[go: up one dir, main page]

TW202107702A - 增強型高電子遷移率電晶體元件 - Google Patents

增強型高電子遷移率電晶體元件 Download PDF

Info

Publication number
TW202107702A
TW202107702A TW108128739A TW108128739A TW202107702A TW 202107702 A TW202107702 A TW 202107702A TW 108128739 A TW108128739 A TW 108128739A TW 108128739 A TW108128739 A TW 108128739A TW 202107702 A TW202107702 A TW 202107702A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
layer
gallium nitride
electron mobility
high electron
protective layer
Prior art date
Application number
TW108128739A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI748225B (zh
Inventor
陳智偉
溫文瑩
Original Assignee
新唐科技股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 新唐科技股份有限公司 filed Critical 新唐科技股份有限公司
Priority to TW108128739A priority Critical patent/TWI748225B/zh
Priority to CN201911334570.3A priority patent/CN112397583B/zh
Publication of TW202107702A publication Critical patent/TW202107702A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI748225B publication Critical patent/TWI748225B/zh

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/40—FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels
    • H10D30/47—FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels having 2D charge carrier gas channels, e.g. nanoribbon FETs or high electron mobility transistors [HEMT]
    • H10D30/471—High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT]
    • H10D30/473—High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT] having confinement of carriers by multiple heterojunctions, e.g. quantum well HEMT
    • H10D30/4732—High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT] having confinement of carriers by multiple heterojunctions, e.g. quantum well HEMT using Group III-V semiconductor material
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H10D62/124—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of semiconductor bodies or of junctions between the regions

Landscapes

  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

一種增強型高電子遷移率電晶體元件，包括配置於基板上的通道層、阻障層、P型氮化鎵層、保護層、閘極以及源極與汲極。阻障層配置於通道層上，P型氮化鎵層配置於阻障層上，保護層配置於P型氮化鎵層上。閘極配置於保護層中，閘極的上表面從保護層的上表面凸出。源極與汲極分別位於閘極的兩側，且配置於通道層、阻障層、P型氮化鎵層及保護層中，源極與汲極的上表面從保護層的上表面凸出。

Description

增強型高電子遷移率電晶體元件
本發明是有關於一種高電子遷移率電晶體（HEMT），且特別是有關於一種增強型（E-mode）高電子遷移率電晶體元件。
近年來，以III-V族化合物半導體為基礎的HEMT元件因為其低阻值、高崩潰電壓以及快速開關切換頻率等特性，在高功率電子元件領域被廣泛地應用。一般來說，HEMT元件可分為空乏型或常開型電晶體元件（D-mode），以及增強型或常關型電晶體元件（E-mode）。增強型（E-mode）電晶體元件因為其提供的附加安全性以及其更易於由簡單、低成本的驅動電路來控制，因而在業界獲得相當大的關注，p-GaN增強型（E-mode）電晶體元件已成為目前電子元件領域主流。
在習知的p-GaN增強型（E-mode）電晶體元件製程中，主要是將鎂（Mg）摻雜進入GaN本體使其轉換成P型半導體，藉由p-GaN來空乏通道（2DEG）。此製程技術目前面臨的一大關卡是交叉污染問題，在進行p-GaN蝕刻製程及熱製程中，可能會使鎂（Mg）散逸出來而導致產線汙染。因此，如何有效地防止p-GaN增強型（E-mode）電晶體元件製程中可能導致的鎂（Mg）汙染問題，為目前所需研究的重要方向。
本發明提供一種增強型高電子遷移率電晶體元件，包括配置於P型氮化鎵層上的保護層，可在此保護層上進行金屬連線、蝕刻製程及熱製程，而不會接觸到P型氮化鎵層，因此，可有效地防止鎂汙染問題。
本發明的增強型高電子遷移率電晶體元件包括配置於基板上的通道層、阻障層、P型氮化鎵層、保護層、閘極以及源極與汲極。阻障層配置於通道層上，P型氮化鎵層配置於阻障層上，保護層配置於P型氮化鎵層上。閘極配置於保護層中，閘極的上表面從保護層的上表面凸出。源極與汲極分別位於閘極的兩側，且配置於通道層、阻障層、P型氮化鎵層及保護層中，源極與汲極的上表面從保護層的上表面凸出。
在本發明的一實施例中，增強型高電子遷移率電晶體元件更包括介電層，配置於閘極與保護層之間。
在本發明的一實施例中，閘極下方的保護層的厚度為1 nm至10 nm。
在本發明的一實施例中，P型氮化鎵層的厚度為至少40 nm。
在本發明的一實施例中，P型氮化鎵層的厚度為40 nm至80 nm。
在本發明的一實施例中，保護層的材料包括氮化鋁鎵（AlGaN）或氮化鋁銦鎵（InAlGaN）。
在本發明的一實施例中，保護層的材料包括AlX Ga1-X N，且X為0.05至0.3。
在本發明的一實施例中，P型氮化鎵層的摻質為鎂。
在本發明的一實施例中，通道層的材料包括氮化鎵（GaN）。
在本發明的一實施例中，阻障層的材料包括氮化鋁鎵（AlGaN）。
基於上述，本發明提供一種增強型高電子遷移率電晶體元件，包括配置於P型氮化鎵層上的保護層，可在此保護層上進行金屬連線、蝕刻製程及熱製程，而不會接觸到P型氮化鎵層，因此，可有效地防止鎂汙染問題，且可形成雙通道，使電流效率上升並保有增強型高電子遷移率電晶體元件的特性。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
下文列舉實施例並配合所附圖式來進行詳細地說明，但所提供之實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍。此外，圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。為了方便理解，下述說明中相同的元件將以相同之符號標示來說明。
圖1為依照本發明的第一實施例的一種增強型高電子遷移率電晶體元件的剖面示意圖。
請參照圖1，本實施例的增強型高電子遷移率電晶體元件包括配置於基板（未繪示）上的通道層10、阻障層20、P型氮化鎵層30、保護層40、閘極50以及源極60與汲極70。基板的材料例如藍寶石、矽（Si）或碳化矽（SiC），但本發明並不以此為限。更詳細而言，阻障層20配置於通道層10上，P型氮化鎵層30配置於阻障層20上，保護層40配置於P型氮化鎵層30上。閘極50配置於保護層40中，閘極50的上表面從保護層40的上表面凸出。源極60與汲極70位於閘極50的兩側，且配置於通道層10、阻障層20、P型氮化鎵層30及保護層40中，源極60與汲極70的上表面從保護層40的上表面凸出。
請參照圖1，通道層10的材料可包括氮化鎵（GaN），阻障層20的材料可包括氮化鋁鎵（AlGaN），但本發明並不以此為限。P型氮化鎵層30的材料例如是摻雜有摻質（例如鎂）的氮化鎵。保護層40的材料可包括氮化鋁鎵（AlGaN）或氮化鋁銦鎵（InAlGaN）。如此一來，除了在通道層10及阻障層20的介面形成主要通道之外，更可在P型氮化鎵層30及保護層40的介面形成次要通道，雙通道可使電流效率上升。此外，透過P型氮化鎵層30及保護層40介面，更可藉由p-n阻障防止漏電流。
請參照圖1，閘極50下方的保護層40的厚度例如是1 nm至10 nm，使此主動區的主要通道和次要通道一併被空乏，在非主動區則仍能保持主要通道和次要通道導通，以保持增強型高電子遷移率電晶體元件的特性。P型氮化鎵層30的厚度例如是至少40 nm，較佳例如是40 nm至80 nm。當P型氮化鎵層30的厚度在此範圍內時，可保持增強型高電子遷移率電晶體元件的特性。保護層40的材料例如是AlX Ga1-X N，且X例如是0.05至0.3。當X的數值在此範圍內時，可保持增強型高電子遷移率電晶體元件的特性。
圖1的增強型高電子遷移率電晶體元件之製造方法可包括以下步驟。首先，透過磊晶成長在基板上形成通道層10、阻障層20、P型氮化鎵層30及保護層40。之後，利用蝕刻製程選擇性地移除主動區部分的保護層40，再進行閘極50的金屬沉積，並形成源極60與汲極70。
圖2為依照本發明的第二實施例的一種增強型高電子遷移率電晶體元件的剖面示意圖。圖2所示的第二實施例相似於圖1所示的第一實施例，故相同元件以相同標號表示且在此不予贅述。
請參照圖2，本實施例與上述第一實施例不同之處在於，本實施例的增強型高電子遷移率電晶體元件，更包括配置於閘極50與保護層40之間的介電層80。透過在閘極50與保護層40之間配置介電層80，可進一步調整裝置的臨界電壓(Vth)及Ron，更可降低漏電流。
綜上所述，本發明提供一種增強型高電子遷移率電晶體元件，包括配置於P型氮化鎵層上的保護層，可在此保護層上進行金屬連線、蝕刻製程及熱製程，而不會接觸到P型氮化鎵層，因此，可有效地防止鎂汙染問題，無須在蝕刻製程後進行機台維護或設立獨立專屬機台來防止汙染，故可降低成本且有利於產出。同時，可形成雙通道，使電流效率上升並保有增強型高電子遷移率電晶體元件的特性，更可藉由P型氮化鎵層與保護層介面的p-n阻障防止漏電流。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10:通道層 20:阻障層 30:P型氮化鎵層 40:保護層 50:閘極 60:源極 70:汲極 80:介電層
圖1為依照本發明的第一實施例的一種增強型高電子遷移率電晶體元件的剖面示意圖。 圖2為依照本發明的第二實施例的一種增強型高電子遷移率電晶體元件的剖面示意圖。
10:通道層
20:阻障層
30:P型氮化鎵層
40:保護層
50:閘極
60:源極
70:汲極

Claims (10)

  1. 一種增強型高電子遷移率電晶體元件，包括： 通道層，配置於基板上； 阻障層，配置於所述通道層上； P型氮化鎵層，配置於所述阻障層上； 保護層，配置於所述P型氮化鎵層上； 閘極，配置於所述保護層中，所述閘極的上表面從所述保護層的上表面凸出；以及 源極與汲極，分別位於所述閘極的兩側，且配置於所述通道層、所述阻障層、所述P型氮化鎵層及所述保護層中，所述源極與所述汲極的上表面從所述保護層的上表面凸出。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的增強型高電子遷移率電晶體元件，更包括介電層，配置於所述閘極與所述保護層之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的增強型高電子遷移率電晶體元件，其中所述閘極下方的所述保護層的厚度為1 nm至10 nm。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的增強型高電子遷移率電晶體元件，其中所述P型氮化鎵層的厚度為至少40 nm。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的增強型高電子遷移率電晶體元件，其中所述P型氮化鎵層的厚度為40 nm至80 nm。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的增強型高電子遷移率電晶體元件，其中所述保護層的材料包括氮化鋁鎵（AlGaN）或氮化鋁銦鎵（InAlGaN）。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的增強型高電子遷移率電晶體元件，其中所述保護層的材料包括AlX Ga1-X N，且X為0.05至0.3。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的增強型高電子遷移率電晶體元件，其中所述P型氮化鎵層的摻質為鎂。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的增強型高電子遷移率電晶體元件，其中所述通道層的材料包括氮化鎵（GaN）。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的增強型高電子遷移率電晶體元件，其中所述阻障層的材料包括氮化鋁鎵（AlGaN）。
TW108128739A 2019-08-13 2019-08-13 增強型高電子遷移率電晶體元件 TWI748225B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW108128739A TWI748225B (zh) 2019-08-13 2019-08-13 增強型高電子遷移率電晶體元件
CN201911334570.3A CN112397583B (zh) 2019-08-13 2019-12-23 增强型高电子迁移率晶体管器件

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW108128739A TWI748225B (zh) 2019-08-13 2019-08-13 增強型高電子遷移率電晶體元件

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202107702A true TW202107702A (zh) 2021-02-16
TWI748225B TWI748225B (zh) 2021-12-01

Family

ID=74603753

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108128739A TWI748225B (zh) 2019-08-13 2019-08-13 增強型高電子遷移率電晶體元件

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN112397583B (zh)
TW (1) TWI748225B (zh)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7985986B2 (en) * 2008-07-31 2011-07-26 Cree, Inc. Normally-off semiconductor devices
KR102065115B1 (ko) * 2010-11-05 2020-01-13 삼성전자주식회사 Ｅ-모드를 갖는 고 전자 이동도 트랜지스터 및 그 제조방법
US9608085B2 (en) * 2012-10-01 2017-03-28 Cree, Inc. Predisposed high electron mobility transistor
CN107735863A (zh) * 2015-07-01 2018-02-23 香港科技大学 增强型双沟道高电子迁移率晶体管
TWI661554B (zh) * 2017-12-28 2019-06-01 新唐科技股份有限公司 增強型高電子遷移率電晶體元件及其形成方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112397583B (zh) 2023-07-28
TWI748225B (zh) 2021-12-01
CN112397583A (zh) 2021-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US12094962B2 (en) Enhancement-mode semiconductor device and preparation method therefor
JP6660975B2 (ja) 高電子移動度トランジスタ
JP5323527B2 (ja) ＧａＮ系電界効果トランジスタの製造方法
JP5785153B2 (ja) 補償型ゲートｍｉｓｆｅｔ及びその製造方法
JP5566670B2 (ja) ＧａＮ系電界効果トランジスタ
JP2012231003A (ja) 半導体装置
US20210210627A1 (en) Enhancement mode mishemt with gan channel regrowth under a gate area
US20150263155A1 (en) Semiconductor device
JP5144326B2 (ja) 電界効果トランジスタ
JP2017157589A (ja) 半導体装置および半導体装置の製造方法
CN106206309A (zh) 二次外延p型氮化物实现增强型hemt的方法及增强型hemt
CN107958939A (zh) 一种氮化鎵基异质结肖特基二极管结构
JP2012231002A (ja) 半導体装置
CN108807500B (zh) 一种具有高阈值电压的增强型高电子迁移率晶体管
JP2011210785A (ja) 電界効果トランジスタ、およびその製造方法
KR20230000718A (ko) 고전자이동도 트랜지스터 및 그 제조 방법
JP2016181570A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP2011129607A (ja) ＧａＮ系ＭＯＳ型電界効果トランジスタ
US10971610B2 (en) High electron mobility transistor
WO2024183700A1 (zh) 一种增强型hemt器件及其制备方法
JP2007250727A (ja) 電界効果トランジスタ
CN103681831B (zh) 高电子迁移率晶体管及其制造方法
TWI748225B (zh) 增強型高電子遷移率電晶體元件
CN116153993A (zh) 半导体结构及其形成方法
US9240474B2 (en) Enhanced GaN transistor and the forming method thereof