具有降低的輸出電容的氮化鎵器件及其制法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上系有關(guān)于晶體管，且更加特定地系有關(guān)于具有降低的輸出電容的氮化鎵晶體管。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)晶體管器件通常會(huì)遇到因傳導(dǎo)損耗及開(kāi)關(guān)損耗之某種程度的晶體管功率消耗。當(dāng)晶體管在較高的頻率操作時(shí)，降低開(kāi)關(guān)損耗變得更加重要。此外，在硬性開(kāi)關(guān)電路中，每一開(kāi)關(guān)循環(huán)中對(duì)輸出電容器充電或放電影響晶體管器件之功率消耗。
[0003]輸出電容(“Coss”)為柵極-漏極電容和源極-漏極電容之總和。圖1示意性說(shuō)明傳統(tǒng)氮化鎵晶體管之Coss對(duì)漏極-源極電壓的曲線，如虛線所示。
[0004]圖2(a)描繪當(dāng)漏極-源極電壓于0伏特時(shí)之傳統(tǒng)氮化鎵晶體管101的剖面圖。如圖所示，氮化鎵晶體管101包括襯底109、形成于襯底109上之緩沖層110、及形成于阻擋層104正下方之二維電子氣(“2DEG”)。此外，氮化鎵晶體管101包括源極電極102、柵極電極103、漏極電極105、場(chǎng)板106及介電薄膜107。
[0005]在操作時(shí)，當(dāng)漏極-源極電壓于0伏特時(shí)，氮化鎵晶體管101之Coss組成部分包括柵極103與漏極側(cè)二維電子氣111之間的電容器(“C1”)、場(chǎng)板106與漏極側(cè)二維電子氣111之間的電容器(“C2”)、及襯底109與漏極側(cè)二維電子氣111之間的電容器(“C3”)。當(dāng)漏極-源極電壓于0伏特時(shí)，該等電容器Cl、C2及C3系處于其等之最高值。
[0006]圖2(b)描繪出當(dāng)漏極-源極電壓為高電壓時(shí)之傳統(tǒng)氮化鎵晶體管101的剖面圖。當(dāng)漏極-源極電壓增加時(shí)，漏極側(cè)二維電子氣111朝著漏極接點(diǎn)105耗盡，C1及C2接近零，且C3減小。
[0007]本發(fā)明的主要目標(biāo)為降低晶體管之輸出電容Coss同時(shí)維持柵極寬度，其有效地降低功率消耗，因而增加含括此等晶體管之RF放大器的頻率能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]下面所描述之實(shí)施例通過(guò)提供氮化鎵半導(dǎo)體器件的制造方法解決了上述問(wèn)題及其他問(wèn)題，該半導(dǎo)體器件中包括隔離區(qū)，其移除一部份的二維電子氣，以降低該器件之輸出電容Coss。
[0009]所揭露之氮化鎵晶體管包括襯底層、配置在襯底層上的一個(gè)或多個(gè)緩沖層、配置在緩沖層上的阻擋層、及形成于阻擋層與緩沖層間的界面(interface)的二維電子氣(2DEG)。此外，柵極電極配置在阻擋層上且介電層配置在柵極電極及阻擋層上。該氮化鎵晶體管包括一個(gè)或多個(gè)隔離區(qū)，一個(gè)或多個(gè)隔離區(qū)形成在至少一個(gè)緩沖層與阻擋層間的界面的一部分中，用以移除二維電子氣，以降低氮化鎵晶體管的輸出電容Coss。
[0010]此外，如本文所述之用于制造氮化鎵晶體管器件的方法包括下列步驟:在襯底層上形成至少一個(gè)緩沖層；在至少一個(gè)緩沖層上形成阻擋層，在阻擋層與緩沖層間的界面配置有二維電子氣(2DEG);在阻擋層上形成柵極電極；以及在至少一個(gè)緩沖層與阻擋層間之界面的一部分中形成第一隔離區(qū)，以從形成該隔離區(qū)的界面的該部分移除二維電子氣。
【附圖說(shuō)明】
[0011]本公開(kāi)之特征、目標(biāo)及優(yōu)點(diǎn)，在將下列所提出之詳細(xì)說(shuō)明拿來(lái)與圖式結(jié)合時(shí)，將變得更加顯而易見(jiàn)，圖中相同參考字符于全文中系做對(duì)應(yīng)標(biāo)示，且其中:
[0012]圖1示意地以一虛線繪示傳統(tǒng)氮化鎵晶體管之Coss對(duì)漏極-源極電壓的曲線。
[0013]圖2(a)繪示在漏極-源極電壓于0伏特時(shí)之傳統(tǒng)氮化鎵晶體管之剖面圖。
[0014]圖2(b)繪示在漏極-源極電壓于高電壓時(shí)之傳統(tǒng)氮化鎵晶體管之剖面圖。
[0015]圖3 (a)繪示根據(jù)本發(fā)明之示例性實(shí)施例之具有降低的Coss的氮化鎵晶體管之示意俯視圖。
[0016]圖3(b)繪示根據(jù)本發(fā)明之示例性實(shí)施例之圖3 (a)之氮化鎵晶體管的剖面圖A_A。
[0017]圖3 (c)繪示根據(jù)本發(fā)明之示例性實(shí)施例之圖3 (a)之氮化鎵晶體管的剖面圖B_B。
[0018]圖4(a)?4(e)描繪具有降低的Coss之本發(fā)明之氮化鎵晶體管的制造過(guò)程。
[0019]圖5示意地繪示傳統(tǒng)氮化鎵晶體管與根據(jù)本發(fā)明之示例性實(shí)施例的氮化鎵晶體管相比的Coss對(duì)漏極-源極電壓曲線。
[0020]圖式不一定按比例繪制，且在所有圖式中相似結(jié)構(gòu)或功能之組件通常由類似參考數(shù)字表示以供闡釋目的。圖式僅是為了便于本文所述各實(shí)施例之描述；圖式并未描述本文所揭露之教示內(nèi)容的每個(gè)方面，且并非限制權(quán)利要求之范圍。
【具體實(shí)施方式】
[0021]在以下詳細(xì)說(shuō)明中，參照了某些實(shí)施例。此詳細(xì)說(shuō)明僅是為了教示本領(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)一步的細(xì)節(jié)以供實(shí)施本發(fā)明之優(yōu)選方面，而非旨在限制權(quán)利要求之范圍。因此，以下詳細(xì)說(shuō)明中所揭露之特征組合并非必要以最廣泛之意義來(lái)實(shí)施教示內(nèi)容，反而僅是教示來(lái)描述本發(fā)明之特別具代表性的實(shí)例。應(yīng)當(dāng)理解的是可使用其他實(shí)施例，且可做出各種結(jié)構(gòu)、邏輯及電氣改變。
[0022]圖3(a)?3(c)繪示根據(jù)本發(fā)明之第一示例性實(shí)施例之具有降低的Coss的氮化鎵器件201。如圖3 (b)中所示，氮化鎵器件201形成于襯底209上，襯底209可為例如硅
(Si)、碳化硅(SiC)或藍(lán)寶石。一個(gè)或多個(gè)緩沖層210形成于襯底209上，且可包括氮化鎵(GaN)、氮化鋁(A1N)及氮化鋁鎵(AlGaN)。在該示例性實(shí)施例中，該等緩沖層之一者(即最靠近阻擋層204之緩沖層)為通道層，其較佳是由氮化鎵(GaN)組成。應(yīng)理解到該通道層可視為該等緩沖層之一者或在該等緩沖層與阻擋層之間的一個(gè)單獨(dú)的層。阻擋層204形成于緩沖層210上面，二維電子氣(“2DEG”)211形成在緩沖層210與阻擋層204之間的界面。例如，若緩沖層210包括由氮化鎵所形成的通道層，則二維電子氣區(qū)域形成在氮化鎵層與阻擋層210之間的界面。介電層207沉積在阻擋層204上。
[0023]圖3(a)及3(b)繪示了進(jìn)一步包括源極電極202、柵極電極203、漏極電極205及場(chǎng)板206之該氮化鎵器件201。為了降低電容器C2之Coss，其系參照?qǐng)D2(a)討論過(guò)，第一隔離區(qū)301形成于場(chǎng)板206下方。雖然未顯示于圖3(a)，在此實(shí)施例之一個(gè)改善型態(tài)中，隔離區(qū)301可完全延伸至柵極電極203以使柵極至場(chǎng)板區(qū)耗盡，并降低包含在Coss中之電容Cgd。
[0024]如圖3(a)所進(jìn)一步顯示的，根據(jù)本發(fā)明之另一示例性實(shí)施例，第二隔離區(qū)302可形成于場(chǎng)板206之外朝向漏極接點(diǎn)205，以降低電容器C3之Coss。此外，類似于隔離區(qū)302，第三隔離區(qū)303系形成，但同樣延伸通過(guò)漏極接點(diǎn)205，而有部分的漏極接點(diǎn)205被移除。隔離區(qū)303亦降低上述電容器C3之Coss。
[0025]應(yīng)當(dāng)理解的是各個(gè)隔離區(qū)301、302及303系形成于氮化鎵器件201之緩沖層210中，且在該等隔離區(qū)所形成之處，二維電子氣被移除。特別是，圖3(b)繪示圖3(a)之剖面圖A-A，該剖面圖A-A顯示出移除二維電子氣之第一隔離區(qū)301。如上所指出，此隔離區(qū)301降低電容器C2之Coss，其在上面系參照?qǐng)D2(a)討論過(guò)。類似地，圖3(c)繪示圖3(a)之剖面圖B-B，該剖面圖B-B顯示第三隔離區(qū)303，其中二維電子氣被移除，且漏極接點(diǎn)205之部分系移除。應(yīng)注意的是，示于圖3(b)及3(c)中之氮化鎵器件201的層與圖3(a)中所顯示之層完全相同，并賦予完全相同的參考符號(hào)，而其詳細(xì)說(shuō)明在此將不再重復(fù)。
[0026]有鑒于圖3(a)?3(c)，可以預(yù)期的是，本文提供具有降低的輸出電容之氮化鎵晶體管器件之至少五個(gè)個(gè)別的實(shí)施例。第一實(shí)施例包括形成在場(chǎng)板206下面之隔離區(qū)301，例如像圖3 (a)及3(b)中所顯示。第二實(shí)施例系要于場(chǎng)板外面并朝著漏極接點(diǎn)205形成隔離區(qū)，例如像圖3(a)中所示之隔離