8和圖11中的源極和漏極中的一個(gè)。漏極42從第二材料層22的頂表面延伸，接觸第二材料層22的側(cè)表面，并延伸到第一材料層20的第一部分20a上。漏極42可具有與圖8中的漏極32a的形狀相同的形狀。源極43從第二材料層22的頂表面延伸，接觸第二材料層22的另一側(cè)表面，并延伸到第一材料層20的第二部分20b上。在圖11中示出的情況下，漏極42可接觸第五材料層36。圖12是示出圖9中的柵極的變型示例的示圖。參照圖12，柵極40包括第一柵極40a和第二柵極40b。第一柵極40a可設(shè)置在第五材料層36的頂表面上。第二柵極40b可從第一柵極40a的頂表面延伸，并接觸第一柵極 40a的側(cè)表面和第五無材料層36的側(cè)表面。第二柵極40b可向下進(jìn)一步地延伸到第二材料層22的頂表面而不接觸源極觀。在該變型的示例中，第一柵極40a與第五材料層36歐姆接觸。相反，第二柵極40b與第一柵極40a和第五材料層36形成歐姆接觸，并與第二材料層22形成肖特基接觸。結(jié)果，第一柵極40a和第二柵極40b可具有與圖9中的柵極40的功能相同的功能。圖12中的源極28和漏極32可分別變型為圖11中的源極43和漏極42。圖13是示出根據(jù)示例實(shí)施例的HEMT的示圖，上面參照圖1至圖3描述的實(shí)施例應(yīng)用到了該示例實(shí)施例。參照圖13，第六材料層50、第七材料層52和第八材料層M順序地堆疊。第六材料層50和第八材料層M可以與上述的第二材料層22相同。也就是說，第六材料層50和第八材料層M在其中具有極化，并可以是主要材料屬于III-V族(例如，AKiaN層)的化合物半導(dǎo)體層。第七材料層52可以與上述的第一材料層20相同。換句話說，第七材料層 52可以是主要材料屬于III-V族(例如，GaN層或hGaN層)的化合物半導(dǎo)體層。因此， 2DHG溝道(即，ρ溝道)形成在第七材料層52的與第六材料層50接觸的表面上。2DEG溝道(即，η溝道)形成在第七材料層52的與第八材料層M接觸的表面上。柵極60和漏極 62在第八材料層M上彼此分開地設(shè)置。柵極60與第八材料層M形成肖特基接觸。漏極62與第八材料層M歐姆接觸。 源極58設(shè)置在第七材料層52的2DHG溝道上，并可直接接觸2DHG溝道。源極58也接觸第七材料層52的2DEG溝道和第八材料層M的側(cè)表面。源極58突出得比第八材料層M的頂表面高。源極58與第七材料層52歐姆接觸?？蛇x擇地，可將漏極62設(shè)置為直接接觸第七材料層52的2DEG溝道。在這種情況下，第八材料層M可僅設(shè)置在第七材料層52的一部分上。如圖14中所示，當(dāng)將第一電源Sl施加到源極58和柵極60，并將第二電源S2施加到漏極62時(shí)，2DEG和2DHG分別通過漏極62和源極58在柵極60與漏極62之間的第七材料層52中被去除。同時(shí)，圖13中的源極58可以以與圖15中的源極68相似的方式設(shè)置在第八材料層54上。
接下來，將參照圖16至圖四描述根據(jù)示例實(shí)施例的HEMT的制造方法。在圖16 至圖四中未示出電荷。另外，將省略對上面已描述的元件的描述。下面，首先將參照圖16至圖19描述根據(jù)示例實(shí)施例的HEMT的制造方法。參照圖16，將第二材料層22和第四材料層沈順序地堆疊在第一材料層20上。參照圖17，通過部分地蝕刻第四材料層沈來部分地暴露第二材料層22。如圖18 中所示，通過使用一般的光刻方法在第二材料層22的暴露部分上形成漏極32，并在第四材料層26上形成源極觀。由于源極觀和柵極30形成第四材料層沈的同一表面上，所以根據(jù)在下面的步驟中形成的柵極30的位置來限定源極觀的位置。在形成源極觀和漏極32 之后，可以在其上執(zhí)行例如熱工藝來建立歐姆接觸。參照圖19，在第四材料層沈上形成柵極30。柵極30形成為與源極觀分開。接下來，將參照圖20至圖M來描述根據(jù)其它示例實(shí)施例的HEMT的制造方法。參照圖20，在第二材料層22的一部分上形成第五材料層36。如圖21中所示，在第二材料層22上形成源極觀和漏極32?？蓪⒃礃O觀和漏極32形成為彼此面對，并且可將第五材料層36設(shè)置在源極觀和漏極32之間。源極觀、漏極32和第五材料層36形成為彼此分開。參照圖22，在第二材料層22上形成柵極40。將柵極40形成為接觸第五材料層 36。這里，將柵極40形成為使得柵極40的側(cè)表面與第五材料層36的側(cè)表面歐姆接觸。另外，將柵極40形成為使得柵極40的底表面與第二材料層22形成肖特基接觸。將柵極40形成為與源極觀和漏極32分開。如使用虛線所表示的，可將柵極40 形成為延伸到第五材料層36的頂表面上。可選擇地，可將柵極40形成為兩部分。例如，如圖23中所示，在第五材料層36的頂表面上形成第一柵極40a。這里，可將第一柵極40a形成為與第五材料層36歐姆接觸。 如圖M中所示，形成第二柵極40b?？蓪⒌诙艠O40b形成為從第一柵極40a的頂表面延伸，接觸第一柵極40a的側(cè)表面和第五材料層36的側(cè)表面，并延伸到第二材料層22上。這里，將第二柵極40b形成為與第一柵極40a和第五材料層36形成歐姆接觸并與第二材料層 22形成肖特基接觸。接下來，將參照圖25至圖四來描述根據(jù)其它示例實(shí)施例的HEMT的制造方法。參照圖25，在第六材料層50上順序地堆疊第七材料層52和第八材料層M。如圖 26中所示，在第八材料層M上形成源極68和漏極62。源極68和漏極62形成為彼此分開。如圖27中所示，在第八材料層M上形成柵極60。柵極60形成在源極68和漏極 62之間，并形成為與源極68和漏極62分開。可將源極68形成在別處。例如，如圖觀中所示，在形成第八材料層M之后，通過蝕刻第八材料層M的一部分來部分地暴露第七材料層52。如圖四中所示，在第七材料層 52通過蝕刻暴露的部分上形成源極58。這里，源極58接觸第七材料層52的通過蝕刻暴露的側(cè)表面，并接觸第八材料層討的通過蝕刻暴露的側(cè)表面。將源極58形成為突出得比第八材料層M的頂表面高。還可將源極58形成為延伸到第八材料層M的頂表面上而不接觸柵極60。同時(shí)，在上面的描述中，可將第一材料層20和第六材料層50稱作下材料層?？蓪⒌诙牧蠈?2和第七材料層52稱作中間層或中間材料層?？蓪⒌谌牧蠈覯、第四材料層沈、第五材料層36和第八材料層M稱作上材料層。上面描述的示例實(shí)施例涉及AKiaN和GaN沿( 面方向生長的情況。在圖1至圖 3和圖5至圖12中示出的示例實(shí)施例中，中間層由具有相對(或?qū)嵸|(zhì)上)高的極化性(或極性)的AKiaN形成。這樣，2DEG形成在下材料層的與中間層接觸的表面上。在圖13至圖 15中示出的示例實(shí)施例中，中間層由具有相對(或?qū)嵸|(zhì)上)低的極化性(或極性)的GaN 形成。這樣，2DEG形成在中間層的與上材料層接觸的表面上。當(dāng)具有相對高的極化性(或極性)的AKiaN在( 面的GaN上生長時(shí)，正表面電荷因GaN和AKkiN的極化性(或極性)的差異而出現(xiàn)在GaN/AKkiN界面上，且?guī)兑蛟撾姾啥鴱澢?。結(jié)果，2DEG形成具有相對(或?qū)嵸|(zhì)上)低的極化性(或極性)的GaN的表面(界面)上，其中，該表面與AKiaN接觸，這樣，空間電荷抵消。相反，在GaN在AlGaN上生長的情況下，表面電荷的符號因極化而反轉(zhuǎn)，這樣，2DHG 形成在GaN接觸AlGaN的表面(界面)上。在AlGaN和GaN沿N面方向生長的情況下，電荷的極化性(或極性)改變。因此， 在中間層由具有相對高的極化性(或極性)的AKiaN形成的情況下，2DEG形成在上材料層的接觸AKiaN的表面(界面)上。在中間層由具有相對(或?qū)嵸|(zhì)上)低的極化性(極性) 的GaN形成的情況下，2DHG形成在中間層的接觸下材料層的表面(界面)上。對于上材料層、中間層和下材料層，每種層不限于單材料層，每種層可以由多材料層制成。另外，它們的組分可以從每層的上表面至每層的底表面逐漸地改變。應(yīng)該理解的是，這里描述的示例實(shí)施例應(yīng)僅以描述意義來考慮，且不意圖進(jìn)行限制。在每個(gè)示例實(shí)施例中對特征或方面的描述通常應(yīng)認(rèn)為可用于在其它示例實(shí)施例中的其它的相似的特征或方面。
權(quán)利要求
1.一種高電子遷移率晶體管，包括在具有不同極性的多個(gè)半導(dǎo)體層上的源極、柵極和漏極，其中，雙耗盡區(qū)域存在于源極和漏極之間。
2.如權(quán)利要求1所述的高電子遷移率晶體管，其中，在所述多個(gè)半導(dǎo)體層中的具有相對低的極性的半導(dǎo)體層包括二維電子氣和二維空穴氣中的至少一種。
3.如權(quán)利要求2所述的高電子遷移率晶體管，其中，多個(gè)半導(dǎo)體層包括上材料層、中間材料層和下材料層，中間材料層的極性不同于上材料層的極性和下材料層的極性。
4.如權(quán)利要求3所述的高電子遷移率晶體管，其中，下材料層包括二維電子氣溝道，上材料層包括二維空穴氣溝道。
5.如權(quán)利要求3所述的高電子遷移率晶體管，其中，上材料層包括二維電子氣溝道，下材料層包括二維空穴氣溝道。
6.如權(quán)利要求3所述的高電子遷移率晶體管，其中，二維電子氣溝道形成在中間材料層的與上材料層接觸的表面上，二維空穴氣溝道形成在中間材料層的與下材料層接觸的表面上。
7.如權(quán)利要求3所述的高電子遷移率晶體管，其中，二維電子氣溝道形成在中間材料層的與下材料層接觸的表面上，二維空穴氣溝道形成在中間材料層的與上材料層接觸的表面上。
8.如權(quán)利要求3所述的高電子遷移率晶體管，其中，中間材料層是單材料層或多材料層。
9.如權(quán)利要求1所述的高電子遷移率晶體管，其中，所述多個(gè)半導(dǎo)體層包括上材料層、 中間材料層和下材料層，柵極和漏極在上材料層上且彼此分開地設(shè)置。
10.如權(quán)利要求9所述的高電子遷移率晶體管，其中，源極在上材料層上。
11.如權(quán)利要求10所述的高電子遷移率晶體管，其中，上材料層包括二維空穴溝道，源極直接接觸二維空穴氣溝道并接觸上材料層的側(cè)表面。
12.如權(quán)利要求9所述的高電子遷移率晶體管，所述高電子遷移率晶體管還包括在上材料層和柵極之間的絕緣層。
13.一種高電子遷移率晶體管，所述高電子遷移率晶體管包括 中間材料層，在下材料層上；上材料層和漏極，在中間材料層上方；柵極，在中間材料層和上材料層中的至少一個(gè)上；源極，在中間材料層和上材料層中的至少一個(gè)上，其中，中間材料層的極性不同于上材料層的極性和下材料層的極性，雙耗盡區(qū)域存在于柵極和漏極之間。
14.如權(quán)利要求13所述的高電子遷移率晶體管，其中，上材料層和漏極接觸中間材料層，源極與柵極分開地設(shè)置，且源極設(shè)置在中間材料層或上材料層上。
15.如權(quán)利要求14所述的高電子遷移率晶體管，其中，柵極和源極在上材料層上。
16.如權(quán)利要求13所述的高電子遷移率晶體管，其中，柵極和源極在中間材料層上， 柵極的側(cè)表面接觸上材料層。
17.如權(quán)利要求16所述的高電子遷移率晶體管，其中，柵極與上材料層歐姆接觸， 柵極和中間材料層形成肖特基接觸。
18.如權(quán)利要求16所述的高電子遷移率晶體管，其中，柵極包括第一柵極和第二柵極。
19.如權(quán)利要求18所述的高電子遷移率晶體管，其中，第一柵極與上材料層歐姆接觸， 第二柵極與第一柵極和上材料層歐姆接觸，并與中間材料層形成肖特基接觸。
20.如權(quán)利要求13所述的高電子遷移率晶體管，其中，源極和漏極中的至少一個(gè)接觸下材料層的側(cè)表面。
21.如權(quán)利要求13所述的高電子遷移率晶體管，其中，所述高電子遷移率晶體管還包括在柵極與中間材料層和上材料層中的至少一個(gè)之間的絕緣層。
22.如權(quán)利要求13所述的高電子遷移率晶體管，其中，上材料層和漏極在中間材料層上彼此分開地設(shè)置。
23.如權(quán)利要求13所述的高電子遷移率晶體管，其中，源極在上材料層上。
24.如權(quán)利要求23所述的高電子遷移率晶體管，其中，上材料層包括二維空穴溝道，源極直接接觸二維空穴氣溝道并接觸上材料層的側(cè)表面。
全文摘要
本發(fā)明公開了表現(xiàn)雙耗盡的高電子遷移率晶體管(HEMT)及其制造方法。HEMT包括在具有不同極性的多個(gè)半導(dǎo)體層上的源極、柵極和漏極。雙耗盡區(qū)域存在于源極和漏極之間。多個(gè)半導(dǎo)體層包括上材料層、中間材料層和下材料層，中間材料層的極性不同于上材料層的極性和下材料層的極性。
文檔編號H01L21/335GK102194867SQ20111005188
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月2日
發(fā)明者吳在浚, 崔赫洵, 洪起夏, 申在光, 金鐘燮, 黃仁俊 申請人:三星電子株式會社