[发明专利]具有改进的栅极结构的场效应晶体管

说明书

一种场效应晶体管，其包括形成竖直结构的栅极触点和栅极金属，所述竖直结构具有被气隙包围的侧面和顶部，所述气隙形成在场效应晶体管的源极电极和漏极电极之间。

技术领域

本公开大体涉及场效应晶体管，更具体地，涉及具有如下栅极结构的FETS，当这种栅极结构与基于镶嵌铜的互连接触并连接时，其具有低电容和低电阻。

背景技术

如本领域所知，场效应晶体管器件尺寸的几何比例缩小对高频性能有很大影响。通常情况下，当晶体管的尺寸缩小时，栅极长度和源极漏极间距都会减少。随着尺寸的缩小，栅极被更多地放在源漏区的位置上，通过将栅极放在比漏极更接近源极的位置来实现最大的潜在性能提升。同时，电阻的大小会增加，特别是栅极的电阻会增加，这会对晶体管的频率响应和噪声系数产生不利影响。此外，靠近栅极电极的电介质负载也会对晶体管的频率响应产生不利影响。

正如本领域所熟知的，GaN HEMT晶体管器件和集成电路的制造已经在硅CMOS类似单或双镶嵌晶圆工艺中得到证明(参见LaRoche等人的Towards a Si Foundry-Compatible,High-Performance,≤0.25μm Gate,GaN-on-Si MMIC Process on High-Resistivity111Si With A Cu Damascene BEOL,CS Man Tech Conference May 16th-19th,Miami,FL)。由于CMOS集成工艺和金属化方案与GaN集成电路工艺的兼容性，这一点是可能的。为此，如上所述，当使用CMOS类似工艺时，由于GaN HEMT的栅极长度在尺寸上向下扩展，并且电介质负载最小，因此必须注意栅极的尺寸、位置、电阻和靠近栅极的电介质负载。

在CMOS类似工艺中，用传统的光刻或电子束(e-beam)光刻方法对比例(尺寸)较大的FET的细线几何形状进行光刻定义，可以限制源漏区域中的栅极的尺寸、长宽比和位置。侧壁图像传输技术，即在牺牲性核心或芯模上定义薄膜侧壁，通常用于纳米CMOS工艺中。此外，CMOS工艺中的镶嵌互连，通常使用金属化的气隙来改善无源互连的频率响应，例如参见Multilevel Interconnect With Air-Gap Structure for Next-GenerationInterconnectionsJunji Noguchi等，IEEE Transactions on Electron DevicesVol.56,Issue 11,Nov 2009。然而，晶体管本身仍然被镶嵌氧化物所电荷化，这降低了其频率响应。

发明内容

根据本公开，提供了一种场效应晶体管，其具有形成竖直结构的栅极触点和栅极金属，该竖直结构具有被气隙所包围的侧面和顶部，所述气隙被形成在场效应晶体管的源极电极和漏极电极之间。

在一个实施例中，源极电极和漏极电极是镶嵌(damascene)结构。

在一个实施例中，栅极触点和栅极金属形成竖直结构，该竖直结构具有被气隙所包围的侧面和顶部，该气隙竖直延伸到与该镶嵌结构的顶部平行的水平。

在一个实施例中，栅极触点包括多个堆叠的镶嵌金属层。

在一个实施例中，栅极触点包括多个堆叠的镶嵌金属层，其竖直延伸至与该镶嵌结构的顶部平行的水平。

在一个实施例中，场效应晶体管是台面(mesa)结构，并且其中栅极触点和栅极金属形成竖直结构，该竖直结构具有被气隙所包围的侧面和顶部，所述气隙被形成在源极和漏极电极之间以及与栅极方向垂直的台面边缘之间。