【专利解密】意法半导体提出改进高电子迁移率晶体管新方法

【嘉德点评】ST的该项专利提供了一种常关断型的晶体管,其具有高阈值电压和减小的导通状态电阻之间的良好折衷,以克服现有技术中导通状态电阻增加的缺点

集微网消息,2020年年初台积电与意法半导体(ST)达成协议,将一起合作提高氮化镓产品新的解决方案,并加快汽车朝向电气化的大趋势前进。

具有异质结构(特别是氮化镓(GaN)和氮化铝镓(AlGaN))的高电子迁移率晶体管(HEMT),由于高击穿阈值以及在其导电沟道中的高电子迁移率和高电荷载流子密度而被用作高频/功率开关,因而受到广大好评。在传统HEMT制备时,因为它们阈值电压相对较低,可以增添掺杂剂的浓度对此进行改善,但是这样会间接导致导通状态电阻的进一步增加。

为了解决这一问题,意法半导体在2019年1月22日申请了一项名为“高电子迁移率晶体管”的发明专利(申请号:201920107121 .4),申请人为意法半导体股份有限公司。

图1 HEMT器件制造方法的步骤1(左A右B)

图1A是该专利提出的制造HEMT器件的第一步,它主要由包括衬底4的晶片30制成,晶片30还包括由氮化铝镓(AlGaN)、氮化镓(GaN)得到的缓冲层6。接着在图1B中形成异质结构7,在1B中首先经由外延生长形成本征氮化镓(GaN)的沟道层10以及铝和氮化镓(AlGaN)的阻挡层9。然后,在阻挡层9的顶侧形成异质结构7的前侧7a。

图2 HEMT器件制造方法的步骤2(左C右D)

接着从图2C中我们可以看到,前侧7a会形成本征氮化镓的第一外延层19,并且其在后续步骤中可以生成辅助栅极区域20’和保护区域20”。继续对图C进行处理,得到如图2D所示结构,在第一外延层19的前侧19a上会形成具有P型掺杂(例如使用镁)的氮化镓的第二外延层11。在掺杂镁时,要考虑在1000℃左右的高温下进行,以便阻止镁掺杂剂杂质从第二外延层11扩散到晶片30的其他部分。

图3 HEMT器件制造方法的步骤3(左E右F)

在图3E中,通过使用第一光刻掩模选择性刻蚀第一外延层11和第二外延层19,当终止对第一外延层11和第二外延层19的选择性刻蚀时,执行晶片30的热退火步骤,以便激活存在于第一外延层11中的镁掺杂剂杂质。另外,在退火期间,掺杂剂杂质在深度上从第一外延层11扩散到第二外延层19,直到到达位于阻挡层9和第二外延层19之间的第一表面23’。然后,使用第二光刻掩模刻蚀保护区域20”和异质结构7的选择性部分,并执行形成欧姆接触的步骤,以提供源极电极16和漏极电极18,进而得到如图3F所示结构。

图4 HEMT器件实例

在沉积之后,进行快速热退火的操作,最后执行在晶片30上沉积导电材料的步骤,以在掺杂栅极区域12上形成栅极电极14,由此形成图4的HEMT 21。

以上就是ST此项专利的介绍,该专利提供了一种常关断型的晶体管,其具有高阈值电压和减小的导通状态电阻之间的良好折衷,以克服现有技术中的一些缺点。而且意法半导体和台积电的强强联合,也将有助于加速氮化镓功率电子在汽车领域的应用。

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(校对/holly)

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