CN222621488U

CN222621488U - Hemt器件

Info

Publication number: CN222621488U
Application number: CN202420606730.5U
Authority: CN
Inventors: F·尤科纳洛; A·基尼; M·E·卡斯塔尼亚; A·康斯坦特; C·特林加利
Original assignee: Italian Semiconductor International Co
Current assignee: Italian Semiconductor International Co
Priority date: 2023-03-27
Filing date: 2024-03-27
Publication date: 2025-03-14
Anticipated expiration: 2034-03-27

Abstract

本实用新型涉及HEMT器件，包括：本体，该本体具有顶表面并且包括被配置为生成二维电荷载流子气的异质结构；以及栅极结构，在本体的顶表面上延伸并且能够偏置以电控制二维电荷载流子气，该栅极结构包括：半导体材料的沟道调制区，沟道调制区具有顶表面；半导体材料的功能区；导电材料的第一栅极接触区；导电材料的第二栅极接触区，第二栅极接触区至少部分地在功能区上延伸并且与第一栅极接触区接触，其中功能区和第一栅极接触区在沟道调制区的顶表面上延伸，并且其中第一栅极接触区相对于功能区侧向布置，沟道调制区相对于功能区具有不同的导电类型；以及非导电材料的绝缘区，绝缘区在第一栅极接触区和第二栅极接触区之间。

Description

HEMT器件

技术领域

本公开涉及一种具有改进的栅极结构的高电子迁移率晶体管(High ElectronMobility Transistor，HEMT)器件及其制造过程。

背景技术

HEMT器件是已知的，其中导电沟道基于在异质结处(即，在具有不同带隙的半导体材料之间的界面处)形成高迁移率二维电子气(2DEG)层。例如，基于氮化铝镓(AlGaN)层和氮化镓(GaN)层之间的异质结的HEMT器件是已知的。

基于AlGaN/GaN异质结或异质结构的HEMT器件提供了几种优势，使其特别适合并广泛用于不同的应用。例如，利用HEMT器件的高击穿阈值来实现高性能功率开关；导电沟道中电子的高迁移率允许提供高频放大器；此外，2DEG中电子的高浓度允许获得低的导通状态电阻(R_ON)。

此外，相对于类似的硅LDMOS器件，用于射频(RF)应用的HEMT器件通常具有更好的RF性能。

基于AlGaN/GaN异质结的HEMT器件通常是耗尽型的，即它们是常导通的(normally-on)。

但是，在不同的应用中，需要增强型，即常关断(normally-off)GaN/AlGaN HEMT，以提高电子器件的可靠性，降低HEMT器件的驱动电路的设计复杂度以及降低其功耗。

已经提出了多种实现常关断HEMT器件的方法，诸如形成凹陷栅极结构，执行包括在栅极结构下方并入氟等离子体的特定制造步骤以及形成p-GaN栅极区。

图1示出了已知的HEMT器件1，其包括半导体本体2，该半导体本体2具有彼此重叠的半导体材料的基板3、GaN的沟道层4和AlGaN的阻挡层6。

沟道层4和阻挡层6为N型的。

栅极结构7在阻挡层6上延伸。栅极结构7包括p-GaN的沟道调制区8和导电材料(例如，TiN/AlCu/TiN的堆叠)的栅极接触区9。

沟道调制区8在阻挡层6上延伸，并且栅极接触区9在沟道调制区8上延伸。

例如由氧化硅制成的第一绝缘区10在阻挡层6上，在沟道调制区8的侧表面上以及部分地在沟道调制区8的顶表面上延伸。

开口11沿着轴线Z延伸穿过第一绝缘区10，并且栅极接触区9延伸到开口11中。

例如由氧化硅制成的第二绝缘区12在第一绝缘区10和栅极接触区9上延伸。

导电材料的场板区13在第一绝缘区10上，侧向于栅极接触区9并且在第二绝缘区12下方延伸。

导电材料的源极区15在栅极结构7的沿着轴线X的第一侧在阻挡层6上以及部分地在第二绝缘区12上延伸。

导电材料的漏极区16在栅极结构7的沿着轴线X的第二侧在阻挡层6上以及部分地在第二绝缘区12上延伸。

在使用时，HEMT器件1为常关断型。施加到栅极结构7的正电压使得在沟道调制区8下方在沟道层4和阻挡层6之间的界面处形成二维电子层(2DEG)，并且因此导通HEMT器件1。

在存在正电压的情况下，HEMT器件1受漏电流影响，该漏电流从栅极接触区9通过HEMT器件1的栅极结构7流向2DEG。

漏电流可能导致HEMT器件1的故障。

例如，漏电流可能导致HEMT器件1的导通阈值电压，即在沟道调制区8下方形成2DEG的电压，相对于设计值的偏移。

漏电流具有体型(bulk-type)贡献和寄生型(parasitic-type)贡献。

体型贡献主要受沟道调制区8的掺杂物质(例如，镁原子)的浓度影响；以及受在沟道调制区8和栅极接触区9之间的界面处存在的缺陷影响，该缺陷例如由源自栅极接触区9的制造期间的沟道调制区8的部分去除或高粗糙度引起。

寄生贡献源自沟道调制区8的顶表面和侧向侧壁17。

事实上，在制造步骤期间使用的用于图案化(pattern)沟道调制区8的光刻和蚀刻过程导致在侧向侧壁17上形成缺陷。

这种缺陷可能导致空穴(例如氮原子的空穴)的形成，其中捕获了高浓度的电子。

这导致了栅极漏电流的通过沟道调制区8的侧向侧壁17的电流路径的形成。

实用新型内容

根据本公开的一个方面，提供了一种HEMT器件，包括：本体，该本体具有顶表面并且包括被配置为生成二维电荷载流子气的异质结构；以及栅极结构，在本体的顶表面上延伸并且能够偏置以电控制二维电荷载流子气，该栅极结构包括：半导体材料的沟道调制区，沟道调制区具有顶表面；半导体材料的功能区；导电材料的第一栅极接触区；导电材料的第二栅极接触区，第二栅极接触区至少部分地在功能区上延伸并且与第一栅极接触区接触，其中功能区和第一栅极接触区在沟道调制区的顶表面上延伸，并且其中第一栅极接触区相对于功能区侧向布置，沟道调制区相对于功能区具有不同的导电类型；以及非导电材料的绝缘区，绝缘区在第一栅极接触区和第二栅极接触区之间。

在一些实施例中，沟道调制区具有形成沟道调制区的侧向侧壁的外围部分，功能区至少部分地在外围部分上延伸。

在一些实施例中，功能区具有与沟道调制区的侧向侧壁邻接的外壁。

在一些实施例中，功能区是本征型的。

在一些实施例中，沟道调制区具有第一导电类型，并且功能区具有与第一导电类型相反的第二导电类型。

在一些实施例中，功能区的掺杂物质的浓度低于10¹⁵原子/cm³。

在一些实施例中，功能区具有与第一栅极接触区接触的内壁。

在一些实施例中，功能区具有沿着第一方向的宽度，并且第一栅极接触区沿着第一方向的宽度大于功能区的宽度。

在一些实施例中，第二栅极接触区沿着第一方向的宽度小于功能区沿着第一方向的宽度。

在一些实施例中，第二栅极接触区的材料选自Ti、Ta、TiN和TaN。

在一些实施例中，绝缘区在沟道调制区的侧向侧壁上和功能区的外壁上延伸，并且至少部分地在沟道调制区的顶表面上以及在相对于沟道调制区的顶表面一定距离处延伸。

根据本公开的一个方面，提供了一种器件，包括：异质结构，异质结构具有表面并且被配置为生成二维电荷载流子气；在表面上的半导体材料的沟道调制区；在沟道调制区上的半导体材料的功能区；在功能区上的第一栅极接触区；穿过第一栅极接触区和功能区的开口，开口暴露沟道调制区的顶表面；在异质结构、功能区和第一栅极接触区的表面上的钝化层，钝化层不在开口中并且不在沟道调制区的顶表面上；以及在开口中的第二栅极接触区，与沟道调制区的顶表面接触，并且与钝化层重叠。

在一些实施例中，功能区包括两个单独的部分，开口在两个单独的部分之间。

在一些实施例中，功能区的形状是圆形或多边形。

在一些实施例中，第一栅极区具有第一宽度并且功能区具有大于第一宽度的第二宽度。

在一些实施例中，钝化层与功能区的侧壁和功能区的顶部区域接触，顶部区域与其中功能区接触第一栅极接触区的第一平面共面，功能区的侧壁在横向于第一平面的第二平面上。

因此，根据本公开，提供了HEMT器件及其制造过程。

附图说明

为了更好地理解本公开，现在参考附图纯粹以非限制性示例的方式描述本公开的实施例，其中：

图1示出了已知HEMT器件的横截面；

图2示出了根据实施例的本HEMT器件的横截面；

图3示出了图2的HEMT器件的放大部分；

图4示出了根据不同实施例的本HEMT器件的放大部分；

图5A-图5H示出了图3的HEMT器件在后续制造步骤中的横截面；以及

图6示出了根据另一个实施例的本HEMT器件的横截面。

具体实施方式

以下描述参考附图所示的布置；因此，诸如“上方”、“下方”、“下”、“上”、“右”、“左”、“顶部”、“底部”等表述与附图相关，并且不应该以限制性的方式进行解释。

图2示出了在包括第一轴线X、第二轴线Y和第三轴线Z的笛卡尔参考系XYZ中的HEMT器件20。

HEMT器件20形成在本体22中，本体22具有顶表面22A并且包括基板24和在基板24上延伸的异质结构25。

基板24可以由硅、碳化硅、氮化镓(GaN)、蓝宝石(Al₂O₃)或其它材料的一个或多个层形成。

在图2的实施例中，基板24由半导体材料制成。

详细地，虽然图2中未单独示出，但基板24可以包括例如由硅或碳化硅制成的基板层以及在基板层上延伸的例如由GaN制成的缓冲层。在这种情况下，缓冲层在基板层和异质结构25之间延伸，以允许异质结构在HMET器件20的制造期间生长。

异质结构25包括包含周期表的III族和V族元素的化合物半导体材料，在基板24上延伸并且形成本体22的顶表面22A。

异质结构25包括彼此重叠的沟道层28和阻挡层29。

沟道层28由第一半导体材料制成，第一半导体材料例如为氮化镓(GaN)或包括氮化镓的合金，诸如InGaN，这里沟道层28由氮化镓(GaN)制成，沟道层28在基板24上延伸并且具有顶表面28A。

阻挡层29由第二半导体材料制成，第二半导体材料例如为基于三元或四元氮化镓合金的化合物，诸如Al_xGa_1-xN、AlInGaN、In_xGa_1-xN、Al_xIn_1-xAl、AlScN，这里阻挡层29由氮化镓铝(AlGaN)制成，阻挡层29在沟道层28的顶表面28A和本体22的顶表面22A之间延伸。

取决于具体应用，沟道层28和阻挡层29可以是本征型、P型或N型的；特别地，沟道层28和阻挡层29二者都可以为N型的。

例如，当阻挡层29由AlGaN制成时，铝原子的存在可以导致阻挡层29为N型的。

异质结构25被配置为容纳(可移动的)电荷载流子(特别地这里是电子)的二维气(2DEG)，在图2中由虚线矩形30标识。

详细地，在图2的实施例中，二维气30布置在沟道层28和阻挡层29之间的界面处，即布置在沟道层28的顶表面28A处。

HEMT器件20包括分别形成HEMT器件20的栅极电极G、源极电极S和漏极电极D的栅极结构33(在图3中详细示出)、源极区34和漏极区35。

栅极结构33在本体22的顶表面22A上延伸，特别地这里与异质结构25接触，并且能够偏置以电控制二维气30的形成。

栅极结构33包括具有顶表面40A的半导体材料的沟道调制区40；半导体材料的功能区41；以及导电材料的栅极接触区42，它们彼此处于电接触和物理接触。

沟道调制区40由包含周期表的III族和V族元素的化合物材料制成，例如沟道调制区40可以由氮化镓(GaN)或由包括氮化镓的合金制成，特别地这里沟道调制区40由GaN制成，并且沟道调制区40在本体22的顶表面22A上延伸。

特别地，调制区40与阻挡层29直接接触。

沟道调制区40沿着第三轴线Z的厚度T_g例如包含在30nm与150nm之间，特别地约为100nm，以及沿着第一轴线X的宽度W_g例如包含在0.5μm和2μm之间。

例如，在设计阶段，宽度W_g可以根据在使用中可以施加到栅极端子G的最大电压进行选择。例如，最大电压越高，可以选择的宽度W_g越大。

沟道调制区40以这里未示出的方式延伸，例如以沿着第二轴线Y伸长的条带的形式延伸。

详细地，沟道调制区40包括平行于第一轴线X布置在两个外围部分46之间的中心部分45。

沟道调制区40可以以这里未示出的方式包括另外的外围部分，这些外围部分平行于第二轴线Y彼此相距一定距离延伸。中心部分45平行于第二轴线Y布置在两个另外的外围部分之间。外围部分46可以接合在一起并形成界定沟道调制区40的外周界的单个外围部分。

外围部分46形成沟道调制区40的侧向侧壁47。

中心部分45和外围部分46分别形成沟道调制区40的顶表面40A的中心部分和外围部分。

沟道调制区40具有相对于阻挡层29不同的导电类型，使得沟道调制区40和阻挡层29形成结，特别是这里为pn结。

沟道调制区40为P型的并且掺杂物质(例如镁原子)的浓度例如包含在10¹⁸与10²⁰原子/cm³之间，特别是约2·10¹⁹原子/cm³。

沟道调制区40被设计为基于施加到栅极电极G的电压来调制二维气30的形成。

详细地，沟道调制区40控制在异质结构25的部分49中二维气30的形成，该异质结构25的部分49平行于第三轴线Z布置在沟道调制区40处，特别地与沟道调制区40垂直对准。

在所示的实施例中，在没有向栅极接触区42施加电压的情况下，或者在施加零电压的情况下，沟道调制区40导致异质结构25的部分49耗尽电荷载流子，即，使得二维层30在部分49处中断。

HEMT器件20为常关断型。

功能区41由包含周期表的III族和V族元素的化合物材料制成，例如功能区41可以由氮化镓(GaN)或由包括氮化镓的合金制成，并且在沟道调制区40的顶表面40A上延伸，特别地这里与顶表面40A直接接触。

功能区41可以与沟道调制区40由相同的材料制成，或者由不同的材料制成；在这个实施例中由相同的材料制成，特别地由GaN制成。

功能区41被设计为与沟道调制区40形成结。

功能区41具有相对于沟道调制区40不同的导电类型。

详细地，根据一个实施例，功能区41可以是本征型的，即，功能区41具有零浓度的掺杂物质，例如由本征GaN制成。

根据不同的实施例，功能区41可以具有相对于沟道调制区40的导电类型相反的导电类型，即这里功能区41可以是N型的。例如，功能区41可以是N型GaN。例如，功能区41的掺杂原子(例如，硅原子)的浓度可以包含在10¹²与10¹⁵原子/cm³之间。

功能区41平行于第三轴线Z的厚度T_f例如包含在5nm与50nm之间，特别地约为30nm。

详细地，功能区41由部分50形成，每个部分50具有内壁51和外壁52，每个部分50在沟道调制区40的相应外围部分46上延伸。

功能区41的部分50以这里未示出的方式接合在一起，以便形成环形结构，例如圆形、多边形或任何其它形状，例如取决于下面的沟道调制区40的形状。

但是，部分50可以彼此分离。

部分50各自的平行于第一轴线X的宽度W_f小于宽度W_g。例如，宽度W_f可以包含在20nm和200nm之间。

这里，部分50延伸穿过沟道调制区40的外围部分46的平行于第一轴线X的宽度。

换句话说，在这个实施例中，部分50的外壁52形成沟道调制区40的侧向侧壁47的延伸，特别是与侧向侧壁47垂直对齐。

栅极接触区42(例如，多层的Ti/AlCu/TiN)在沟道调制区40的顶表面40A上延伸，特别是这里与顶表面40A直接接触。

栅极接触区42与沟道调制区40形成第一肖特基接触。

与沟道调制区40接触的栅极接触区42的第一层(这里未明确示出)，例如Ti、TiN、Ta、TiW、TaW，可以具有例如包含在10nm和50nm之间，特别地大于30nm的厚度，以促进电接触的形成。

栅极接触区42延伸，与功能区41也直接接触。

详细地，栅极接触区42在沟道调制区40的中心部分45上延伸，与功能区41的部分50的内壁51接触。

换句话说，栅极接触区42布置成相对于功能区41在平行于图2和图3中的第一轴线X的方向上侧向地相邻。

取决于功能区41的具体掺杂程度(doping level)以及与功能区41接触的栅极接触区42的具体材料，栅极接触区42可以与功能区41形成欧姆接触或第二肖特基接触。

在肖特基接触的情况下，由于功能区41和沟道调制区40之间的不同导电类型，第二肖特基接触在处于平衡状态时的肖特基势垒相对于第一肖特基接触的肖特基势垒具有不同的高度，特别是更小的高度。

栅极接触区42平行于第一轴线X的宽度W_m小于宽度W_g。

根据一个实施例，可以在设计阶段选择宽度W_m和W_f，以增大比率W_m/W_f，即增大栅极接触区42与沟道调制区40之间的接触表面，例如，使得每个宽度W_f小于200nm。以这种方式，可以获得整个沟道调制区40的均匀偏置(homogeneous biasing)。

绝缘材料(例如，氧化物，特别是氧化铝(Al₂O₃))的钝化层58在本体22的顶表面22A在源极区34与沟道调制区40之间以及在漏极区35与沟道调制区40之间的部分上侧向于沟道调制区40延伸。

钝化层58也在沟道调制区40的侧向侧壁47上和功能区41的外壁52上延伸。

在这个实施例中，钝化层58也在功能区41上延伸并与其接触。

钝化层58的厚度例如包含在2nm和10nm之间，特别地约为5nm。

例如由氧化硅或氮化硅制成的第一绝缘层60在钝化层58上延伸。

栅极接触区42延伸穿过钝化层58和第一绝缘层60并且部分地在第一绝缘层60上延伸。

例如由氧化硅或氮化硅制成的第二绝缘层62在第一绝缘层60上和栅极接触区42上延伸。

钝化层58以及第一绝缘层60和第二绝缘层62形成在栅极结构33的平行于第一轴线X的两个相对侧上延伸的两个开口64、65，这两个开口64、65暴露本体22的顶表面22A。

源极区34由导电材料制成，例如由Ti/AlCu/TiN制成，并且在开口64内在本体22的顶表面22A上延伸，与阻挡层29接触。

在图2的实施例中，源极区34还包括在栅极接触区42上方在第二绝缘层62上延伸并且充当电磁屏蔽件的部分。

HEMT器件20还可以包括场板区69，场板区69在第一绝缘层60和第二绝缘层62之间相对于栅极接触区42沿着第一轴线X侧向地且一定距离处延伸。在这种情况下，源极区34还可以在场板区69上方延伸，这里源极区34也再次充当屏蔽件。

漏极区35由导电材料制成，例如由Ti/AlCu/TiN制成，并且在开口65内在本体22的顶表面22A上延伸，与阻挡层29接触。

源极区34和漏极区35与异质结构25，特别是与二维气30，形成电接触，特别是欧姆类型的电接触。源极区34和漏极区35是HEMT器件20的电流传导区。

取决于HEMT器件20的具体应用和用于获得源极区34和漏极区35的具体制造过程，源极区34和漏极区35可以与二维气30直接欧姆接触，或者可以通过阻挡层29与二维气30电接触。

例如，根据一个实施例，源极区34和漏极区35可以是凹陷型的，即，它们可以平行于第三轴线Z全部或部分地延伸穿过阻挡层29。以这种方式，源极区34和漏极区35可以与二维气30直接电接触，从而获得低接触电阻。

HEMT器件20允许获得关于可能源于沟道调制区40的侧向侧壁47的栅极漏电流的改进的性能。

在沟道调制区40的顶表面40A上存在功能区41实际上导致在功能区41与沟道调制区40之间的界面处形成耗尽区。

缺乏(可移动)电荷载流子(即，电子和空穴)的耗尽区是将栅极接触区42与沟道调制区40的侧向侧壁47电绝缘的区。

因此，栅极接触区42相对于功能区41平行于图2和图3中的第一轴线X侧向地布置的事实允许在栅极接触区42与侧向侧壁47之间获得高电绝缘。

因此，在导通状态(施加到栅极电极G的电压大于零)下，HEMT器件20具有低的漏电流。

特别地，当沟道调制区40和功能区41具有相反的导电类型，例如分别为P导电类型和N导电类型时，电绝缘和漏电流减少效果相对于其中功能区41为本征型的情况可以更好。

栅极接触区42与功能区41接触，特别是可以与功能区41欧姆接触的事实使得当HEMT器件20导通(施加到栅极电极G的电压大于零)时，功能区41与沟道调制区40形成的结处于反向偏置状态。以这种方式，所产生的耗尽区阻止侧向漏电流的流动。

另外，在本实施例中，在沟道调制区40的侧向侧壁47上延伸的钝化层58的存在允许在侧向侧壁47上减少表面电子态的形成，进一步有助于减少漏电流。

另外，栅极接触区42直接在顶表面40A上延伸的事实允许获得与沟道调制区40的肖特基结并且相对于例如其中功能区41平行于第三轴线Z在沟道调制区40和栅极接触区42之间延伸的情况获得沟道调制区40的更有效的偏置。

图4示出了根据不同实施例的这里由120指示的HEMT器件的一部分。

HEMT器件120具有与图2的HEMT器件20相似的总体结构；因此，图4仅示出了HEMT器件120的一部分，这一部分突出显示了HEMT器件120相对于HEMT器件20的差异。

图4中可见的HEMT器件120的与HEMT器件20共同的元件由相同的附图标记指示并且不进一步详细描述。

此外，虽然未示出，但是HEMT器件120还包括源极区、漏极区和基板，如针对HEMT器件20所讨论的。

HEMT器件120具有这里由133指示的栅极结构，栅极结构在这里还包括具有相应部分45、46的沟道调制区40、具有相应部分50的功能区41以及栅极接触区42。

在这个实施例中，栅极接触区42是第一栅极接触区并且HEMT器件120还包括与第一栅极接触区42直接电接触的第二栅极接触区144。

第二栅极接触区144由导电材料制成，例如为Ti、TiN、Ta或TaN的单个层，具有例如包含在5nm和50nm之间的厚度并且在功能区41上延伸并与其接触。第二栅极接触区144产生可以防止污染物扩散的屏障。

第二栅极接触区144与第一栅极接触区42沿着第一轴线X相邻布置。

取决于功能区41的导电类型和掺杂程度，第二栅极接触区144与功能区41欧姆或准欧姆接触。

特别地，当功能区41为N型时，第二栅极接触区144可以与功能区41欧姆接触。

详细地，第二栅极接触区144由两个部分形成，每个部分在功能区41的相应部分50上延伸。这些部分可以以这里未示出的方式彼此分离或接合在一起，例如基于具体设计布局以及基于功能区41的形状。

第二栅极接触区144的部分各自的平行于第一轴线X的宽度可以小于或等于(这里小于)功能区41的部分50的宽度。

这里由158指示的钝化层与HEMT器件20的钝化层58由相同的材料制造，并且在顶表面22A、沟道调制区40的侧向侧壁47和功能区41的外壁52上延伸。

此外，钝化层158部分地在功能区41的部分50上方、在第二栅极接触区144的外壁上以及在第二栅极接触区144的顶部上延伸。

这里由160指示的例如由氧化硅或氮化硅制成的第二绝缘层在钝化层158上延伸并与其接触。

HEMT器件120具有参考HEMT器件20讨论的相同优点。

另外，存在与功能区41欧姆或准欧姆接触(这里为欧姆接触)的第二栅极接触区144允许更准确地控制栅极调制区40的外围部分46中的电场的行为。

因此，HEMT器件120允许在整个相应宽度W_g上准确地控制沟道调制区40下方的2DEG 30的形成。

在下文中，参考图5A-图5H，描述HEMT器件120的制造步骤。

图5A示出了具有顶表面200A的工作本体200的横截面。工作本体200的与已经参考图2和图3描述的元件共同的元件用相同的附图标记指示并且不再进一步详细描述。

在工作本体200中，已经形成了基板24以及包括沟道层28和阻挡层29的异质结构25。

在这个实施例中，阻挡层29形成工作本体200的顶表面200A。

此外，在顶表面200A上已经形成半导体材料的并且用于形成沟道调制区40的沟道调制层202(例如P型GaN)；并且已经在沟道调制层202上形成半导体材料的并且用于形成功能区41的功能层(例如本征或N型GaN)。

例如，层202、层203通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)外延生长。

随后，在图5B中，在功能层203上形成接触层204(用于形成第二栅极接触区144)，例如Ti、TiN、Ta、TaN等的单个层，或多个层。

层202、层203、层204可以在没有掩模的情况下(即，以毯覆模式(blanket mode))沉积或生长。

可以使工作本体200经历退火，以促进接触层204和功能层203之间欧姆接触的形成。

在图5C中，通过光刻和蚀刻步骤来限定层202、层203和层204。对沟道调制层202进行图案化(patterning)以形成沟道调制区40。

在沟道调制区40上延伸、特别是遍及相应顶表面的剩余部分206从功能层203保留下来。

在部分206上延伸的剩余部分208从接触层204保留下来。

然后，在图5D中，在没有掩模的情况在工作本体200的前侧形成用于形成钝化层158的工作钝化层212，例如氧化物，特别地为Al₂O₃。

工作钝化层212覆盖顶表面200A的暴露部分、调制区40的暴露部分以及部分206、208的暴露部分。

例如，工作钝化层212通过热或等离子体原子层沉积(ALD)在300℃的水基气氛(water-based atmosphere)中形成。

在没有掩模的情况下，在工作钝化层212上形成用于形成第一绝缘层160的例如氧化硅或氮化硅的第一工作绝缘层213。

然后，在图5E，穿过第一工作绝缘层213、工作钝化层212以及部分206、208开设窗口215(window)，以暴露沟道调制区40的顶表面40A的旨在形成第一栅极接触区42的部分。

第二接触区144由接触层204的剩余部分208形成。

栅极结构133的功能区41由功能层203的剩余部分206形成。

在图5F中，沉积并图案化工作导电区以在窗口215内并且部分地在第一工作绝缘层213上形成第一栅极接触区42。

此外，还可以从工作导电区形成场板区69。

随后，在图5G中，将第二工作绝缘层218沉积在第一工作绝缘层213、第一栅极接触区42以及场板区69(如果存在)上。

在图5H中，通过光刻和蚀刻步骤对工作钝化层212以及第一工作绝缘层213和第二工作绝缘层218进行图案化，从而形成具有相应开口64、65的第一绝缘层160和第二绝缘层62以及钝化层158。

源极区34和漏极区35分别形成在开口64和开口65中。

在最终制造步骤(这里未示出但本身已知，例如切割工作本体200和形成电连接)之后，获得HEMT器件120。

本领域技术人员将清楚，参考图5A-图5H描述的制造过程也可以适于制造图1的HEMT器件20，例如通过忽略与形成第二栅极接触区144相关的步骤。

与图5A-图5H中所示的根据栅极优先方法(在源极区34和漏极区35之前形成栅极结构33、133)制造本HEMT器件不同，可以根据欧姆优先方法制造本HEMT器件，其中源极区和漏极区在栅极结构之前形成。以这种方式，可以在形成源极区和漏极区的同时使用热处理，这使得源极区和漏极区与二维气之间的接触电阻降低。图6示出了根据欧姆优先方法制造的这里由320指示的本HEMT器件的实施例。HEMT器件320具有与HEMT器件20、120类似的总体结构；因此，共同的元件由相同的附图标记来标识并且不再详细描述。

在HEMT器件320中，这里由321指示的第二绝缘层在这里分别由324和325指示的源极区和漏极区上延伸。

这里由342指示的第一栅极接触区也延伸穿过第二绝缘层321。

这里由329指示的场板区侧向于栅极结构133在第一绝缘层160和第二绝缘层321之间延伸，并且可以与源极区324和漏极区325一起形成。

HEMT器件320还包括屏蔽导电区330，屏蔽导电区330部分地在第二绝缘层321上延伸并且用作电磁屏蔽。屏蔽导电区330部分地或完全地，这里是部分地在场板区329上方一定距离处延伸。

最后，显然，可以对本文描述和例示的HEMT器件20、120及其制造过程进行修改和变化，而不脱离如所附权利要求所限定的本公开的范围。

例如，参考HEMT器件20，功能区41可以仅在栅极接触区42的一侧延伸，例如在栅极接触区42的源极侧(左侧)或漏极侧(右侧)延伸。功能区41可以仅具有部分50中的一个。

类似的考虑也可以适用于HEMT器件120、220。

例如，功能区41的部分50可以仅在沟道调制区40的外围部分46的一部分上延伸。

例如，功能区41的外壁52可以不沿着第三轴线Z与沟道调制区40的侧向侧壁47对齐。

例如，值W_m+2·W_f可以小于沟道调制区40的宽度W_g，例如如果例如绝缘材料的另外的区被直接布置在沟道调制区40的顶表面40A上。

根据具体应用，源极区34、324、漏极区35、325和栅极结构33、133可以按照本身已知的方式根据不同的形状和配置沿着第二轴线Y延伸，因此不进行讨论详细。例如，在俯视图中(这里未示出)，它们可以具有沿着第二轴线Y伸长的条带的形状，或者可以具有圆形形状或任何其它规则或不规则的形状。

例如，根据具体应用，沟道层28和阻挡层29各自可以由适当掺杂的或本征型的GaN基合金或彼此叠置的多个层(例如一个或多个GaN层)形成。

例如，根据具体应用或所使用的具体制造过程，HEMT器件的本体22也可以包括例如由氧化物或氮化物制成的一个或多个绝缘层，该一个或多个绝缘层在基板24和异质结构25之间、在异质结构25上方、在基板24内和/或在异质结构25内延伸。

例如，本体22可以包括例如由氮化铝(AlN)制成的覆盖层(cap layer)，该覆盖层在阻挡层29上延伸并与阻挡层29接触，即形成表面22A。

例如，本体22可以包括位于沟道层28和阻挡层29之间的例如由AlN制成的间隔层。

例如，以本身已知的方式，本HEMT器件可以包括在基板24和异质结构25之间延伸的上覆层(overlying layer)的堆叠，该上覆层的堆叠例如包括缓冲层和空穴供应层。

例如，本HEMT器件可以是常导通型的。

最后，可以组合上述不同实施例以提供另外的解决方案。

HEMT器件(20；120；320)可以被概括为包括：本体(22)，该本体具有顶表面(22A)并且包括异质结构(25)，该异质结构被配置为生成二维电荷载流子气(30，49)；以及栅极结构(33；133)，该栅极结构在本体的顶表面上延伸并且能够偏置以电控制二维电荷载流子气，该栅极结构包括半导体材料的并且具有顶表面(40A)的沟道调制区(40)；半导体材料的功能区(41)；以及导电材料的栅极接触区(42；342)，其中功能区(41)和栅极接触区(42；342)在沟道调制区的顶表面(40A)上延伸，并且其中栅极接触区相对于功能区侧向布置，沟道调制区(40)相对于功能区(41)具有不同的导电类型。

沟道调制区(40)可以具有形成沟道调制区的侧向侧壁(47)的外围部分(46)，功能区(41)至少部分地在外围部分上延伸。

功能区(41)可以具有与沟道调制区的侧向侧壁邻接的外壁(52)。

功能区(41)可以是本征型的。

沟道调制区(40)可以具有第一导电类型(P)，并且功能区(41)可以具有与第一导电类型相反的第二导电类型(N)。

功能区的掺杂物质的浓度可以低于10¹⁵原子/cm³。

功能区(41)可以具有与栅极接触区(42；342)接触的内壁(51)。

功能区(41)可以具有沿着第一方向(X)的宽度(W_f)，并且栅极接触区(42；342)可以具有沿着第一方向的宽度(W_m)，其可以大于功能区的宽度。

栅极接触区可以是第一栅极接触区(42；342)，栅极结构(133)还可以包括导电材料的第二栅极接触区(144)，该第二栅极接触区至少部分地在功能区(41)上延伸并且与第一栅极接触区接触。

第二栅极接触区(144)的材料可以选自Ti、Ta、TiN和TaN。

HEMT器件还可以包括非导电材料的绝缘区(58，60；158，160)，该绝缘区在沟道调制区(40)的侧向侧壁(47)上和功能区(41)的外壁(52)上延伸，并且至少部分地在沟道调制区(40)的顶表面上并且在相对于沟道调制区(40)的顶表面一定距离处延伸。

一种HEMT器件的制造过程可以被概括为包括：在包括异质结构(25)的工作本体(200)的顶表面(200A)上形成栅极结构(33；133)，其中异质结构被配置为生成二维电荷载流子气(30，49)，并且栅极结构能够偏置以电控制该二维电荷载流子气，其中形成栅极结构包括：从第一半导体层(202)开始，形成具有顶表面(40A)的沟道调制区(40)；从第二半导体层(203)开始，在沟道调制区的顶表面上形成功能区(41)；以及形成导电材料的栅极接触区(42；342)，该栅极接触区相对于功能区侧向地在沟道调制区的顶表面上延伸，其中沟道调制区(40)具有相对于功能区(41)不同的导电类型。

该制造过程可以包括：在工作本体的顶表面上沉积第一半导体层(202)；在第一半导体层上沉积第二半导体层(203)；图案化第一半导体层和第二半导体层；在图案化的第一半导体层的侧向侧壁(47)上、在图案化的第二半导体层的外壁(52)上以及至少部分地在第一半导体层的顶表面上方并且在相对于第一半导体层的顶表面一定距离处沉积非导电材料的至少一个绝缘层(58，60；158，160)；其中形成栅极接触区可以包括：形成暴露图案化的第一半导体层的一部分的开口(215)，该开口延伸穿过该至少一个绝缘层和第二半导体层；以及在开口内沉积导电材料。

栅极接触区可以是第一栅极接触区，其中形成栅极结构还可以包括形成至少部分地在功能区(41)上延伸并且与第一栅极区接触的第二栅极接触区(144)，其中形成第二栅极接触区可以包括：在第二半导体材料层(203)上形成导电材料的至少一个接触层；执行被配置为促进在至少一个接触层和第二半导体层之间形成欧姆接触的退火；以及去除第二半导体层上方的至少一个接触层的旨在形成第一栅极接触区的部分。

该制造过程还可以包括形成与异质结构(25)接触的导电材料的至少一个电流传导区(34，35；324，325)，在形成至少一个电流传导区之前或之后执行形成栅极结构(33；133)的步骤。

在实施例中，一种HEMT器件的制造过程，包括：在包括异质结构的工作本体的顶表面上形成栅极结构，其中异质结构被配置为生成二维电荷载流子气，并且栅极结构能够偏置以电控制二维电荷载流子气，其中形成栅极结构包括：从第一半导体层开始，形成具有顶表面的沟道调制区；从第二半导体层开始，在沟道调制区的顶表面上形成功能区；形成导电材料的第一栅极接触区，第一栅极接触区相对于功能区侧向地在沟道调制区的顶表面上延伸，其中沟道调制区相对于功能区具有不同的导电类型；形成至少部分地在功能区上延伸并且与第一栅极接触区接触的第二栅极接触区；以及在第二栅极接触区上形成非导电材料的至少一个绝缘层，非导电材料的至少一个绝缘层部分地在第一栅极区下方。

在一些实施例中，该制造过程还包括：在工作本体的顶表面上形成第一半导体层；在第一半导体层上形成第二半导体层；图案化第一半导体层和第二半导体层；其中形成非导电材料的至少一个绝缘层还包括在图案化的第一半导体层的侧向侧壁上、在图案化的第二半导体层的外壁上、以及至少部分地在第一半导体层的顶表面上方并且在相对于第一半导体层的顶表面一定距离处沉积至少一个绝缘层；其中形成第一栅极接触区包括：形成暴露图案化的第一半导体层的一部分的开口，开口延伸穿过至少一个绝缘层和第二半导体层；以及在开口内形成导电材料。

在一些实施例中，形成第二栅极接触区还包括：在第二半导体材料层上形成导电材料的至少一个接触层；执行被配置为促进在至少一个接触层和第二半导体层之间形成欧姆接触的退火；以及去除第二半导体层上方的至少一个接触层的旨在形成第一栅极接触区的部分。

在一些实施例中，该制造过程还包括形成与异质结构接触的导电材料的至少一个电流传导区，在形成至少一个电流传导区之前或之后执行形成栅极结构的步骤。

可以组合上述各种实施例以提供另外的实施例。如果需要采用各种专利、申请和出版物的概念来提供另外的实施例，那么可以修改实施例的各方面。

根据上述详细描述，可以对实施例进行这些和其它改变。一般而言，在所附权利要求中，所使用的术语不应被解释为将权利要求限制于说明书和权利要求中公开的具体实施例，而应被解释为包括所有可能的实施例以及这些实施例所赋予的等同形式的全部范围。因而，权利要求不受本公开的限制。

Claims

1.一种HEMT器件，其特征在于，包括：

本体，所述本体具有顶表面并且包括被配置为生成二维电荷载流子气的异质结构；以及

栅极结构，在所述本体的所述顶表面上延伸并且能够偏置以电控制所述二维电荷载流子气，

所述栅极结构包括：

半导体材料的沟道调制区，所述沟道调制区具有顶表面；

半导体材料的功能区；

导电材料的第一栅极接触区；

导电材料的第二栅极接触区，所述第二栅极接触区至少部分地在所述功能区上延伸并且与所述第一栅极接触区接触，

其中所述功能区和所述第一栅极接触区在所述沟道调制区的所述顶表面上延伸，并且其中所述第一栅极接触区相对于所述功能区侧向布置，

所述沟道调制区相对于所述功能区具有不同的导电类型；以及

非导电材料的绝缘区，所述绝缘区在所述第一栅极接触区和所述第二栅极接触区之间。

2.根据权利要求1所述的HEMT器件，其中所述沟道调制区具有形成所述沟道调制区的侧向侧壁的外围部分，所述功能区至少部分地在所述外围部分上延伸。

3.根据权利要求2所述的HEMT器件，其中所述功能区具有与所述沟道调制区的所述侧向侧壁邻接的外壁。

4.根据权利要求1所述的HEMT器件，其中所述功能区是本征型的。

5.根据权利要求1所述的HEMT器件，其中所述沟道调制区具有第一导电类型，并且所述功能区具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型。

6.根据权利要求5所述的HEMT器件，其中所述功能区的掺杂物质的浓度低于10¹⁵原子/cm³。

7.根据权利要求1所述的HEMT器件，其中所述功能区具有与所述第一栅极接触区接触的内壁。

8.根据权利要求1所述的HEMT器件，其中所述功能区具有沿着第一方向的宽度，并且第一栅极接触区沿着第一方向的宽度大于所述功能区的宽度。

9.根据权利要求8所述的HEMT器件，其中所述第二栅极接触区沿着第一方向的宽度小于所述功能区沿着第一方向的宽度。

10.根据权利要求9所述的HEMT器件，其中所述第二栅极接触区的材料选自Ti、Ta、TiN和TaN。

11.根据权利要求1所述的HEMT器件，其中所述绝缘区在所述沟道调制区的侧向侧壁上和所述功能区的外壁上延伸，并且至少部分地在所述沟道调制区的所述顶表面上以及在相对于所述沟道调制区的所述顶表面一定距离处延伸。

12.一种器件，其特征在于，包括：

异质结构，所述异质结构具有表面并且被配置为生成二维电荷载流子气；

在所述表面上的半导体材料的沟道调制区；

在所述沟道调制区上的半导体材料的功能区；

在所述功能区上的第一栅极接触区；

穿过所述第一栅极接触区和所述功能区的开口，所述开口暴露所述沟道调制区的顶表面；

在所述异质结构、所述功能区和所述第一栅极接触区的表面上的钝化层，所述钝化层不在所述开口中并且不在所述沟道调制区的所述顶表面上；以及

在所述开口中的第二栅极接触区，与所述沟道调制区的所述顶表面接触，并且与所述钝化层重叠。

13.根据权利要求12所述的器件，其中所述功能区包括两个单独的部分，所述开口在所述两个单独的部分之间。

14.根据权利要求12所述的器件，其中所述功能区的形状是圆形或多边形。

15.根据权利要求12所述的器件，其中所述第一栅极接触区具有第一宽度并且所述功能区具有大于第一宽度的第二宽度。

16.根据权利要求15所述的器件，其中所述钝化层与所述功能区的侧壁和所述功能区的顶部区域接触，所述顶部区域与其中所述功能区接触所述第一栅极接触区的第一平面共面，所述功能区的侧壁在横向于所述第一平面的第二平面上。