本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置的領(lǐng)域。特別地，本發(fā)明涉及晶體管的形成，包括增強(qiáng)型氮化鎵晶體管的形成。

背景技術(shù)：
半導(dǎo)體裝置使用半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性。這些半導(dǎo)體材料可包括，例如，硅(Si)或含硅材料，鍺，或包括氮化鎵(GaN)的材料。特別地，氮化鎵(GaN)半導(dǎo)體裝置由于其承載大電流及支持高電壓的能力而日益廣泛地被使用于功率半導(dǎo)體裝置。這些裝置的發(fā)展一般而言已將目標(biāo)放在高功率/高頻率應(yīng)用。針對這些類型的應(yīng)用所制成的裝置是基于顯現(xiàn)高電子遷移率的一般性裝置結(jié)構(gòu)，并且被稱為異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管(HFET)，高電子遷移率晶體管(HEMT)，或調(diào)質(zhì)摻雜場效應(yīng)晶體管(MODFET)等不同名稱。這些類型的裝置通?？赡褪芨唠妷海?00伏特，同時在高頻率下作業(yè)，例如0.1-100GHz。氮化鎵高電子遷移率晶體管裝置的一個例子包括具有至少兩個氮化物層的氮化物半導(dǎo)體。在所述半導(dǎo)體或緩沖層上形成的不同材料致使這些層具有不同的能帶間隙。位于相鄰氮化物層中的不同材料還引起極化，有助于所述兩個層的結(jié)附近的傳導(dǎo)性二維電子氣體(2DEG)區(qū)域，特別是在具有較窄能帶間隙的層中。在GaN半導(dǎo)體裝置中，引起極化的所述氮化物層通常包括與氮化鎵層相鄰的氮化鎵鋁阻擋層，以包括所述二維電子氣體，容許電荷流動通過所述裝置。此阻擋層可摻雜或是未摻雜。由于在零柵極偏壓時所述二維電子氣體區(qū)域存在于柵極下方，所以大部分氮化物裝置為常通型，或是耗盡型裝置。如果在零施加?xùn)艠O偏壓時所述二維電子氣體區(qū)域在柵極下方被耗盡，也就是去除，則所述裝置可為增強(qiáng)型裝置。增強(qiáng)型裝置為常斷型，因?yàn)槠涮峁└郊拥陌踩?，它們是理想的。增?qiáng)型裝置需要在所述柵極處施加正偏壓以便傳導(dǎo) 電流。GaN半導(dǎo)體裝置的實(shí)例可見于共同受讓的美國專利申請公開第2010/0258912及2010/0258843號中。圖1顯示具有自行對準(zhǔn)柵極結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)型GaN晶體管裝置100的一個例子的橫截面視圖。共同受讓的美國專利申請公開第2010/0258843號公開了一種用于形成這樣一個裝置的制程。在圖1中，裝置100包括基板101，基板101可為藍(lán)寶石、碳化硅(SiC)或硅，過渡層102，未摻雜的GaN材料103，未摻雜的氮化鎵鋁阻擋材料104，漏極歐姆電接觸金屬110，源極歐姆電接觸金屬111，形成在摻雜的外延?xùn)艠O113中的摻雜的p型氮化鎵鋁或p型GaN層，以及柵極金屬112，柵極金屬112形成在摻雜的外延?xùn)艠O113上。電介質(zhì)材料層105，諸如氮化硅，覆蓋阻擋材料104，以致所述電介質(zhì)材料的一部分114覆蓋柵極113。在針對裝置100的所述柵極結(jié)構(gòu)的形成期間，所述頂部p型氮化鎵鋁或GaN層可以用摻雜劑諸如鎂(Mg)植入、擴(kuò)散或成長，接著在所述摻雜的GaN的頂部沉積金屬層，例如，由氮化鈦(TiN)構(gòu)成的?？墒褂霉馕⒂拔g刻法界定所需的柵極的邊界，以及接著根據(jù)所需的邊界蝕刻所述金屬層。所述蝕刻的金屬柵極材料接著可用作蝕刻掩膜以產(chǎn)生包括柵極金屬112及摻雜的外延?xùn)艠O113的自行對準(zhǔn)柵極結(jié)構(gòu)，摻雜的外延?xùn)艠O113包括由柵極金屬112所界定的側(cè)壁120。圖1中所示的結(jié)構(gòu)的不良的特性在于，當(dāng)去除用于所述柵極的部分的外部的摻雜鎂的外延GaN材料時，需要極為敏感的蝕刻以避免干擾下面的阻擋層。傳統(tǒng)晶體管的另一個不良的特性在于電流會從摻雜的外延?xùn)艠O113的側(cè)壁120向下流動。進(jìn)一步地，盡管減小摻雜的外延?xùn)艠O113的厚度能夠產(chǎn)生更為所需的裝置跨導(dǎo)，但也會增加沿著柵極側(cè)壁120的泄漏電流。如此會降低效率及增加功率損失，特別是在與硅晶體管比較時。再者，氮化硅材料105與側(cè)壁120之間的界面易于破裂。如此對能夠施加至所述柵極而不致破壞所述裝置的最大電壓造成限制。因此，對于GaN及其他晶體管裝置而言獲得改良式柵極結(jié)構(gòu)以及構(gòu)成這些柵極結(jié)構(gòu)的方法是所需的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
以下敘述的具體實(shí)施例通過提供具有減少的柵極泄漏電流的柵極結(jié)構(gòu)解決上述問題以及其他問題。所描述的柵極結(jié)構(gòu)包括在每一側(cè)由非植入的柵極材料所環(huán)繞的柵極材料的離子植入部分。所述柵極結(jié)構(gòu)，例如，可通過在氮化鎵鋁阻擋層上形成GaN材料層以及植入所述GaN層的一部分而形成，以產(chǎn)生由所述GaN層橫向環(huán)繞的所述柵極結(jié)構(gòu)。附圖說明圖1顯示已知的增強(qiáng)型GaN晶體管裝置的橫截面視圖。圖2顯示根據(jù)本發(fā)明第一具體實(shí)施例所形成的晶體管裝置的橫截面視圖。圖3顯示根據(jù)在此說明的具體實(shí)施例的晶體管裝置在其形成的第一接合處的橫截面視圖。圖4顯示根據(jù)在此說明的具體實(shí)施例的晶體管裝置在其形成的第二接合處的橫截面視圖。圖5顯示根據(jù)在此說明的具體實(shí)施例的晶體管裝置在其形成的第三接合處的橫截面視圖。圖6顯示根據(jù)在此說明的另一具體實(shí)施例的晶體管裝置的橫截面視圖。圖7顯示根據(jù)在此說明的具體實(shí)施例的晶體管裝置在第四接合處的橫截面視圖。圖8顯示根據(jù)在此說明的另一具體實(shí)施例的晶體管裝置的橫截面視圖。具體實(shí)施方式在以下詳細(xì)的說明中，參考特定的具體實(shí)施例。這些具體實(shí)施例經(jīng)充分詳細(xì)地加以說明，使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`這些具體實(shí)施例。應(yīng)了解的是可使用其他具體實(shí)施例并可做不同的結(jié)構(gòu)、邏輯及電氣方面的改變。盡管在此說明的具體實(shí)施例包括GaN半導(dǎo)體裝置，但應(yīng)了解的是本發(fā)明并不限制于GaN半導(dǎo)體裝置。例如，這些說明的具體實(shí)施例可適用于使用不同的傳導(dǎo)材料的半導(dǎo)體裝置及其他裝置，諸如，例如Si或SiC半導(dǎo)體裝置，鍺材料半導(dǎo)體裝置，僅列舉一些作為代表。這些說明的概念也同樣地適用于絕緣層上覆硅(SOI)裝置。此外，這些說明的概念也同樣地適用于增強(qiáng)型及耗 盡型裝置。此外，為了清晰性，在此包含的概念參考單一晶體管裝置加以說明。然而，應(yīng)了解的是在此說明的概念同樣地適用于包括多個裝置的結(jié)構(gòu)，諸如在單一晶圓上包括多個裝置的結(jié)構(gòu)(也就是，集成電路)。圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的第一具體實(shí)施例所形成的晶體管裝置200的橫截面視圖。裝置200包括基板201，過渡層202，緩沖層203及阻擋層204?；?01可由，例如，硅(Si)、碳化硅(SiC)、藍(lán)寶石或其他材料構(gòu)成。過渡層202可為一或多個過渡層并可由氮化鋁(AlN)和/或氮化鎵鋁(AlGaN)構(gòu)成，并且其厚度可約為0.1至約1.0微米。緩沖層203可由未摻雜的GaN材料構(gòu)成，并且典型地厚度約為0.5至約3微米。阻擋層204可由AlGaN構(gòu)成，其中Al與Ga的比例約為0.1至約1，厚度約為0.01至約0.03微米。裝置200還包括柵極層230，形成在阻擋層204上方(也就是，位于其頂部)。柵極層230可由GaN或是任何其他適合的柵極材料構(gòu)成。柵極213形成在柵極層230內(nèi)的所需位置處，并界定在側(cè)邊220處。應(yīng)了解的是，由于柵極213是由柵極層230的一部分所形成，柵極213實(shí)際上不包括“側(cè)壁”，與傳統(tǒng)設(shè)計中的柵極不同。柵極213可由柵極層230(例如，GaN)的一部分所構(gòu)成，在此處所述材料已適當(dāng)?shù)匾噪x子植入，諸如鎂(Mg)、鐵(Fe)、釩(V)、鉻(Cr)，或碳(C)。柵極213較佳地為p型材料。柵極金屬212位于柵極213上方(也就是，位于其頂部)。柵極金屬212可由，例如，氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、鈀(Pd)、鎢(W)、硅化鎢(WSi2)、鎳(Ni)、和/或金(Au)構(gòu)成。裝置200還包括電介質(zhì)材料205，諸如氮化硅，形成在柵極材料230上方，以致所述電介質(zhì)材料的至少一部分214覆蓋柵極213及柵極金屬212。裝置200還包括漏極210與源極211區(qū)域上面的歐姆電接觸金屬。所述歐姆電接觸金屬可由Ti和/或Al構(gòu)成，并還可包括諸如Ni及Au的覆蓋金屬。由于柵極213實(shí)際上不包括橫向側(cè)壁，所以在柵極213的側(cè)壁處的電流泄漏減少，超越傳統(tǒng)設(shè)計。此外，與柵極會從周圍SiN分離的傳統(tǒng)設(shè)計比較，柵極213從相鄰材料230破裂或分離的可能性較低。再者，如以下進(jìn)一步地說明，裝置200不需傳統(tǒng)設(shè)計中使用的高度敏感柵極蝕刻即可形成，并且不對制造裝置增加附加的掩膜步驟或是對完成的產(chǎn)品增加實(shí)質(zhì)上大量的步驟。圖3-7顯示晶體管裝置諸如裝置200(圖2)或是其他說明的具體實(shí)施例，在所述裝置的形成期間在多個接合處的橫截面視圖。如圖3所示，提供基板201、過渡層202、緩沖層203、及阻擋層204。盡管為了解釋的目的顯示這些層，但應(yīng)了解的是在此說明的概念還能夠應(yīng)用在由其他化合物半導(dǎo)體形成的裝置，諸如GaAs、InGaN、AlGaN及其他。此外，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員這些說明的概念能夠應(yīng)用在單晶體或是其他的外延晶體管。柵極層230形成在阻擋層204上方(即，位于其頂部)。柵極層230可由GaN或是任何其他適合的柵極材料構(gòu)成。柵極層230形成的厚度可等同于柵極213所需的厚度(圖2)，例如，在約至約的范圍中。如圖4所示，電介質(zhì)材料205，諸如氮化硅，接著沉積在柵極材料230上方。在電介質(zhì)材料205中形成開口240至柵極213所需的表面積(圖2)，露出柵極材料230的一部分。如圖5所示，所述裝置接著暴露于離子植入并且，可選擇地，活化。植入可包括通過p型雜質(zhì)的離子光束植入，所述離子包括Mg、Fe、V、Cr或C離子，或是其他類型的離子，以產(chǎn)生所需的柵極摻雜?；罨砂ㄗ屗鲅b置經(jīng)受退火(諸如快速熱退火或“RTA”)，以活化植入的雜質(zhì)?？蛇x擇地，可形成附加的電介質(zhì)保護(hù)層-諸如氮化硅層-并接著將其去除以活化?？蛇x擇地，可在所述制程中的另一時刻完成此活化步驟。由于離子植入，植入柵極213a形成在柵極材料230的暴露部分中。如圖5所示，離子植入可在大體上與形成的層201-205的表面垂直的角度下執(zhí)行。如此導(dǎo)致柵極具有大體上垂直的側(cè)面220a。在圖6中所示的另一具體實(shí)施例中，離子植入可在大體上與形成的層201-205的表面不垂直的角度下執(zhí)行。如此導(dǎo)致柵極213b具有側(cè)面213b，側(cè)面213b延伸超越位于電介質(zhì)層205中的孔洞240(圖4)。所述植入的柵極的外形因而能夠延伸超越柵極金屬212(圖2)，進(jìn)一步減少從所述柵極金屬的角落進(jìn)入柵極材料230的未植入?yún)^(qū)域的泄露。如圖7所示，在柵極213的植入之后(可包括圖5中所示柵極213a或圖6中所示柵極213b的結(jié)構(gòu))，柵極金屬212接著可形成在柵極213上方。可將柵極金屬層沉積在裝置200(圖2)的表面的一部分，整個表面，或整個晶圓。位于電介質(zhì)層205（其為用于界定柵極213的相同層）中的開口240(圖4)用于界定柵極金屬212。因此，柵極金屬212將自行對準(zhǔn)至活性柵極區(qū)域，省去附加的制造步驟和/或成本并也降低所述電介質(zhì)層與所述源極和/或漏極電接觸210、211(圖2)之間不期望的部分重疊。此部分重疊為不期望的，因?yàn)樗鼤?dǎo)致不需要的電容，所述不需要的電容會使裝置作業(yè)變慢并增加裝置的整體功率損失。在形成柵極金屬212之后，晶體管裝置200(圖2)可通過本領(lǐng)域公知的制程及技術(shù)而完成。例如，電介質(zhì)材料的附加量214，諸如SiN，可形成在至少該裝置中柵極金屬212所處的部分上面，為所述裝置提供隔離。歐姆電接觸金屬也可經(jīng)沉積以形成漏極歐姆電接觸210及源極歐姆電接觸211。源極歐姆電接觸210可位于柵極213上方，如圖2所示，并作為場板以減少最接近漏極歐姆電接觸210的柵極213的角落處的電場。根據(jù)圖3-7形成的裝置具有所需的減少柵極泄漏電流及較高的柵極擊穿電壓的特性，并且不需在傳統(tǒng)制程中所使用的敏感性柵極蝕刻以去除環(huán)繞所需的柵極表面積的柵極材料。所述柵極金屬的自行對準(zhǔn)沉積并未對制造過程增加掩膜步驟或是對晶體管增加實(shí)質(zhì)的尺寸。圖8顯示晶體管裝置的可選具體實(shí)施例的形成的橫截面視圖。如圖8所示，基板201、過渡層202、緩沖層203、阻擋層204、柵極層230、電介質(zhì)材料205及柵極213如上述在圖3-6中說明地形成。在形成柵極213之后，諸如SiN的絕緣材料層可形成在所述裝置的表面上(諸如通過共形沉積)，然后接著加以去除(諸如通過蝕刻)。此無掩膜自行對準(zhǔn)沉積及去除制程在絕緣材料205中留有沿著開口240(圖4)的垂直側(cè)壁余留的絕緣材料241薄層。由此制程所形成的剩余物241通常視為間隔件。柵極金屬212于是可由柵極213的邊緣嵌入而形成。此結(jié)構(gòu)進(jìn)一步地減少電流泄漏。以上說明及附圖僅視為達(dá)到在此敘述的特性及優(yōu)點(diǎn)的特定具體實(shí)施例的說明。能夠?qū)μ囟ㄖ瞥虠l件作修改與替換。因此，本發(fā)明的具體實(shí)施例并不視為由之前的說明及附圖加以限定。