本公開涉及HEMT器件。

背景技術(shù)：

具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)(特別是由氮化鎵(GaN)和氮化鋁鎵(AlGaN)制成的異質(zhì)結(jié)構(gòu))的高電子遷移率晶體管(HEMT)是本領(lǐng)域已知的。例如，HEMT器件由于其高擊穿閾值而被賞識用作功率開關(guān)。另外，HEMT的導(dǎo)電溝道中的高電流密度使得能夠?qū)崿F(xiàn)導(dǎo)電溝道的低通態(tài)電阻(R_ON)。

為了有利于在高功率應(yīng)用中使用HEMT，已經(jīng)引入了凹陷柵極HEMT。

該類型的器件的問題在于在開關(guān)操作期間由于通態(tài)電阻(R_ON)的增加而導(dǎo)致的電流的急劇減小。在斷態(tài)下的高電壓偏置(400V-600V)之后的R_ON值上的暫時增加被認為是由在溝道中、在緩沖層中或在表面處對電荷載流子的過度捕獲引起的。

為了減輕該問題，采用了各種解決方案。

由美國馬薩諸塞州劍橋市麻省理工學(xué)院微系統(tǒng)技術(shù)實驗室的D.Jin等人發(fā)表的題為“通過齊納捕獲誘發(fā)的在高電壓GaN MIS-HEMT中的總電流崩塌”(“Total current collapse in High-Voltage GaN MIS-HEMTs induced by Zener trapping”)的文獻描繪了一種在溝道的外延生長的階段期間對缺陷進行控制的方法和“場板”結(jié)構(gòu)的適當(dāng)設(shè)計。然而，該方法未解決上述問題并要求對生長階段進行控制，這對HEMT的工業(yè)生產(chǎn)的成本具有影響。

由安森美半導(dǎo)體公司的P.Moens等人發(fā)表的題為“關(guān)于碳摻雜對650V GaN功率器件的動態(tài)Ron和斷態(tài)漏電流的影響”(“On the Impact of Carbon-Doping on the Dynamic Ron and Off-state Leakage Current of 650V GaN Power Devices”)的文獻提出在緩沖層的水平面處利用碳原子對HEMT的半導(dǎo)體主體的摻雜分布進行優(yōu)化可以提供對上述問題的解決方案。然而，諸如碳原子等的雜質(zhì)的存在本身可能是對載流子的進一步捕獲和R_ON劣化的原因。

2013年由J.Würfl等人發(fā)表的題為“關(guān)于具有改進的高電壓動態(tài)開關(guān)性質(zhì)的GaN功率晶體管的技術(shù)”(“Techniques towards GaN power transistors with improved high voltage dynamic switching properties”)的文獻討論了對于GaN功率器件中的動態(tài)開關(guān)的限制，并提出了用于通過修改HEMT的緩沖層的結(jié)構(gòu)來改進以高電壓進行快速開關(guān)的技術(shù)。然而，上述問題并未得到解決。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開的至少一些實施例提供了一種HEMT器件，該HEMT器件是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所提出的那些方案的替代方案，并克服了上面所陳述的缺點。

根據(jù)本公開的至少一個實施例，一種HEMT器件包括：

半導(dǎo)體主體，包括異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，該異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)形成HEMT器件的主導(dǎo)電溝道；

在半導(dǎo)體主體上的電介質(zhì)層；

在一個方向上彼此對齊的柵極電極、漏極電極和源極電極，其中漏極電極面向柵極電極的第一側(cè)延伸，并且源極電極面向柵極電極第二側(cè)延伸，第二側(cè)在所述一個方向上與第一側(cè)相對；以及

輔助溝道層，該輔助溝道層在異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)之上在柵極電極與漏極電極之間延伸，與漏極電極電接觸，與柵極電極間隔開，并且形成用于在源極電極與漏極電極之間流動的電荷載流子的除了主導(dǎo)電溝道之外的導(dǎo)電路徑。

在一個實施例中，所述輔助溝道層是具有N型摻雜的氮化鎵的層。

在一個實施例中，所述輔助溝道層包括：氮化鎵的第一層，具有被包括在5％與30％之間的鋁濃度；和氮化鋁鎵的第二層，具有被包括在10％與40％之間的鋁濃度，所述氮化鋁鎵的第二層在所述氮化鎵的第一層之上延伸。

在一個實施例中，所述異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)包括：第一材料的溝道層和第二材料的勢壘層，所述勢壘層在所述溝道層之上延伸，所述第一材料和所述第二材料具有不同的帶隙；且所述勢壘層包括：

第一中間層，包括具有被包括在10％與40％之間的鋁濃度的氮化鋁鎵，以及

第二中間層，所述第二中間層在所述第一中間層之上延伸，并且包括具有被包括在5％與30％之間的鋁濃度的氮化鋁鎵。

在一個實施例中，所述HEMT器件進一步包括場板，所述場板在所述電介質(zhì)層之上延伸并且至少部分地與所述輔助溝道層豎直重疊。

在一個實施例中，所述場板是被電耦合至所述柵極電極的柵極場板或者是被電耦合至所述源極電極的源極場板。

在一個實施例中，所述HEMT器件進一步包括場板，所述場板在所述電介質(zhì)層之上延伸，其中所述場板沿所述一個方向從所述輔助溝道層橫向偏移。

在一個實施例中，所述場板沿所述一個方向以等于或小于0.5μm的距離從所述輔助溝道層橫向偏移。

根據(jù)本公開的至少一個實施例，一種高電子遷移率晶體管HEMT器件，包括：

半導(dǎo)體主體，包括異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，所述異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)形成所述HEMT器件的主導(dǎo)電溝道；

在所述半導(dǎo)體主體上的電介質(zhì)層；

延伸到所述電介質(zhì)層中的柵極電極、漏極電極和源極電極，其中所述漏極電極面向所述柵極電極的第一側(cè)，并且所述源極電極面向所述柵極電極的第二側(cè)，所述第二側(cè)與所述第一側(cè)相對；以及

輔助溝道層，所述輔助溝道層在所述電介質(zhì)層中并且在所述異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)之上在所述柵極電極與所述漏極電極之間延伸，與所述漏極電極電接觸，通過所述電介質(zhì)層的一部分與所述柵極電極間隔開，并且形成用于電荷載流子在所述源極電極與所述漏極電極之間流動的除了所述主導(dǎo)電溝道之外的導(dǎo)電路徑。

在一個實施例中，所述HEMT器件進一步包括柵極場板，所述柵極場板接觸所述柵極電極并且在所述電介質(zhì)層之上延伸，其中豎直平面延伸穿過所述柵極場板，所述豎直平面垂直于所述半導(dǎo)體主體的由所述電介質(zhì)層接觸的頂表面，并且延伸穿過所述輔助溝道層的面向所述柵極電極的側(cè)壁。

在一個實施例中，所述HEMT器件進一步包括柵極場板，所述柵極場板接觸所述柵極電極并且在所述電介質(zhì)層之上延伸，其中所述柵極場板與豎直平面間隔開，所述豎直平面垂直于所述半導(dǎo)體主體的由所述電介質(zhì)層接觸的頂表面，并且延伸穿過所述輔助溝道層的面向所述柵極電極的側(cè)壁。

在一個實施例中，所述HEMT器件進一步包括源極場板，所述源極場板被電耦合至所述源極電極并且直接在所述電介質(zhì)層和所述柵極電極之上延伸，其中豎直平面延伸穿過所述源極場板，所述豎直平面垂直于所述半導(dǎo)體主體的由所述電介質(zhì)層接觸的頂表面，并且延伸穿過所述輔助溝道層的面向所述柵極電極的側(cè)壁。

在一個實施例中，所述HEMT器件進一步包括源極場板，所述源極場板被電耦合至所述源極電極并且直接在所述電介質(zhì)層和所述柵極電極之上延伸，其中所述源極場板與豎直平面間隔開，所述豎直平面垂直于所述半導(dǎo)體主體的由所述電介質(zhì)層接觸的頂表面，并且延伸穿過所述輔助溝道層的面向所述柵極電極的側(cè)壁。

根據(jù)本公開提供的HEMT器件顯示出高的電流值，而不管操作條件如何，并且不管存在于溝道層中的陷阱(其不要求用于減少陷阱的任何特定優(yōu)化)。器件的性能得以顯著提高。

附圖說明

為了更好地理解本實用新型，現(xiàn)在純粹通過非限制性示例的方式并參照隨附附圖來描述其優(yōu)選實施例，其中：

圖1在橫向截面圖中示出根據(jù)本公開的一個實施例的HEMT器件；

圖2在橫向截面圖中示出根據(jù)本公開的另一實施例的HEMT器件；

圖3在橫向截面圖中示出根據(jù)本公開的另一實施例的HEMT器件；

圖4在橫向截面圖中示出根據(jù)本公開的另一實施例的HEMT器件；

圖5在橫向截面圖中示出根據(jù)本公開的另一實施例的HEMT器件；

圖6A至圖6E在橫向截面圖中示出圖1的HEMT器件的相繼的制造步驟；以及

圖7示出與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的HEMT器件相比在不同漏極電壓條件下的圖1的HEMT器件的漏極電流的曲線圖。

具體實施方式

圖1在彼此正交的軸X、Y、Z的三軸系統(tǒng)中示出常斷型HEMT器件1A，包括：半導(dǎo)體襯底2；半導(dǎo)體緩沖層3，其在襯底2之上延伸并設(shè)計成使得能夠?qū)崿F(xiàn)二維電子氣體(2DEG)在位于上面的導(dǎo)電溝道中的更好的耗盡；溝道層4，其在緩沖層3之上延伸；半導(dǎo)體勢壘層6，其在溝道層4之上延伸；電介質(zhì)材料的絕緣層7，電介質(zhì)材料為諸如氮化硅(Si₃N₄)或氧化硅(SiO₂)等，絕緣層7在勢壘層6的正面?zhèn)戎涎由?；和柵極區(qū)8，其在半導(dǎo)體主體3中在源極電極10與漏極電極12之間延伸。在一個或多個實施例中，襯底2例如由硅、碳化硅(SiC)或藍寶石(Al₂O₃)制成。在一個或多個實施例中，緩沖層3由氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化銦鎵(InGaN)制成或 者一般地由AlGaN或InGaN合金制成。在一個或多個實施例中，溝道層4由氮化鎵(GaN)或本征InGaN制成，并且具有被包括在近似5nm與400nm之間的厚度，例如近似15nm。在一個或多個實施例中，勢壘層6由本征氮化鋁鎵(AlGaN)制成或者更一般地由基于諸如AlxGa1-xN、AlInGaN、InxGa1-xN、AlxIn1-xAl等的氮化鎵的三元或四元合金的化合物制成，并且具有被包括在近似5nm與400nm之間的厚度，例如近似15nm。

襯底2、緩沖層3、溝道層4、勢壘層6和絕緣層7處于平行于平面XY的相應(yīng)平面中，并且在Z方向上彼此堆疊。

溝道層4和勢壘層6形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)13。襯底2、緩沖層3和異質(zhì)結(jié)構(gòu)13作為整體用術(shù)語“半導(dǎo)體主體15”限定。

柵極區(qū)8通過絕緣層7的相應(yīng)部分與源極區(qū)10和漏極區(qū)12橫向地(即，沿X)分開和絕緣。柵極區(qū)8是凹陷型的；即，柵極區(qū)8在深度方向上延伸穿過絕緣層7并完全穿過勢壘層6，直到溝道層4為止。

換言之，柵極區(qū)8形成在穿過絕緣層7和勢壘層6蝕刻出的溝槽9中。

柵極電介質(zhì)層8a面向溝槽9的底部和側(cè)壁在溝槽9中延伸。柵極電介質(zhì)8a可以進一步可選地在溝槽9外部延伸，即在絕緣層7上延伸。柵極金屬化層8b完成對溝槽9的填充并在柵極電介質(zhì)層8a之上延伸。柵極電介質(zhì)層8a和柵極金屬化層8b形成HEMT器件1A的柵極區(qū)8。

柵極區(qū)8具有面向漏極區(qū)12的第一側(cè)8'和面向源極區(qū)10的第二側(cè)8”。柵極區(qū)8的第一側(cè)8'和第二側(cè)8”至少部分地平行于彼此并且平行于平面XY。

根據(jù)本公開的一個方面，輔助溝道20在勢壘層6的正面?zhèn)?a之上在源極區(qū)10與漏極區(qū)12之間延伸，并且被電耦合至源極區(qū)10和漏極區(qū)12。特別地，輔助溝道20在柵極區(qū)8的第一側(cè)8'與漏極區(qū)12之間延伸，并且在柵極區(qū)8的第二側(cè)8”與源極區(qū)10之間延伸。 然而，輔助溝道的在柵極區(qū)8與源極區(qū)10之間延伸的部分可以不存在。

更詳細地，輔助溝道20在源極區(qū)10的一部分與柵極氧化物8a的相應(yīng)部分之間延伸并與它們接觸，并且進一步與漏極區(qū)12直接接觸，柵極氧化物8a的相應(yīng)部分限定柵極區(qū)8的第二側(cè)8”。然而，輔助溝道20不與柵極區(qū)8的第一側(cè)8'直接接觸，而是與之相距一定距離。因此，輔助溝道20在第一側(cè)8'附近延伸，而從來不與之直接接觸。輔助溝道20以與柵極區(qū)8的第一側(cè)8'相距的距離d₁(在X方向上測得)延伸，距離d₁被選擇為使得電場在第一側(cè)8'上不是過高的。如果電場引起或可能引起柵極電介質(zhì)的擊穿，則認為電場太高。

本申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，等于或大于0.5μm的距離d₁的值足以滿足針對d₁的選擇的上述條件。

根據(jù)本公開的一個實施例，在存在柵極電極或柵極場板30的情況下，輔助溝道20相對于提供場板30的金屬層以不大于值d₂的最大距離(沿X測得)橫向偏移地延伸。距離d₂的值被選擇為使得不會出現(xiàn)參照現(xiàn)有技術(shù)所討論的二維電子氣體(2DEG)的耗盡以及由于捕獲現(xiàn)象而導(dǎo)致的通態(tài)電阻的增加的問題。d₂的確切選擇可以通過在測試裝置上的實驗測試來實驗地進行。

本申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，等于或小于0.5μm的距離d₂的值是是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點。

根據(jù)一個實施例，輔助溝道20由具有N型摻雜、特別是具有被包括在1×10¹⁸cm^-3與1×10¹⁹cm^-3之間、特別是1×10¹⁸cm^-3的摻雜劑物質(zhì)的密度的氮化鎵(GaN)制成。在該情況中，輔助溝道20的厚度被包括在5nm與100nm之間，特別是50nm。

在圖2中詳細示出的根據(jù)備選實施例的HEMT 1B中，輔助溝道20是包括位于氮化鎵(GaN)層24上面的氮化鋁鎵(AlGaN)層22的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。AlGaN層22具有被包括在5nm與50nm之間的厚度，以及被包括在15％與50％之間(例如，25％)的鋁濃度；GaN層24具有被包括在2nm與50nm之間的厚度，例如8nm。

關(guān)于勢壘層6，在圖1和圖2的兩個實施例中，它都優(yōu)選地由具有彼此不同的鋁濃度的兩個中間AlGaN層6'、6”形成。根據(jù)本公開的一方面，第二中間層6”中的鋁的濃度低于第一中間層6'中的鋁的濃度。特別地，與溝道層直接接觸地延伸的第一中間層6'由具有被包括在10％與40％之間(例如25％)的鋁濃度的AlGaN制成，而直接在第一中間層6'之上延伸的第二中間層6”由具有低于前一個鋁濃度的、即被包括在5％與30％之間(例如15％)的鋁濃度的AlGaN制成，或者由具有在遠離第一中間層6'的方向Z上減小的鋁濃度分布(例如，在與第一中間層6'的界面處的30％的鋁和在正面?zhèn)?a處的5％的鋁)的AlGaN制成。第二中間層6”進一步包括摻雜有N型摻雜物質(zhì)的硅。

勢壘層6的該構(gòu)造使得能夠?qū)崿F(xiàn)在輔助溝道20與勢壘層6之間的勢壘的減小。

在HEMT 1A、1B的操作期間，電荷載流子遵循由圖1中的P₁和P₂指示的導(dǎo)電路徑從源極區(qū)10流動至漏極區(qū)12?？梢宰⒁獾?，在有源區(qū)的被包括在柵極區(qū)8與源極區(qū)10之間的部分中，導(dǎo)電路徑P₁與P₂重合；相反，在有源區(qū)的被包括在柵極區(qū)8與漏極區(qū)12之間的部分中，導(dǎo)電路徑P₁與P₂不重合。這里，電荷載流子的一部分穿過溝道4中的二維電子氣體(2DEG)朝向漏極區(qū)12流動(路徑P₁)，而電荷載流子的一部分穿過溝道4中的二維電子氣體(2DEG)、勢壘層6和輔助溝道20朝向漏極區(qū)12流動。

電荷載流子對導(dǎo)電路徑P₁或P₂的選擇取決于由電荷載流子在所述路徑中遇到的電阻。

在溝道層4中的電阻R_ON(由于已知的捕獲現(xiàn)象而)不期望的增加的情況中，導(dǎo)電路徑P₂有優(yōu)于導(dǎo)電路徑P₁的特權(quán)。以該方式，在HEMT 1A的其中電阻R_ON由于溝道層4中的陷阱而增加的開關(guān)操作條件期間，總是存在用于電流的備選路徑，即由輔助溝道20提供的路徑。

因此，HEMT器件1A的操作不被溝道層4中的陷阱抑制。

柵極區(qū)8的第一側(cè)8'與輔助溝道20之間的距離d₁保證在所考慮的操作電壓(例如，400V和600V)下，柵極區(qū)8處的電場不是過度高的值以致?lián)舸〇艠O氧化物8a。

根據(jù)本公開的另一方面，圖3中圖示出的HEMT 1C(根據(jù)圖1或圖2的實施例中的任一個)進一步具有場板金屬層30，其作為柵極金屬化層8b的延長部分朝向漏極區(qū)12延伸，直到它位于(在俯視圖中或等效地在Z方向上)輔助溝道20上面。輔助溝道20和場板金屬層30通過絕緣層7和柵極電介質(zhì)8a(如果存在)彼此分開。

作為具有柵極連接型的場板金屬層30的HEMT 1A、1B、1C的備選方案，可以存在源極連接型的一個或多個場板，即被電耦合至分別在圖4和圖5中所圖示的HEMT 1D、1E中的源極區(qū)10的金屬化層(源極連接的場板用附圖標記34標識)。

參照圖4的HEMT 1D，場板金屬層34平行于輔助溝道20在柵極區(qū)8與漏極區(qū)12之間延伸，直到它與輔助溝道20重疊(在俯視圖中或等效地在Z方向上)。輔助溝道20和場板金屬層34通過絕緣層7、通過鈍化層32并且如果存在的話通過柵極電介質(zhì)8a彼此分開。鈍化層32具有使場板金屬層34與柵極區(qū)8電絕緣的功能。

根據(jù)圖5所示的HEMT 1E，輔助溝道20相對于場板金屬層34橫向偏移地(在X方向上)延伸，即不與其重疊(在Z方向上)。

在該情況中，在方向X上測得的界定場板金屬層34的結(jié)束的邊緣和界定輔助溝道20的開始的邊緣之間的最大距離是d₃，并且具有被選擇為使得不會創(chuàng)建從存在于緩沖層中的陷阱過度耗盡的2DEG區(qū)的值。

d₃的值特別地等于或小于0.5μm。

當(dāng)存在柵極場板30和源極場板34兩者時，輔助溝道20延伸使得它處于上面參照圖3至圖4提到的兩個條件中的至少一個中，即使得(i)輔助溝道20至少部分地與柵極場板30和源極場板34之間的一個重疊；和/或(ii)輔助溝道20相對于柵極場板和源極場板30、34兩者并且以與柵極場板30和源極場板34之間的至少一個相距不 大于d₂或d₃的在方向X上測得的距離偏移地延伸。

在下文中參照圖6A至圖6E描述的是用于制造圖1的HEMT器件1A的步驟，但是大部分的相同步驟可以用于制造圖2至圖5的HEMT 1B至1E，在下面討論小的修改。

圖6A在截面圖中示出根據(jù)本公開的一個實施例的在用于制造HEMT器件的步驟期間的晶片50的一部分。晶片50的與已經(jīng)參照圖1描述并在圖1中示出的那些共有的元件用相同的附圖標記指示，并且不再進一步詳細描述。

特別地，提供晶片50，其包括：襯底2，由例如硅(Si)或碳化硅(SiC)或氧化鋁(Al₂O₃)制成，具有在方向Z上彼此相對的正面?zhèn)?a和背面?zhèn)?b；緩沖層3，在襯底2的正面?zhèn)?a上，例如由氮化鋁鎵(AlGaN)或由氮化銦鎵(InGaN)制成；溝道層4，例如由氮化鎵(GaN)制成，溝道層4的下側(cè)4a與緩沖層3相鄰并在緩沖層3上面延伸；以及勢壘層6，其在溝道層4之上延伸。勢壘層6和溝道層4形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)13。

根據(jù)本公開的一個或多個實施例，勢壘層6的形成設(shè)想：在溝道層上通過沉積AlGaN(例如，經(jīng)由MOCVD或MBE)形成第一中間層6'，直到達到被包括在5nm與20nm之間的厚度，例如8nm；和在第一中間層6'上通過沉積AlGaN并以1×10¹⁸cm^-3的摻雜水平摻雜硅形成第二中間層6”，直到達到被包括在5nm與20nm之間的厚度，例如8nm。

在第一中間層6'的沉積期間，調(diào)節(jié)鋁的濃度使得鋁的濃度被包括在10％與40％之間；在第二中間層6”的沉積期間，調(diào)節(jié)鋁的濃度使得鋁的濃度被包括在50％與30％之間。

作為備選方案，第二中間層6”被形成為使得它具有在遠離第一中間層6'的方向Z上減小的鋁濃度分布(例如，在與第一中間層6'的界面處的30％的鋁和在正面?zhèn)?a處的5％的鋁)。

接下來，根據(jù)已經(jīng)參照圖1描述的實施例，利用N型摻雜(例如，通過MOCVD或MBE)例如通過沉積氮化鎵GaN而在勢壘層6 的正面?zhèn)?a上形成輔助溝道層56。

作為備選方案，根據(jù)圖2的實施例，通過沉積本征型的第一層氮化鎵(GaN)并接著在它上面沉積AlGaN層來形成輔助溝道層56。通過沉積(例如，通過MOCVD或MBE)、選擇性地調(diào)制兩個層中的期望的鋁量來執(zhí)行形成輔助溝道層56的GaN層和AlGaN層兩者的沉積。

接著(圖6B)，執(zhí)行輔助溝道層56的掩蔽蝕刻的步驟，以在將在隨后的機加工步驟中形成柵極溝槽9的區(qū)域57'處去除其第一選擇性部分；并且進一步去除輔助溝道層56的第二選擇性部分，其與區(qū)域57'并排地延伸在方向X上等于d₁的長度(圖6B中標識的區(qū)域57”)。特別地，輔助溝道層56的去除的第二選擇性部分作為第一選擇性區(qū)域的橫向延長部分朝向晶片50的將容納HEMT器件1A至1E的漏極區(qū)的部分延伸。該工藝步驟限定了如先前所描述的在漏極區(qū)8與輔助溝道20之間的距離d₁。

接著，再次參照圖6B，例如氮化硅(SiN)或氧化硅(SiO₂)的電介質(zhì)或絕緣材料的鈍化層52被形成在晶片50上(并因此在如此構(gòu)造的輔助溝道層56上并在區(qū)域57'、57”處)。鈍化層52具有被包括在5nm與300nm之間(例如100nm)的厚度，并且通過CVD或原子層沉積(ALD)形成，并且在制造步驟結(jié)束時，將形成絕緣層7。

接下來(圖6C)，例如通過光刻和蝕刻步驟選擇性地去除鈍化層52，以用于在晶片50的將要形成HEMT器件1的柵極區(qū)8的區(qū)域57'中去除其選擇性部分。

蝕刻步驟可以在位于下面的勢壘層6處停止(以提供常通型的HEMT)，或者它可以部分地繼續(xù)進行到勢壘層6中(后一實施例被示出在圖6C中)。在該第二種情況中，位于下面的溝道層4的表面部分4'露出。對勢壘層6的蝕刻例如通過干法蝕刻來執(zhí)行。

因此形成溝槽9，其貫穿鈍化層52的厚度并且針對勢壘層6的位于下面的部分延伸。

接著例如通過沉積形成柵極電介質(zhì)層8a，柵極電介質(zhì)層8a例如 由從氮化鋁(AlN)、氮化硅(SiN)、氧化鋁(Al₂O₃)和氧化硅(SiO₂)之中選出的材料制成。柵極電介質(zhì)層8a具有在1nm和50nm之間選擇的厚度，例如20nm。

接下來(圖6D)，在晶片30上執(zhí)行沉積導(dǎo)電材料的步驟，以在柵極電介質(zhì)層8a上形成導(dǎo)電層58，特別是為了填充溝槽9。例如，導(dǎo)電層58由諸如鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、氮化鈦(TiN)、鈀(Pa)、鎢(W)、硅化鎢(WSi₂)、鈦/鋁(Ti/Al)或鎳/金(Ni/Au)等的材料制成。

接著通過本身已知的光刻和蝕刻步驟選擇性地去除導(dǎo)電層58，以用于將其從晶片50上消除，除了其在溝槽9中延伸的部分，從而形成柵極金屬化層8b。在相同的步驟期間，使用用于對導(dǎo)電層58進行蝕刻的適當(dāng)掩模，進一步可以以本身已知的方式限定參照圖3所描述的柵極場板30。

柵極金屬化層8b和柵極電介質(zhì)8a作為整體形成圖1的HEMT器件的凹陷柵極區(qū)8。

接著(圖6E)，執(zhí)行對柵極電介質(zhì)8a、鈍化層52、輔助溝道層56和勢壘層6的掩蔽蝕刻的一個或多個進一步的步驟，以去除它們的在晶片50的將要形成HEMT器件1A的源極和柵極區(qū)10、12的區(qū)域中延伸的選擇性部分。

對鈍化層52的選擇性部分的去除導(dǎo)致圖1中圖示出的絕緣層7的形成。同樣，對輔助溝道層56的選擇性部分的去除導(dǎo)致圖1中圖示出的輔助溝道20的形成。

特別地，在柵極區(qū)8的相對側(cè)(側(cè)8'和8”)上并且與柵極區(qū)8相距一定距離形成開口，直到到達溝道層4。

接下來，通過在晶片50上通過濺射或蒸發(fā)來沉積導(dǎo)電材料(特別是諸如鈦(Ti)或鋁(Al)等的金屬或者它們的合金或化合物)執(zhí)行形成歐姆接觸的步驟，以提供源極區(qū)和漏極區(qū)10、12。接著執(zhí)行對如此沉積的金屬層的下一蝕刻步驟，以從晶片50去除所述金屬層(除了在源極和漏極開口內(nèi)延伸的金屬部分)，以在其中分別形成源極 區(qū)10和漏極區(qū)12。

接下來，例如以被包括在近似500℃與900℃之間的溫度持續(xù)20秒至5分鐘的時間的快速熱退火(RTA)的步驟使得能夠?qū)崿F(xiàn)源極電極10和漏極電極12與位于下面的溝道層(具有二維氣體2DEG)形成電極歐姆接觸。

因此形成圖1所示的HEMT器件1A。

圖7針對通過示例的方式提供的兩個偏置值(400V和600V)并且在根據(jù)本公開存在輔助溝道的情況和根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)不存在輔助溝道的情況兩者中，描繪了根據(jù)漏極應(yīng)力變化的漏極電流(I_D)(其指示出通態(tài)電阻R_ON)的曲線圖(通過模擬獲得)。特別地，參照圖7：

-曲線C₁示出在根據(jù)本公開的設(shè)置有輔助溝道20的HEMT器件中在預(yù)應(yīng)力條件下根據(jù)漏極電流變化的漏極電壓V_D的曲線圖；

-曲線C₂示出在沒有輔助溝道20的情況下在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的HEMT器件中在預(yù)應(yīng)力條件下根據(jù)漏極電流變化的漏極電壓的曲線圖；

-曲線C₃代表在根據(jù)本公開的設(shè)置有輔助溝道20的HEMT器件中在后應(yīng)力條件(400V)下根據(jù)漏極電流變化的漏極電壓的曲線圖；

-曲線C₄代表在沒有輔助溝道20的情況下在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的HEMT器件中在后應(yīng)力條件(400V)下根據(jù)漏極電流變化的漏極電壓的曲線圖；

-曲線C₅代表在根據(jù)本公開的設(shè)置有輔助溝道20的HEMT器件中在后應(yīng)力條件(600V)下根據(jù)漏極電流變化的漏極電壓的曲線圖；和

-曲線C₆代表在沒有輔助溝道20的情況下在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的HEMT器件中在后應(yīng)力條件(600V)下根據(jù)漏極電流變化的漏極電壓的曲線圖。

如可以注意到的，輔助溝道20的存在(曲線C₁、C₃、C₅)與未設(shè)想輔助溝道20的實施例(曲線C₂、C₄、C₆)相比在彼此相當(dāng)?shù)牟?作條件下確定了在漏極電流上的顯著增加。

結(jié)果，根據(jù)本公開，與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)可獲得的相比，提高了HEMT器件1的操作和功能特性。

根據(jù)本公開提供的HEMT器件顯示出高的電流值，而不管操作條件如何，并且不管存在于溝道層中的陷阱(其不要求用于減少陷阱的任何特定優(yōu)化)。器件的性能得以顯著提高。

最后，顯然可以對本文所描述和圖示出的內(nèi)容進行修改和變化，而不會由此脫離本公開的范圍。

例如，根據(jù)另外的實施例(未示出)，半導(dǎo)體主體5可以僅包括適當(dāng)?shù)負诫s或本征型的一層或者多于一層的GaN或GaN合金。

此外，根據(jù)一個實施例，源極區(qū)10和漏極區(qū)12在半導(dǎo)體主體5中在深度方向上完全穿過勢壘層6并且部分地穿過溝道層4延伸，并終止在溝道層4內(nèi)。

作為備選方案，源極和漏極接觸的金屬化層可以進一步僅部分凹陷地設(shè)置在勢壘層6內(nèi)，或者面向勢壘層6的正面?zhèn)?a。

源極、漏極和柵極接觸的金屬化層可以使用為此目的設(shè)計的任何材料制成，諸如例如AlSiCu/Ti、Al/Ti或W塞等的接觸的形成。

此外，根據(jù)一個實施例，柵極區(qū)8不完全延伸穿過勢壘層6，而是終止于勢壘層的正面?zhèn)?a出；在該情況中，HEMT器件是常通型的。

可以將上面描述的各種實施例組合以提供另外的實施例。鑒于上面詳述的描述，可以對實施例進行這些和其他改變。一般地，在所附權(quán)利要求中，所使用的術(shù)語不應(yīng)該被解釋為將權(quán)利要求限制于說明書和權(quán)利要求中公開的特定實施例，而是應(yīng)該被解釋為包括這樣的權(quán)利要求賦予其權(quán)利的所有可能的實施例連同等效方式的全部范圍。因此，權(quán)利要求不受本公開限制。