本發(fā)明涉及iii族氮化物晶體管器件和制造iii族氮化物晶體管器件的方法。

背景技術(shù)：

1、迄今為止，功率電子應(yīng)用中使用的晶體管通常是用硅(si)半導(dǎo)體材料制造的。用于功率應(yīng)用的常見晶體管器件包括si?si功率mosfet和si絕緣柵雙極晶體管(igbt)。最近，考慮碳化硅(sic)功率器件。例如氮化鎵(gan)器件之類的iii-n族半導(dǎo)體器件正在成為具有吸引力的候選，以承載大電流、支持高壓并提供非常低的導(dǎo)通電阻和快速開關(guān)時(shí)間。期望對iii族氮化物晶體管器件的進(jìn)一步改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、根據(jù)本發(fā)明，提供了一種iii族氮化物晶體管器件，包括：iii族氮化物基板，其包括第一主表面、iii族氮化物溝道層和iii族氮化物阻擋層，所述iii族氮化物阻擋層布置在所述iii族氮化物溝道層上，并且在所述iii族氮化物阻擋層和所述iii族氮化物溝道層之間形成異質(zhì)結(jié)；多個(gè)晶體管單元；以及金屬化結(jié)構(gòu)，其包括第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層。對于每個(gè)晶體管單元，所述第一導(dǎo)電層包括布置在所述第一主表面上的源極指狀物和漏極指狀物，并且所述第二導(dǎo)電層包括源極總線和漏極總線。所述源極總線在所述多個(gè)晶體管單元的所述源極指狀物之間延伸且電連接所述多個(gè)晶體管單元的所述源極指狀物、并且在所述漏極指狀物之上延伸且與所述漏極指狀物電絕緣。所述漏極總線在所述多個(gè)晶體管單元的所述漏極指狀物之間延伸且電連接所述多個(gè)晶體管單元的所述漏極指狀物、并且在所述源極指狀物之上延伸且與所述源極指狀物電絕緣。在至少一個(gè)晶體管單元中，源極指狀物和源極總線之間的重疊面積大于同一源極指狀物和漏極總線之間的重疊面積，和/或在至少一個(gè)晶體管單元中，漏極指狀物和漏極總線之間的重疊面積大于同一漏極指狀物和源極總線之間的重疊面積。

2、iii族氮化物晶體管器件是橫向器件，并且金屬化結(jié)構(gòu)用于并聯(lián)電耦合多個(gè)晶體管單元。iii族氮化物晶體管器件具有減小的開關(guān)損耗，因?yàn)檩敵鲭娙輈ds通過金屬化結(jié)構(gòu)減小了輸出電容cds，該金屬化結(jié)構(gòu)在漏極指狀物和源極總線之間的重疊面積小于該漏極指狀物和漏極總線之間的重疊面積，和/或在源極指狀物和漏極總線之間的重疊面積小于該源極指狀物和源極總線之間的重疊面積。

3、第一和第二導(dǎo)電層以及因此第一導(dǎo)電層的源極和漏極指狀物和第二導(dǎo)電層的源極和漏極總線被布置在在垂直方向上間隔開的兩個(gè)水平或橫向平面中。源極總線重疊即在部分源極指狀物和漏極指狀物之上延伸并覆蓋其，并且漏極總線重疊即在部分源極指狀物和漏極指狀物之上延伸并覆蓋其。

4、第二導(dǎo)電層布置在第一導(dǎo)電層上方的第一主表面上，使得源極總線布置在源極指狀物和漏極指狀物上方并在其上延伸，由此源極總線電連接到源極指狀物并與漏極指狀物電絕緣，并且漏極總線布置在源極指狀物和漏極指狀物上方并在其上延伸，由此漏極總線電連接到漏極指狀物并與源極指狀物電絕緣。

5、金屬化結(jié)構(gòu)還可以包括布置在第一和第二導(dǎo)電層之間的至少一個(gè)電絕緣層。源極總線可以通過在每個(gè)源極指狀物和源極總線之間延伸的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電通孔而電連接到多個(gè)晶體管單元的每個(gè)源極指狀物。漏極總線可以通過在每個(gè)漏極指狀物和漏極總線之間延伸的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電通孔而電連接到多個(gè)晶體管單元的每個(gè)漏極指狀物。

6、源極總線通過中間的電絕緣層與漏極指狀物電絕緣，并且漏極總線通過中間的電絕緣層與源極指狀物電絕緣。

7、第一和第二導(dǎo)電層以及電絕緣層可以各自包括兩個(gè)或更多子層。

8、iii族氮化物晶體管器件還可以包括柵極，并且是橫向器件，其具有源極、漏極和柵極，其布置在第一主表面上。在iii族氮化物晶體管器件的每個(gè)晶體管單元中，柵極橫向布置在源極和漏極之間。源極和/或漏極可以為兩個(gè)相鄰的晶體管單元所共用。

9、在一些實(shí)施例中，每個(gè)晶體管單元的柵極包括布置在第一主表面上的柵極指狀物。柵極指狀物可以橫向布置在布置在第一主表面上的源極接觸和漏極接觸之間。

10、源極接觸、漏極接觸和柵極指狀物可以是細(xì)長的并且具有條狀結(jié)構(gòu)并且基本上彼此平行地延伸。柵極指狀物可以由與源極接觸和漏極接觸不同的材料形成。

11、iii族氮化物晶體管器件可以包括管芯導(dǎo)電層，其包括源極接觸和漏極接觸。管芯導(dǎo)電層布置在金屬化結(jié)構(gòu)的第一導(dǎo)電層和iii族氮化物基板的第一主表面之間的第一主表面上。柵極指狀物可以與管芯導(dǎo)電層和第一導(dǎo)電層分離。一個(gè)或多個(gè)鈍化層布置在管芯導(dǎo)電層和柵極指狀物上，并且金屬化結(jié)構(gòu)的第一導(dǎo)電層布置在(一個(gè)或多個(gè))鈍化層上。

12、源極接觸平行于第一導(dǎo)電層的源極指狀物并在其下方延伸，并且漏極接觸平行于第一導(dǎo)電層的漏極指狀物并在其下方延伸。源極接觸通過延伸穿過至少一個(gè)鈍化層的細(xì)長導(dǎo)電通孔而電連接到源極指狀物。漏極接觸通過延伸穿過至少一個(gè)鈍化層的細(xì)長導(dǎo)電通孔而電連接到漏極指狀物。

13、iii族氮化物晶體管器件可以是hemt(高電子遷移率晶體管)，其中在溝道層和阻擋層之間的異質(zhì)結(jié)處形成二維電荷氣體，例如二維電子氣體或二維空穴氣體。iii族氮化物溝道層可以由gan形成，并且iii族氮化物阻擋層可以由algan形成。

14、在一些實(shí)施例中，源極指狀物位于漏極總線下方的部分的面積小于該源極指狀物位于源極總線下方的面積。單個(gè)源極指狀物與漏極總線之間的重疊面積可以以各種方式減小。在一些實(shí)施例中，修改第一導(dǎo)電層中的源極指狀物的橫向形狀。

15、在一些實(shí)施例中，漏極指狀物位于源極總線下方的部分的面積小于該漏極指狀物位于漏極總線下方的面積。單個(gè)漏極指狀物和源極總線之間的重疊面積也可以以各種方式減小。在一些實(shí)施例中，修改第一導(dǎo)電層中的漏極指狀物的橫向形狀。

16、在一些實(shí)施例中，源極指狀物各自具有長度和寬度。長度大于寬度，從而形成條狀的指狀物形狀。位于漏極總線下方的源極指狀物的第一部分的寬度小于位于源極總線下方的該源極指狀物的第二部分的寬度。在一些實(shí)施例中，漏極指狀物各自具有長度和寬度。長度大于寬度，從而形成條狀的指狀物形狀。位于源極總線下方的漏極指狀物的第一部分的寬度小于位于漏極總線下方的該漏極指狀物的第二部分的寬度。

17、在一些實(shí)施例中，位于漏極總線下方的源極指狀物的第一部分在平面圖中具有錐形形狀，例如在平面圖中為三角形或漏斗形，和/或位于源極總線下方的漏極指狀物的第一部分在平面圖中具有錐形形狀，例如在平面圖中為三角形或漏斗形。

18、在一些實(shí)施例中，源極指狀物包括在其長度和寬度中間的開口，并且開口位于漏極總線下方，和/或漏極指狀物包括在其長度和寬度中間的開口，并且開口位于源極總線下方。開口也可以稱為孔或洞，并延伸穿過源極指狀物或漏極指狀物的厚度。

19、上述用于源極指狀物和漏極指狀物的結(jié)構(gòu)和修改的形狀可以組合，以便分別減小與漏極總線和源極總線的重疊面積。

20、源極總線和漏極總線例如通過第二導(dǎo)電層中的間隙彼此橫向間隔開。在一些實(shí)施例中，源極總線具有長度和寬度，長度基本垂直于源極指狀物的長度延伸，并且寬度在位于源極指狀物上方的部分中和在位于漏極指狀物上方的部分中基本相同，和/或漏極總線具有長度和寬度，長度基本垂直于源極指狀物的長度延伸，并且寬度在位于源極指狀物上方的部分中和在位于漏極指狀物上方的部分中基本相同。源極總線和漏極總線在平面圖中可以基本上是矩形形狀，其長度大于相應(yīng)的寬度。源極總線和漏極總線可以彼此平行延伸。

21、上述用于源極指狀物和漏極指狀物的結(jié)構(gòu)和修改的形狀可以與上述源極總線和漏極總線的結(jié)構(gòu)和修改的形狀相結(jié)合。

22、在一些實(shí)施例中，每個(gè)晶體管單元還包括布置在第一主表面上的柵極指狀物，并且柵極指狀物各自具有長度和寬度，其中位于源極總線下方的柵極指狀物的部分和位于漏極總線下方的柵極指狀物的部分中的寬度基本相同。柵極指狀物的長度大于寬度。柵極指狀物基本上平行于源極指狀物和漏極指狀物延伸。一個(gè)柵極指狀物布置在源極指狀物和漏極指狀物之間。

23、在一些實(shí)施例中，金屬化結(jié)構(gòu)還包括布置在第一和第二導(dǎo)電層之間的電絕緣層，其中多個(gè)晶體管單元的至少兩個(gè)源極指狀物各自通過延伸穿過電絕緣層的導(dǎo)電通孔而電連接到源極總線，和/或其中多個(gè)晶體管單元的至少兩個(gè)漏極指狀物各自通過導(dǎo)電通孔電連接到漏極總線。

24、在一些實(shí)施例中，源極指狀物位于源極總線下方的部分的寬度大于漏極指狀物位于漏極總線下方的部分的寬度。

25、在一些實(shí)施例中，源極指狀物的最小寬度等于或大于漏極指狀物的最小寬度。

26、在一些實(shí)施例中，源極總線通過間隙與漏極總線橫向間隔開，其中源極指狀物位于間隙中的部分的寬度與源極指狀物位于源極總線下方的部分的寬度基本相同，和/或漏極指狀物位于間隙中的部分的寬度與漏極指狀物位于漏極總線下方的部分的寬度基本相同。

27、在一些實(shí)施例中，可通過修改第二導(dǎo)電層中的漏極總線的形狀來減小各個(gè)源極指狀物與漏極總線之間的重疊面積?？赏ㄟ^修改第二導(dǎo)電層中的源極總線的形狀來減小各個(gè)漏極指狀物與源極總線之間的重疊面積。

28、在一些實(shí)施例中，源極總線和/或漏極總線包括至少一個(gè)孔。一個(gè)或多個(gè)孔可以定位成橫向鄰近在源極指狀物和源極總線之間和/或漏極指狀物和漏極總線之間延伸的導(dǎo)電通孔。

29、iii族氮化物基板還可以包括布置在基板上的iii族氮化物緩沖結(jié)構(gòu)，其具有不同于iii族氮化物的組成。在一些實(shí)施例中，iii族氮化物溝道層直接布置在緩沖結(jié)構(gòu)上。在一些實(shí)施例中，與iii族氮化物溝道層形成異質(zhì)結(jié)的背阻擋層被布置在iii族氮化物溝道層和緩沖層之間。

30、基板可以包括能夠支持一個(gè)或多個(gè)iii族氮化物基層的外延生長的上表面或生長表面。在一些實(shí)施例中，基板是外來基板，即由不同于iii族氮化物材料的材料形成，并且包括能夠支持一個(gè)或多個(gè)iii族氮化物基層的外延生長的上表面或生長表面。

31、公共基板可以由硅形成，并且可以由單晶硅或外延硅層(例如，藍(lán)寶石)形成。緩沖結(jié)構(gòu)可以包括基板的生長表面上的過渡層和過渡層上的超晶格結(jié)構(gòu)。

32、第一和第二導(dǎo)電層可以由銅或銅合金形成。電絕緣層可以由例如氧化硅之類的氧化物和/或例如氮化硅之類的氮化物形成。

33、根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種制造iii族氮化物晶體管的方法。該方法包括提供具有初始設(shè)計(jì)的iii族氮化物晶體管。初始設(shè)計(jì)包括：iii族氮化物基板，其包括第一主表面、iii族氮化物溝道層、以及iii族氮化物阻擋層，所述iii族氮化物阻擋層布置在所述iii族氮化物溝道層上，并且在所述iii族氮化物阻擋層和所述iii族氮化物溝道層之間形成異質(zhì)結(jié)；多個(gè)晶體管單元；以及金屬化結(jié)構(gòu)，其包括第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層。對于每個(gè)晶體管單元，第一導(dǎo)電層包括在第一主表面上的源極指狀物和漏極指狀物。第二導(dǎo)電層包括源極總線和漏極總線。源極總線在多個(gè)晶體管單元的源極指狀物之間延伸且將其電連接、并且在漏極指狀物上延伸且與其電絕緣，使得對于每個(gè)晶體管單元，形成在所述漏極指狀物和所述源極總線之間的第一初始重疊面積。漏極總線在多個(gè)晶體管單元的漏極指狀物之間延伸且將其電連接、并且在源極指狀物上延伸且與其電絕緣，使得對于每個(gè)晶體管單元，形成在所述源極指狀物和所述漏極總線之間的第二初始重疊面積。該方法還包括測量在初始設(shè)計(jì)中的源極指狀物和漏極總線之間的電容和/或測量在初始設(shè)計(jì)中的漏極指狀物和源極總線之間的電容，測量在初始設(shè)計(jì)中的iii族氮化物晶體管器件的導(dǎo)通狀態(tài)電阻，局部減小第一和/或第二初始重疊面積，并形成第一和/或第二修改重疊面積，以及產(chǎn)生具有減小的第一和/或第二重疊面積的修改設(shè)計(jì)。

34、在一些實(shí)施例中，該方法通過輸出包括修改設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)集而繼續(xù)。該數(shù)據(jù)集可用于制造一個(gè)或多個(gè)光刻掩?；蚪Y(jié)構(gòu)化用于形成源極和漏極指狀物的這些光刻掩模。

35、在一些實(shí)施例中，該方法還包括測量在修改設(shè)計(jì)中的源極指狀物和漏極總線之間的新電容和/或測量在修改設(shè)計(jì)中的漏極指狀物和源極總線之間的新電容。

36、在一些實(shí)施例中，該方法還包括根據(jù)修改設(shè)計(jì)來形成源極指狀物和/或漏極指狀物。

37、在一些實(shí)施例中，測量在初始設(shè)計(jì)中的iii族氮化物晶體管器件的源極指狀物和漏極總線之間的電容和導(dǎo)通狀態(tài)電阻，并且減小第一初始重疊面積以形成第一修改重疊面積。在一些實(shí)施例中，在初始設(shè)計(jì)中測量iii族氮化物晶體管器件的漏極指狀物和源極總線之間的電容和導(dǎo)通狀態(tài)電阻，并且減小第二初始重疊面積以形成第二修改重疊面積。

38、在一些實(shí)施例中，通過減小第一初始重疊面積中的源極指狀物和漏極總線中的一者或兩者的面積和/或減小第二初始重疊面積中的漏極指狀物和源極總線中的一者或兩者的面積來局部減小第一和/或第二初始重疊面積。

39、在一些實(shí)施例中，在初始設(shè)計(jì)中，源極指狀物具有初始寬度、初始長度和初始橫向形狀。在一些實(shí)施例中，初始橫向形狀是矩形的，并且通過在不減小初始長度的情況下減小第一初始重疊面積中的源極指狀物的初始寬度，和/或通過在第一初始重疊區(qū)域中的源極指狀物的初始長度和初始寬度中間引入孔，和/或通過從第一初始重疊面積中的矩形初始橫向形狀形成漸縮形狀來減小初始寬度，從而減小源極指狀物的面積。

40、在一些實(shí)施例中，在初始設(shè)計(jì)中，漏極指狀物具有初始寬度、初始長度和初始橫向形狀。在一些實(shí)施例中，初始橫向形狀是矩形的，并且通過在不減小初始長度的情況下減小第二初始重疊面積中的漏極指狀物的初始寬度，和/或通過在第二初始重疊區(qū)域中的漏極指狀物的初始長度和初始寬度中間引入孔，和/或通過從第二初始重疊面積中的矩形初始橫向形狀形成漸縮形狀來減小初始寬度，從而減小漏極指狀物的面積。

41、在一些實(shí)施例中，源極指狀物與源極總線之間的重疊面積大于同一源極指狀物與漏極總線之間的重疊面積，和/或漏極指狀物與漏極總線之間的重疊面積大于同一漏極指狀物與源極總線之間的重疊面積。

42、在一些實(shí)施例中，源極指狀物與漏極總線之間的第一初始重疊面積與同一源極指狀物與源極總線之間的重疊面積相比減小，和/或漏極指狀物與源極總線之間的第二初始重疊面積與同一漏極指狀物與漏極總線之間的重疊面積相比減小。

43、在一些實(shí)施例中，在初始設(shè)計(jì)中，漏極總線具有初始面積，并且該方法還包括在漏極總線中形成至少一個(gè)孔和/或去除漏極總線的外圍部分。在一些實(shí)施例中，在初始設(shè)計(jì)中，源極總線具有初始面積，并且該方法還包括在源極總線中形成至少一個(gè)孔和/或去除源極總線的外圍部分。源極總線和漏極總線的外圍區(qū)域可以橫向位于晶體管器件的有源開關(guān)區(qū)域之外，而孔可以位于晶體管器件的有源開關(guān)區(qū)域的橫向區(qū)域之上和之內(nèi)。

44、晶體管器件的有源開關(guān)區(qū)域之外的漏極總線的部分可以在橫向鄰近源極指狀物和漏極指狀物的遠(yuǎn)端、和/或鄰近源極指狀物和漏極指狀物的長度的區(qū)域中和/或在基板的外圍區(qū)域中被去除。源極總線的部分可以在橫向鄰近源極指狀物和漏極指狀物的遠(yuǎn)端和/或鄰近源極指狀物和漏極指狀物的長度的區(qū)域中和/或在基板的外圍區(qū)域中被去除。

45、在一些實(shí)施例中，導(dǎo)通狀態(tài)電阻和輸出電容之間的關(guān)系被進(jìn)一步優(yōu)化。在一些實(shí)施例中，該方法還包括測量修改設(shè)計(jì)的新導(dǎo)通狀態(tài)電阻。如果新電容小于初始電容且導(dǎo)通狀態(tài)電阻小于預(yù)定閾值，則源極指狀物的橫向尺寸和形狀被輸出到最終設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)集中。然后根據(jù)最終設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)集形成源極指狀物和漏極指狀物。如果新電容小于初始電容且導(dǎo)通狀態(tài)電阻等于或大于預(yù)定閾值，則增加源極指狀物的面積，通過返回到測量新修改設(shè)計(jì)的導(dǎo)通狀態(tài)電阻和新電容來重復(fù)該方法。

46、本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀下面的詳細(xì)描述和閱讀附圖后將認(rèn)識(shí)到附加的特征和優(yōu)點(diǎn)。