[发明专利]用于半导体装置的场板结构

说明书

公开了用于半导体装置中的电场管理的场板结构。场板半导体结构包括：半导体衬底；源极欧姆接点、漏极欧姆接点和栅极接点，所述栅极接点安置在位于所述源极欧姆接点与所述漏极欧姆接点之间的栅极区域之上；以及源极场板，其连接到所述源极欧姆接点。场板电介质安置在所述半导体衬底之上。封装电介质安置在所述栅极接点之上，其中所述封装电介质覆盖所述栅极接点的顶表面。所述源极场板在所述封装电介质不存在的场板区域中安置在所述场板电介质之上。

相关申请的引用

本申请要求以下各者的优先权：2015年7月17日提交的标题为“用于Ⅲ族氮化物晶体管的金属板结构(Metal Plate Structures for III-Nitride Transistors)”的美国序列号62/193,618、2015年7月17日提交的标题为“用于半导体装置的新颖金属结构(NovelMetal Structure for Semiconductor Device)”的美国序列号62/193,835和2015年9月17日提交的标题为“具有若干电极的场板结构(Field-Plate Structure Having SeveralElectrodes)”的美国序列号62/219,954。

技术领域

本文中描述了具有用于电场管理的场板和/或用于可制造性的无金接点的半导体结构，以及用于形成所述半导体结构的过程。此类结构和技术可以用来产生用于各种用途的高性能晶体管，诸如在功率电子学、功率放大与数字电子学中。

背景技术

这个章节中的表述可充当背景以帮助理解本发明及其应用与使用，但可不构成现有技术。

与由硅制成的常规功率装置相比较，III族氮化物(III-N)半导体拥有许多卓越的电子性质，这些电子性质使得能够制造供在多种应用中使用的现代功率电子装置和结构。硅的有限的临界电场和相对高的电阻使当前可用的商用功率装置、电路和系统变得庞大、笨重，且进一步约束操作频率。另一方面，III-N材料的更高的临界电场以及更高的电子密度和迁移率允许实现改进型功率晶体管的高电流、高电压、高功率和/或高频性能，这些对于先进的运输系统、高效的电力生产和转换系统以及能源输送网络是极大的期望的。例如，在高崩溃电压(例如，>100V)(由于大的临界电场(例如，3MV/cm))和AlGaN/GaN异质结处的高密度(例如，10¹³/cm²)、高迁移率(例如，>1200cm²/Vs)的二维电子气(2DEG)，AlGaN/GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)具有极大地减少功率损耗和最小化Si基功率电子的系统大小的潜力。

尽管III-N半导体结构有产生高效功率电子装置的巨大潜力，装置性能改进仍受到半导体材料的性质、装置结构或制造方法的限制。给高压HEMT设计带来技术挑战的一个此类局限性是由表面陷阱态或体陷阱态造成的电子俘获，其导致电流崩塌且动态导通电阻增加。在高的外施电压下进行的切换操作期间，被俘获的电子耗尽2DEG沟道，并且当外施电压增大时增加导通电阻。在高应力切换下可实现的漏极电流电平低于DC测量期间所记录的漏极电流电平，并且此类电流崩塌转化成更低的输出功率和更低的装置性能。另外，虽然可通过表面钝化(诸如，电介质层的沉积)来减轻表面陷阱，但是防止表面上的电子俘获不利地增加了栅极边缘处的断态峰值电场并降低了装置崩溃电压。相反，已提议场调制板或场板，其与钝化层相结合来管理电场、减少表面俘获、防止电流崩塌和扩展装置崩溃电压。

一般地说，场板是放置在沟道之上以展开电场并减轻电场在栅极边缘处达到峰值的电极。场板帮助减小最大电场、实现跨沟道的期望的电场分布和增加III-N晶体管的崩溃电压。使用多个场板进一步增强了此类效应。在典型的横向场板结构中，一个或多个源极连接场板形成在栅极接点之上并且在栅极接点与漏极欧姆接点之间，其具有渐增的场板长度、每个场板下面渐增的电介质厚度和每个场板下面渐增的夹断电压。栅极接点与漏极欧姆接点之间的电场通过这些场板被展开，从而扩展装置的崩溃电压。