[发明专利]具有高阈值电压和低导通电阻的常关型III族氮化物晶体管

说明书

相关申请的交叉引用

本申请涉及于2012年4月25日提交的美国专利申请号13/456,039,该申请整体地并入本文。本申请还涉及于2013年9月30日提交的美国专利申请号14/041,667并要求其优先权，该申请整体地并入本文。

技术领域

本公开涉及III族氮化物场效应晶体管(FETs)且具体地涉及常关型(normally-off)FET。

背景技术

对于高速和高功率应用来说，III族氮化物晶体管是很有希望的，所述高速和高功率应用诸如电源开关，除了其他应用以外，其可用于电机驱动器和电源。这些应用中的许多需要晶体管以常关模式操作。常关模式操作可通过许多方式来实现，但典型地要以较高的导通电阻和较低的输出电流为代价。

于2012年4月25日提交的美国专利申请号13/456,039描述了一种常关型III族氮化物场效应晶体管以及制备常关型FET的方法。

所需要的是常关型FET，其在导通电阻方面具有最小的代价。具体所期望的是高阈值电压，优选地大于1伏特，低导通电阻，对于具有大于600V击穿电压的器件来说优选地小于20ohm-mm，以及在阈值电压和导通电阻方面的优异均一性，所述均一性具有优选小于10％的标准差。本公开的实施方案回答了这些和其他的需求。

发明内容

在本文公开的第一个实施方案中，一种III族氮化物晶体管包括III族氮化物沟道层、在沟道层上方的势垒层、在势垒层的顶部上的介电层、接触沟道层的源极、接触沟道层的漏极、延伸通过介电层和势垒层并且其底部位于沟道层内的栅极沟槽、内衬栅极沟槽并在介电层上方延伸的栅极绝缘体,和在栅极沟槽中并部分地朝向源极和漏极延伸以形成集成的栅场板的栅极，所述势垒层具有1-10纳米的厚度，其中沟道层和势垒层的界面与栅极沟槽的底部之间的距离大于0nm且小于或等于5nm。

在本文公开的另一个实施方案中，一种III族氮化物晶体管，包括：III族氮化物沟道层；在所述沟道层上方的势垒层；在所述势垒层的顶部上的介电层；接触所述沟道层的源极；接触所述沟道层的漏极；延伸通过所述介电层和势垒层并且具有位于所述沟道层内的底部的栅极沟槽；内衬所述栅极沟槽并在所述介电层上方延伸的栅极绝缘体，所述栅极绝缘体包括在所述栅极沟槽的底部处的单晶AlN层、在所述单晶AlN层上的多晶AlN层、和在所述多晶AlN层上的包含Al₂O₃、AlON或SiN的绝缘层；和在所述栅极沟槽中并部分地朝向所述源极和所述漏极延伸以形成集成的栅场板的栅极。

在本文公开的又一个实施方案中，一种制造III族氮化物晶体管的方法，包括：形成III族氮化物沟道层；形成在所述沟道层上方的势垒层，所述势垒层具有1-10纳米的厚度；形成在所述势垒层的顶部上的介电层；形成接触所述沟道层的源极；形成接触所述沟道层的漏极；形成延伸通过所述介电层和势垒层并且具有位于所述沟道层内的底部的栅极沟槽使得所述沟道层和所述势垒层的界面与所述栅极沟槽的底部之间的距离为大于0纳米且小于或等于5纳米；形成内衬所述栅极沟槽并在所述介电层上方延伸的栅极绝缘体；和形成在所述栅极沟槽中并部分地朝向所述源极和所述漏极延伸以形成集成的栅场板的栅极。

在本文公开的再又一个实施方案中，一种制造III族氮化物晶体管的方法，包括：形成III族氮化物沟道层；形成在所述沟道层上方的势垒层；形成在所述势垒层的顶部上的介电层；形成接触所述沟道层的源极；形成接触所述沟道层的漏极；形成延伸通过所述介电层和势垒层并且具有位于所述沟道层内的底部的栅极沟槽；形成内衬所述栅极沟槽并在所述介电层上方延伸的栅极绝缘体，所述栅极绝缘体包括在所述栅极沟槽的底部处的单晶AlN层、在所述单晶AlN层上的多晶AlN层、和在所述多晶AlN层上的包含AL₂O₃、AlON或SiN的绝缘层；和在所述栅极沟槽中并部分地朝向所述源极和所述漏极延伸以形成集成的栅场板的栅极。

从后面的具体实施方式和附图中，这些和其他特征以及优势将变得进一步显而易见。在附图和说明书中，数字指示各种特征，在整个附图和说明书中相同的数字指代相同的特征。

附图说明

图1显示根据本公开的III族氮化物场效应晶体管的图解；

图2显示制造根据本公开的III族氮化物场效应晶体管的工艺流程；和

图3A-3C显示根据本公开的III族氮化物场效应晶体管的典型电流-电压曲线的图。

具体实施方式