場效應(yīng)晶體管裝置及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種場效應(yīng)晶體管裝置及其制造方法。該場效應(yīng)晶體管裝置包括：襯底；依序配置于該襯底之上的緩沖層、溝道層及第一阻障層；配置于該第一阻障層之上的二維電子氣控制層，其中該二維電子氣控制層具有大于或等于5nm的厚度；配置于該二維電子氣控制層之上的第二阻障層，其中該第二阻障層具有貫穿該第二阻障層的貫孔；以及,填入該貫孔的柵極，其中該柵極通過絕緣層與該第二阻障層以及該二維電子氣控制層相隔。
【專利說明】場效應(yīng)晶體管裝置及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種場效應(yīng)晶體管裝置及其制造方法，尤其涉及一種常關(guān)型場效應(yīng)晶體管裝置及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于氮化物半導(dǎo)體具有高的擊穿電場(electric breakdown field)以及高電子飽和速度(high electron saturation velocity),因此氮化物半導(dǎo)體可作為半導(dǎo)體裝置的材料以提高該裝置的擊穿電壓(breakdown voltage)以及降低裝置的開啟電阻。具有氮化物半導(dǎo)體層的傳統(tǒng)半導(dǎo)體裝置一般具有異質(zhì)結(jié)。該異質(zhì)結(jié)由兩種彼此具有不同帶隙的氮化物半導(dǎo)體所構(gòu)成，且可產(chǎn)生二維電子氣層(two-dimensional electron gas (2DEG)layer)鄰近該結(jié)。此外，具有異質(zhì)結(jié)的半導(dǎo)體裝置可通過將電流通過該二維電子氣層來降低開啟電阻。上述半導(dǎo)體裝置一般稱為高電子遷移率晶體管(high electron mobilitytransistor、HEMT)。
[0003]此類型半導(dǎo)體裝置一般具有柵極結(jié)構(gòu)來控制電流的導(dǎo)通與否。該柵極結(jié)構(gòu)具有異質(zhì)結(jié)，且柵極結(jié)構(gòu)的柵極面向該異質(zhì)結(jié)。具有高密度的二維電子氣層產(chǎn)生于接近該異質(zhì)結(jié)的區(qū)域。傳統(tǒng)半導(dǎo)體裝置利用該二維電子氣層作為溝道，使得該半導(dǎo)體裝置具有較低的開啟電阻。當沒有施加電壓于該柵極時，源極與漏極間具有電子流，因此該半導(dǎo)體裝置為常開型半導(dǎo)體裝置。當提供負電壓來擦除位于柵極下方的電子氣層時，則可關(guān)閉該常開型高電子遷移率晶體管。然而，由于可提供該負電壓的設(shè)備過于復(fù)雜且昂貴，因此使得常開型半導(dǎo)體裝置在使用上并不方便。
[0004]業(yè)界提出部份移除電子補給層(electron supply layer)以露出部份電子轉(zhuǎn)輸層，并將柵極配置于該部份露出的電子轉(zhuǎn)輸層之上的絕緣層(即柵極貫孔工藝)，以使高電子遷移率晶體管成為常關(guān)型(normally-off)晶體管。然而，上述在電子補給層內(nèi)形成貫孔的作法易因為孔貫深度掌控不易產(chǎn)生工藝錯誤，導(dǎo)致晶體管的閾值電壓(thresholdvoltage)實質(zhì)改變。因此，當電子供給層與位于其下的膜層間的蝕刻選擇性較差異時，會導(dǎo)致晶體管的閾值電壓不一致，使得可靠性下降。
[0005]基于上述，業(yè)界需要一種新穎的場效應(yīng)晶體管裝置以解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明一實施例，該場效應(yīng)晶體管裝置(例如一種常關(guān)型異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管)包括:襯底；依序配置于該襯底之上的緩沖層、溝道層以及第一阻障層；配置于該第一障阻層之上的二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層；配置于該二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層之上的第二阻障層,其中該第二阻障層具有貫穿該第二障阻層的貫孔；以及填入該貫孔的柵極，其中該柵極通過絕緣層與該第二阻障層以及該二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層相隔。值得注意的是，為使該場效應(yīng)晶體管可成為常關(guān)型場效應(yīng)晶體管，該二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層具有足夠的厚度(例如大于或等于5nm)，以避免產(chǎn)生二維電子氣于位于該柵極下方的該溝道層。
[0007]根據(jù)其它實施例，本發(fā)明所述的場效應(yīng)晶體管裝置可包括:襯底；依序配置于該襯底之上的緩沖層、溝道層及第一阻障層；配置于該第一障阻層之上的二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層，其中該二維電子氣(two-dimensionalelectron gas)控制層具有大于或等于5nm的厚度；配置于該二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層之上的第二阻障層,其中該第二阻障層具有貫穿該第二障阻層的貫孔；以及，填入該貫孔的柵極，其中該柵極通過絕緣層與該第二阻障層以及該二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層相隔。
[0008]根據(jù)某些實施例，本發(fā)明亦提供上述場效應(yīng)晶體管裝置的制造方法，包括:提供襯底；依序形成緩沖層、溝道層以及第一阻障層于該襯底之上；形成二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層于該第一障阻層之上，其中該二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層具有大于或等于5nm的厚度；形成第二阻障層于該二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層之上；對該第二阻障層進行圖形化以形成貫穿該第二障阻層的貫孔；以及，形成絶緣層以覆蓋該貫孔的側(cè)壁以及下表面，并填入柵極于該貫孔中。
[0009]為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉出優(yōu)選實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為一剖面結(jié) 構(gòu)示意圖，用以說明本發(fā)明一實施例所述的場效應(yīng)晶體管裝置。
[0011]圖2A-2F為一系列剖面結(jié)構(gòu)示意圖，用以說明圖1所示的場效應(yīng)晶體管裝置的制造方式。
[0012]圖3為圖2B所示結(jié)構(gòu)的仿真能帶分布圖(band diagram)。
[0013]圖4為圖2C所示結(jié)構(gòu)的仿真能帶分布圖(band diagram)。
[0014]圖5A及5B為剖面結(jié)構(gòu)示意圖，用以說明本發(fā)明其它實施例所述的場效應(yīng)晶體管
>J-U ρ?α裝直。
[0015]圖6、8、及10分別為場效應(yīng)晶體管裝置(I)-(III)其存取區(qū)域的能帶分布圖。
[0016]圖7、9及11分別為場效應(yīng)晶體管裝置(I)-(III)其柵極位置區(qū)的能帶分布圖。
[0017]在不同的特征中所對應(yīng)的數(shù)字和符號，除非另有注記，一般而言視為對應(yīng)部份。所繪示的特征清楚地標明了【具體實施方式】的相關(guān)形態(tài)，且其并不一定依比例繪制。
[0018]其中，附圖標記說明如下:
[0019]10場效應(yīng)晶體管裝置14襯底
[0020]16緩沖層18溝道層
[0021]20第一阻障層22 二維電子氣控制層
[0022]24第二阻障層25 二維電子氣控制層上表面
[0023]26貫孔27蓋層
[0024]28源極30漏極
[0025]32第一保護層34絶緣層[0026]36柵極38第二保護層
[0027]40源極接觸栓42漏極接觸栓
[0028]50柵極位置區(qū)60存取區(qū)域
[0029]Tl第一阻障層厚度 T2 二維電子氣控制層厚度
[0030]T3柵極位置區(qū)二維電子氣控制層厚度
【具體實施方式】
[0031]以下以各實施例詳細說明并伴隨著【專利附圖】

【附圖說明】的范例，做為本發(fā)明的參考依據(jù)。且在附圖中，實施例的形狀或是厚度可擴大，并以簡化或是方便標示。再者，圖式中各元件的部分將以分別描述說明之，值得注意的是，圖中未繪示或描述的元件，為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的形式，此外，特定的實施例僅為公開本發(fā)明使用的特定方式，其并非用以限定本發(fā)明。
[0032]本發(fā)明提供一種常關(guān)型場效應(yīng)晶體管裝置(例如一種常關(guān)型異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管)，其具有一致的閾值電壓以及高可靠性。
[0033]請參照圖1，其繪示場效應(yīng)晶體管裝置10 (例如異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管)，其包括襯底14。該襯底14可為碳化娃基板,監(jiān)寶石基板、娃基板、氣化招、氣化嫁基板、或氧化鋒基板。雖然未繪示于圖1，過渡層(transition layer)或成核層(nucleation layer)可形成于該襯底之上，以促進后續(xù)半導(dǎo)體層的形成。該成核層(nucleation layer)可與襯底具有相同的導(dǎo)電性質(zhì)。
[0034]緩沖層16、溝道層18以及第一阻障層20依序配置于該襯底14之上。該緩沖層16提供較為平整的結(jié)晶面，以利后續(xù)外延工藝，因此該緩沖層16可視需被選用來改善外延層的性質(zhì)。該緩沖層16可為單層膜層，例如為氮化鋁層；此外，該緩沖層16亦可為復(fù)合層，例如為氮化鋁鎵與氮化鋁的復(fù)合層。該溝道層18包括GaN或AlGaN。值得注意的是，該緩沖層16以及該溝道層18的厚度并無限定，可依工藝需要而加以調(diào)整。在本發(fā)明一實施例中，該緩沖層16的材質(zhì)可為A1N，且其厚度可為500nm。該溝道層18的材質(zhì)可為AlxGa(1_x)N(0≤X≤0.5)，且其厚度可為500nm。該第一阻障層20可包括具有能隙大于溝道層18的材料，以降低該溝道層18的阻抗。舉例來說，該第一阻障層20的材質(zhì)可為AlyGa(1_y)N (0.05≤y≤0.5)。值得注意的是，y大于X，以確保該第一阻障層20的能隙大于該溝道層18。該第一阻障層20的厚度Tl可介于1-1Onm,例如5nm。當?shù)谝蛔枵蠈?0的厚度Tl小于Inm時，該第一阻障層無法具有阻抗性質(zhì)，不易使該場效應(yīng)晶體管裝置10具有雙溝道構(gòu)造。另一方面，如果第一阻障層20的厚度Tl大于IOnm時，后續(xù)所形成的二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層22的厚度也必需增加，如此一來會窄化工藝容許度，并增加工藝復(fù)雜度。
[0035]二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層22形成于該第一阻障層20之上。根據(jù)本發(fā)明實施例，該二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層22可用來增加位于柵極位置區(qū)(gate-located region) 50的導(dǎo)帶(conduction band、EC)電子。因此，可使得圖1所示的場效應(yīng)晶體管裝置10成為具有雙溝道構(gòu)造的晶體管裝置。值得注意的是，為達到上述功效，該二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層22必需具有足夠的厚度，即該二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層22的厚度T2大于或等于5nm。舉例來說，該二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層22 的厚度 T2 可介于 5-1000nm,例如 5-100nm、5-200nm、5-300nm、5-400nm、或 5_500nm。當該二維電子氣控制層22的厚度T2小于5nm時，易使得位于該柵極位置區(qū)50的二維電子氣控制層22具有高二維電子氣濃度，導(dǎo)致該場效應(yīng)晶體管裝置10無法成為常關(guān)型晶體管裝置。另一方面，當該二維電子氣控制層22的厚度T2大于IOOOnm時，場效應(yīng)晶體管裝置10的溝道層18將具有相對低或接近零的二維電子氣濃度，導(dǎo)致該場效應(yīng)晶體管裝置10不具有雙溝道構(gòu)造。根據(jù)本發(fā)明實施例，該二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層的材質(zhì)可為AlzGa(1_z)N,其中z為O?0.5,且y大于z。
[0036]形成具有貫孔26的第二阻障層24于該二維電子氣(two-dimensional electrongas)控制層22之上，其中貫孔26位于該柵極位置區(qū)50內(nèi)，且柵極結(jié)構(gòu)(包括絶緣層及柵極)配置于該貫孔26內(nèi)。該第二阻障層24的厚度可視需要可加以調(diào)整，例如可介于l-100nm。根據(jù)本發(fā)明實施例，該第二阻障層24的材質(zhì)可為AlhIn(1_h)N,其中h為
0.8?I。由于該第二阻障層24具有高鋁含量，可促使位于存取區(qū)域60內(nèi)的二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層 22 的導(dǎo)帶(conduction band、EC)電子跨越費米能級(Fermi level、EF),因此可增加位于存取區(qū)域60內(nèi)的二維電子氣控制層22的二維電子氣濃度。此外，該第二阻障層24亦可進一步被堿性溶液(例如KOH水溶液)所蝕亥1J。尤其，當該二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層的材質(zhì)為GaN(即z為0)時，可利用該二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層22作為蝕刻停止層以濕蝕刻方式蝕刻位于柵極位置區(qū)50內(nèi)的第二阻障層24，來形成該貫孔26。因此，該貫孔26露出該二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層22的上表面。由于氮化鋁銦容易自發(fā)極化，使得該第二阻障層24(材質(zhì)為氮化鋁銦)可避免電子由二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層22逸散出，因此可促使該二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層22作為第二溝道(該溝道層18為第一溝道)。值得注意的是，該溝道層18具有第一二維電子氣濃度,而該二維電子氣(two-dimensionalelectron gas)控制層具有第二二維電子氣濃度,其中該第二二維電子氣濃度大于該第一二維電子氣濃度。根據(jù)本發(fā)明實施例，為確保二維電子氣產(chǎn)生于該第二阻障層24以及該第一阻障層20之間，該第二阻障層的能隙(energy gap)必需大于該溝道層的能隙(energygap) ο根據(jù)本發(fā)明實施例，AlN層(未繪示)可形成于該二維電子氣(two-dimensionalelectron gas)控制層22以及該第二阻障層24之間，以加強場效應(yīng)晶體管裝置10的電子遷移率(mobility)以及降低其片電阻。
[0037]源極28及漏極30形成于該第二阻障層24之上，其中該源極28及該漏極30彼此相隔并配置于該第二阻障層26上。此外，該源極28及該漏極30可為相同材料并在同一步驟中形成。該源極28及該漏極30的材質(zhì)并無限定，可為現(xiàn)有適合作為源極及漏極的材料。第一保護層32形成于該第二阻障層24之上并覆蓋該源極28及該漏極30。此外，該貫孔26貫穿該第二阻障層24以及該第一保護層32。該第一保護層32可為氧化物層，例如氧化硅層。絶緣層34順應(yīng)性形成于該第一保護層32之上，并覆蓋該貫孔26的側(cè)壁及下表面。柵極36 (例如肖特基電極(Schottky electrode))被填入該貫孔26中。舉例來說,該絶緣層34可為氧化招層，以降低柵極漏電流以及增加?xùn)艠O的擊穿電壓(breakdown voltage)。該柵極36的材料并無限制，可為現(xiàn)有適合作為柵極的材料。為使該晶體管裝置具有高電流，源極接觸栓40以及漏極接觸栓42分別與該源極28及該漏極30電連接。該源極接觸栓40及漏極接觸栓42可用來達到多個場效應(yīng)晶體管的并聯(lián)聯(lián)結(jié)。根據(jù)本發(fā)明實施例，該場效應(yīng)晶體管裝置10的電子遷移率(mobility)可大于800cm2/Vs。
[0038]根據(jù)本發(fā)明其它實施例，本發(fā)明亦提供上述場效應(yīng)晶體管裝置的制造方法。
[0039]首先，請參照圖2A，提供具有柵極位置區(qū)50及存取區(qū)域60的襯底14 (例如藍寶石基板)。接著，緩沖層16(例如復(fù)合層AlwGa(1_w)N/AlN，0≤w≤0.5)、溝道層18(例如GaN層)、及第一阻障層20(例如AlxGa(1_x)N層,O < X < 0.5)依序形成于該襯底之上。形成該緩沖層16、該溝道層18、及該第一阻障層20的方法可例如為有機金屬化學(xué)氣相沉積法(metal-organic chemical vapor deposition、M0CVD)。
[0040]接著，請參照圖2B, 二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層22 (例如GaN層)形成于該第一阻障層20之上,其中該二維電子氣(two-dimensional electrongas)控制層22具有大于或等于5nm的厚度，例如20nm。請參照圖3，其為圖2b所示的溝道層(GaN)/ 第一阻障層(AlxGa(h)N/AlN, (O ^ x ^ 0.5)) / 二維電子氣(two-dimensionalelectron gas)控制層(GaN))疊層結(jié)構(gòu)的能帶分布圖(band diagram)(以 ID Poisson( 一種用來計算半導(dǎo)體能帶分布的軟件)進行摸擬)。由于該二維電子氣(two-dimensionalelectron gas)控制層22具有足夠的厚度(例如大于或等于5nm),可增加位于柵極位置區(qū)50內(nèi)的導(dǎo)帶(conduction band、EC)電子的能級。當導(dǎo)帶(conduction band、EC)以及該費米能級(Fermi I eve I, EF)之間的距離大于或等于零時，不會產(chǎn)生二維電子氣濃度于該溝道層20。因此,通過該二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層22,本發(fā)明所述的場效應(yīng)晶體管可作為常關(guān)型場效應(yīng)晶體管。
[0041]接著，請參照圖2C,第二阻障層24形成于該二維電子氣(two-dimensionalelectron gas)控制層22之上。該第二阻障層24包括AlInN。在本發(fā)明一實施例中，該第二阻障層的材質(zhì)為AlhIn(1_h)N，其中h為0.8-1。由于氮化鋁銦易于自發(fā)極化，該第二阻障層24(材質(zhì)為氮化招銦)可避免電子由該二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層22逸散出去，因此可促使該二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層22作為第二溝道(該溝道層18為第一溝道)。請參照圖4，其為圖2C所示的溝道層(GaN)/第一阻障層(AlxGa(h)N/AlN, (O < x < 0.5)) / 二維電子氣(two-dimensional electrongas)控制層(GaN))/第二阻障層(AlhIn(1_h)N, 0.8≤h≤I)疊層結(jié)構(gòu)的能帶分布圖(banddiagram)(以ID Poisson ( 一種用來計算半導(dǎo)體能帶分布的軟件)進行摸擬)。由于該第二阻障層24易于自發(fā)極化,在二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層22及該溝道層18的導(dǎo)帶(conduction band、EC)電子可跨越費米能級(EF),使得在二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層22及該溝道層18產(chǎn)生二維電子氣濃度,其中在該溝道層18的二維電子氣濃度可通過該第二阻障層24來增強。因此，本發(fā)明該場效應(yīng)晶體管裝置10可具有雙溝道構(gòu)造。請參照圖1，該溝道層18具有第一二維電子氣濃度，而該二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層具有第二二維電子氣濃度,其中該第二二維電子氣濃度大于該第一二維電子氣濃度。
[0042]接著，請參照圖2D，形成源極28以及漏極30于該第二阻障層24上，其中該源極28及該漏極30可為相同材料并在同一步驟中形成。該源極28及該漏極30的材質(zhì)并無限定，可為現(xiàn)有適合作為源極及漏極的材料。接著，第一保護層32形成于該第二阻障層24之上，以覆蓋該源極28及該漏極30。[0043]接著，請參照圖2E，圖形化該第一保護層32及該第二阻障層24，以移除位于柵極位置區(qū)50的部份該第一保護層32及該第二阻障層24，形成貫孔26。
[0044]由于該第二阻障層24具有高招含量，當該二維電子氣(two-dimensionalelectron gas)控制層22的材質(zhì)為GaN時,可通過濕蝕刻(使用堿性溶液作為蝕刻液)來圖形化第二阻障層24,其中該二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層22作為蝕刻停止層。由于氮化鋁銦及氮化鎵之間的高蝕刻選擇性，可精確控制該貫孔的蝕刻深度，露出該二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層22的上表面25,且不會移除或損害該二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層22。
[0045]接著，請參照圖2F,順應(yīng)性形成絶緣層(aluminum oxide)于該第一保護層32之上并填入該貫孔26，覆蓋該貫孔的側(cè)壁及下表面。形成該絶緣層的方法可例如為原子層沉積法(Atomic Layer Deposition、ALD),以降低柵極漏電流以及增加的擊穿電壓(breakdownvoltage) 0接著，將柵極36填入該貫孔26。由于位于柵極位置區(qū)50且直接位于該柵極36之下的第二阻障層24被完全移除，因此沒有二維電子氣產(chǎn)生于位于柵極36之下的二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層中，因此所得的場效應(yīng)晶體管裝置可作為常關(guān)型場效應(yīng)晶體管裝置。
[0046]最后，形成圖形化的第二保護層38于該第一保護層36之上，以及形成源極接觸栓40及漏極接觸栓42分別與該源極28及該漏極30電接觸，獲得圖1所示的場效應(yīng)晶體管裝置10。
[0047]根據(jù)本發(fā)明實施例，在形成圖2D所示的結(jié)構(gòu)后，用來圖形化該第一保護層32以及該第二阻障層24的蝕刻步驟亦可為干蝕刻工藝,而此時該二維電子氣(two-dimensionalelectron gas)控制層的材質(zhì)可為AlzGa(1_z)N,其中z大于O并小于0.5。在干蝕刻工藝中，該二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層的作用作為蝕刻緩沖層。值得注意的是，請參照圖5A,該二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層的厚度T2必需夠厚，以使得經(jīng)該干蝕刻工藝后，位于柵極位置區(qū)50的該二維電子氣(two-dimensionalelectron gas)控制層的厚度T3 (該貫孔底部與該第一阻障層20上表面的距離)仍可大于或等于5nm。換言之，該二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層的厚度T2必需大于5nm以確保位于柵極位置區(qū)50內(nèi)的二維電子氣(two-dimensional electrongas)控制層22不會產(chǎn)生二維電子氣。因此，圖5A所示的場效應(yīng)晶體管裝置10可作為常關(guān)型場效應(yīng)晶體管裝置。根據(jù)本發(fā)明另一實施例，該場效應(yīng)晶體管裝置可進一步包括蓋層(cap layer) 27，其材質(zhì)可包括GaN，配置于該第二阻障層24之上，請參照圖5B。該蓋層(caplayer) 27不僅可避免該第二阻障層24氧化，亦可提高該第二阻障層24的能帶，降低裝置的漏電流。
[0048]請參照表1，其顯示本發(fā)明所述的場效應(yīng)晶體管裝置(I)-(III)其各層的材質(zhì)。
[0049]
【權(quán)利要求】
1.一種場效應(yīng)晶體管裝置，包括: 襯底； 依序配置于該襯底之上的緩沖層、溝道層及第一阻障層； 配置于該第一阻障層之上的二維電子氣控制層，其中該二維電子氣控制層具有大于或等于5nm的厚度； 配置于該二維電子氣控制層之上的第二阻障層，其中該第二阻障層具有貫穿該第二阻障層的貫孔；以及 填入該貫孔的柵極，其中該柵極通過絕緣層與該第二阻障層以及該二維電子氣控制層相隔。
2.如權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管裝置，更包括: 源極與漏極，其中該源極與該漏極互相分隔并配置于該第二阻障層之上。
3.如權(quán)利要求第I項所述的場效應(yīng)晶體管裝置，其中該溝道層的材質(zhì)為AlxGa(1_x)N，其中 X 為 0-0.5。
4.如權(quán)利要求3所述的場效應(yīng)晶體管裝置，其中該第一阻障層的材質(zhì)為AlyGa(1_y)N，其中y為0.05-0.5，且y大于X。
5.如權(quán)利要求4所述的場效應(yīng)晶體管裝置，其中該二維電子氣控制層的材質(zhì)為AlzGa(1_z)N，其中 z 為 0-0.5，且 y 大于 z。
6.如權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管裝置，其中該第二阻障層包括AlInN。
7.如權(quán)利要求6所述的場效應(yīng)晶體管裝置，其中該第二阻障層的材質(zhì)為AlhIn(1_h)N，其中 h 為 0.8-1。
8.如權(quán)利要求7所述的場效應(yīng)晶體管裝置，其中該貫孔露出該二維電子氣控制層的上表面。
9.如權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管裝置，更包括配置于該第二阻障層之上的蓋層。
10.如權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管裝置，其中該貫孔貫穿該第二阻障層以及部份的該二維電子氣控制層，且該貫孔與該二維電子氣下表面之間的最短距離大于或等于5nm。
11.如權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管裝置，其中該溝道層具有第一二維電子氣濃度、且該二維電子氣控制層具有第二二維電子氣濃度，其中該第二二維電子氣濃度大于該第一二維電子氣濃度。
12.如權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管裝置，其中該場效應(yīng)晶體管裝置為常關(guān)型場效應(yīng)晶體管裝置。
13.如權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管裝置，其中該第二阻障層具有大于該溝道層的能隙。
14.如權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管裝置，其中該場效應(yīng)晶體管裝置具有大于800cm2/Vs的遷移率。
15.如權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管裝置，更包括: 配置于該二維電子氣控制層以及該第二阻障層之間的AlN層。
16.一種場效應(yīng)晶體管裝置的制造方法，包括: 提供襯底； 依序形成緩沖層、溝道層及第一阻障層于該襯底之上；形成二維電子氣控制層于該第一障阻層之上，其中該二維電子氣控制層具有大于或等于5nm的厚度； 形成第二阻障層于該二維電子氣控制層之上； 對該第二阻障層進行圖形化以形成貫穿該第二阻障層的貫孔；以及形成絶緣層以覆蓋該貫孔的側(cè)壁以及下表面，并填入柵極于該貫孔中。
17.如權(quán)利要求16所述的場效應(yīng)晶體管裝置的制造方法，其中對該第二阻障層進行圖形化的方式包括干蝕刻。
18.如權(quán)利要求16所述的場效應(yīng)晶體管裝置的制造方法，其中該貫孔貫穿該第二阻障層以及部份該二維電子氣控制層，且該貫孔的底部與該二維電子氣控制層的下表面之間的最短距離大于或等于5nm。
19.如權(quán)利要求16所述的場效應(yīng)晶體管裝置的制造方法，其中對該第二阻障層進行圖形化的方式包括濕蝕刻。
20.一種場效應(yīng)晶體管裝置，包括: 襯底； 配置于該襯底之上的溝道層； 配置于該溝道層之上的第一阻障層，該第一阻障層的能隙大于該溝道層的能隙； 配置于該第一障阻層之上的二維電子氣控制層； 配置于該二維電子氣控制`層之上的第二阻障層，且該第二阻障層具有貫穿該第二阻障層的貫孔，其中該第二阻障層包括AlInN ；以及 填入該貫孔中的柵極，其中該二維電子氣(two-dimensional electron gas)控制層具有一厚度以避免位于該柵極下方的該溝道層產(chǎn)生二維電子氣。
【文檔編號】H01L21/335GK103633132SQ201310346611
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年8月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月9日
【發(fā)明者】綦振瀛, 林惠鈴, 李庚諺, 陳世鵬 申請人:中央大學(xué), 臺達電子工業(yè)股份有限公司