[发明专利]包含改进栅极区域的HEMT晶体管及相关制造方法

说明书

本公开涉及包含改进栅极区域的HEMT晶体管及相关制造方法。例如，一种HEMT包括：半导体本体，其包含半导体异质结构；以及导电栅极区域。栅极区域包括：接触区域，由第一金属材料制成并接触半导体本体以形成肖特基结；势垒区域，由第二金属材料制成并设置在接触区域上；以及顶部区域，在势垒区域上延伸并由第三金属材料制成，其电阻率低于第一金属材料的电阻率。该HEMT还包括介电区域，介电区域包括在接触区域上方延伸、界定延伸到接触区域的前部开口的至少一个前部介电子区域；并且其中势垒区域延伸到前部开口中并且位于前部介电子区域的至少部分上方。

技术领域

本公开涉及一种包含改进栅极区域的高电子迁移率晶体管(HEMT)；此外，本公开涉及对应的制造方法。

背景技术

众所周知，HEMT(也被称为异质结构场效应晶体管(HFET))由于其在高频下操作以及呈现高击穿电压的可能性而广为传播。

更详细地，每个HEMT中都存在半导体异质结构，能够以电子可控的方式生成所谓的二维电子气(2DEG)，其构成HEMT的沟道。此外，每个HEMT都包括栅极区域，并且HEMT的沟道由栅极区域上存在的电压调制。

例如，图1示出了HEMT 1，其包括半导体本体2，半导体本体2又包括第一层4和第二层6，分别在下文中称为底层4和顶层6。

底层4由氮化镓(GaN)制成。顶层6覆盖底层4，与底层直接接触且由氮化铝镓(AlGaN)制成。此外，底层4和顶层6例如为N型。尽管未示出，但半导体本体2还包括通常由硅制成的衬底，其上形成底层4。

HEMT 1还包括钝化区域8，其以直接接触的方式覆盖顶层6并由氮化硅制成。钝化区域8形成HEMT 1的第一表面S_a。此外，顶层6在顶部通过钝化区域8所处的第二表面S_b来界定。此外，底层4在顶部通过顶层6所处的第三表面S_c来界定。

HEMT 1还包括栅极区域10，栅极区域10在腔体15中延伸并且由导电材料制成。具体地，腔体15从第一表面S_a开始延伸穿过钝化区域8，具有平行六面体的形状，并且在底部由第二表面S_b界定，使得栅极区域10接触顶层6。

栅极区域10包括布置在腔体15中且与顶层6接触的底部12以及布置在第一表面S_a上且覆盖底部12的顶部13。栅极区域10的底部12和顶层6之间的接触形成了肖特基型的金属-半导体结，即整流结。

HEMT 1还包括源极金属化物20和漏极金属化物22，它们的形状为平行六面体并且彼此隔开地布置在腔体15的相对侧。源极金属化物20和漏极金属化物22中的每一个均具有在第一表面S_a上延伸的相应顶部以及延伸穿过钝化区域8和顶层6直到与第三表面S_c接触并由此与底层4接触的相应底部。

栅极区域10的顶部13具有平行六面体的形状，并且包括覆盖栅极区域10的底部12的中心部13a以及第一侧部13b和第二侧部13c，第一侧部13b和第二侧部13c都具有平行六面体的形状并且在中心部13a的相对侧延伸。具体地，第一侧部13b在中心部13a和源极金属化物20之间延伸，与源极金属化物20相距一定距离；而第二侧部13c在中心部13a和漏极金属化物22之间延伸，与漏极金属化物22相距一定距离。此外，假设正交参考系统xyz，使得平面xy平行于第一、第二和第三表面S_a、S_b、S_c，并且使得源极金属化物20、栅极区域10和漏极金属化物22沿轴线x横向交错，发现第二侧部13c沿轴线x测量的长度大于第一侧部13b的长度。此外，第一侧部13b与源极金属化部20的顶部相隔距离D_GS(沿轴线x测量)，而第二侧部13c与漏极金属化部22的顶部相隔距离D_GD(沿轴线x测量)，其中D_GDD_GS。