根据35 U.S.C.119(e)，该非临时申请要求2016年12月30日提交的美国 临时专利申请No.62/440,771(TI-76803P)的权益和优先权，该申请通过引用整 体并入本文。
背景技术：
诸如高电子迁移率晶体管(HEMT)的高压晶体管在高电压和快速开关操作 中具有广泛的工业应用。氮化镓(GaN)晶体管是一种HEMT器件，其能够承 受高的漏-源电压(例如大于100V)并提供快速的开关速度。通常，GaN晶体 管包括漏极区域、源极区域、沟道区域以及位于沟道区域上方的栅极结构。对 于高速开关，GaN晶体管还可以包括在栅极结构上方的场板。场板的放置可能 影响栅极结构的设计，这进而在GaN晶体管的性能和尺寸之间提供了若干折衷。
技术实现要素：
本公开提供了一种解决方案来增强一个或多个HEMT器件的性能，而不显 著增加其尺寸。所公开的解决方案同时减小了栅极结构的电阻和与HEMT器件 的场板相关联的寄生电容，同时避免了额外的布线。例如，在一种实施方式中， HEMT器件包括从源极导板(runner)层和/或源极接触层延伸的场板。该场板 可以与栅极导板层共面和/或在栅极导板层下面。栅极导板层被栅极桥排布 (route)远离栅极金属层正上方的区域，使得场板可以在栅极金属层正上方延 伸而不受栅极导板层的干扰。在与源极导板层或源极接触层共面的情况下，场 板靠近沟道区域定位，这有助于减小其寄生电容。通过使金属栅极层和场板竖 直地交叠，所公开的HEMT器件可以实现显著的尺寸效率，而无需额外的布线。
附图说明
图1示出了根据本公开的一个方面的晶体管器件的顶部布局图。
图2示出了根据本公开的一个方面的晶体管器件沿x-z平面的第一横截面 图。
图3示出了根据本公开的一个方面的晶体管器件沿另一个x-z平面的第二 横截面图。
图4示出了根据本公开的一个方面的晶体管器件沿y-z平面的横截面图。
图5示出了根据本公开的一个方面的第二晶体管器件沿x-z平面的第一横 截面图。
图6示出了根据本公开的一个方面的第二晶体管器件沿另一个x-z平面的 第二横截面图。
图7示出了根据本公开的一个方面的第三晶体管器件沿x-z平面的横截面 图。
在各个附图中相似的附图标记表示相似的元件。在附图和下面的描述中阐 述了本公开的一个或多个实施方式的细节。附图不是按比例绘制的，而仅仅被 提供用于图示说明本公开。阐述了具体细节、关系和方法以提供对本公开的理 解。通过说明书和附图以及权利要求，其它特征和优点可以是显而易见的。
具体实施方式
图1示出了根据本公开的一个方面的晶体管器件100的顶部布局图。晶体 管器件100可以是在单个半导体管芯上制造的独立分立器件。可替代地，晶体 管器件100可以并入到在单个集成电路管芯上制造的一个或多个电路。如图1 所示的晶体管器件100可以在标记的组件的上方和下方包括附加层。但是为了 清楚地说明其中标记的组件，这些附加层在图1中未示出。
晶体管器件100包括下部金属层(参见例如图2中的结构130)，该下部金 属层包括源极接触层132和漏极接触层136。源极接触层132包括多个源极触点， 所述多个源极触点建立与晶体管器件100的源极区域(例如，图2中的结构122) 的欧姆接触。漏极接触层136包括多个漏极触点，所述多个漏极触点建立与晶 体管器件100的漏极区域(例如，图2中的结构126)的欧姆接触。晶体管器件 100还包括栅极金属层(或简称为“栅极层”)134，该栅极金属层134包括多个 栅极指状物，所述多个栅极指状物被连接以形成内插在多个漏极触点和多个源 极触点之间的蛇形结构。在一种配置中，栅极层134被定位成与靠近漏极接触 层136的漏极触点相比更靠近源极接触层132的源极触点。在沟道区域(例如， 图2中的结构124)上方，(栅极层134的)多个栅极指状物沿着维度y平行地 共同延伸。如本文所公开，维度y可以由沟道区域的沟道宽度方向来指代。栅 极层134还包括一个或多个栅极桥135，每个栅极桥135都被定位成远离沟道区 域并且横跨源极接触层132的源极触点。栅极桥135从栅极层134的两个相邻 栅极指状物延伸，并由此连接这两个相邻栅极指状物以形成梯状结构。例如， 在一种实施方式中，栅极桥135可以以25μm至50μm范围内的间隔连接栅极 层134的两个相邻栅极指状物。
在下部金属层上方，晶体管器件100包括中间金属层(参见例如图2中的 结构140)，该中间金属层包括源极导板层102、栅极导板层104和漏极导板层 106。源极导板层102包括多个源极导板指状物，并且漏极导板层106包括与源 极导板指状物交错的多个漏极导板指状物。这样一来，源极导板层102和漏极 导板层106沿着维度y平行地共同延伸。栅极导板层104包括多个栅极导板指 状物，每个栅极导板指状物内插在来自源极导板层102的两个相邻源极指状物 之间。栅极导板层104的栅极导板指状物沿着方向y共同延伸，并且因此与源 极导板层102的源极导板指状物平行。栅极导板层104还包括沿着沟道区域的 维度x的栅极导板桥103。如本文所公开，维度x可以由沟道区域的沟道长度方 向来指代(参见例如图2中的结构124)。栅极导板桥103被构造和定位成与下 面的栅极桥135形成欧姆接触。尽管栅极导板层104的栅极导板指状物被定位 成远离栅极层134的栅极指状物并且因此不与之竖直地交叠；栅极导板层104 经由栅极导板桥103和栅极桥135耦合到栅极层134。
在中间金属层上方，晶体管器件100包括上部金属层(参见例如图7中的 结构160)。该上部金属层包括源极端子导体101和漏极端子导体105。源极端 子导体101沿着维度x延伸，并且它被连接到源极导板层102的源极指状物。 类似地，漏极端子导体105沿着维度x延伸，并且它被连接到漏极导板层106 的漏极指状物。通常，维度x偏离于维度y。例如，在一种配置中，维度x可以 垂直于维度y。并且在该特定配置中，源极端子导体101垂直于源极导板层102 的源极指状物，而漏极端子导体105垂直于漏极导板层106的漏极指状物。
为了快速切换，晶体管器件100包括一个或多个源极场板(SFP)，并且任 选地包括一个或多个辅助源极场板(ASFP)。当SFP朝向沟道区域延伸时，ASFP 远离沟道区域延伸。在源极接触层132在栅极层134上方的竖直距离(例如，1 μm)以下的一个示例配置中，SFP和ASFP可以经由源极导板层102从源极接 触层132间接地延伸。在与源极导板层102共面的情况下，SFP和ASP位于源 极接触层132上方，并且它们可以具有比源极接触层132更低的电阻率。图2 至图4示出了该示例配置的各种横截面图。在源极接触层132在栅极层134上 方的竖直距离(例如，1μm)以上的另一示例配置中，SFP和ASFP可以从源极 接触层132直接延伸。在与源极接触层132共面的情况下，SFP和ASFP位于栅 极导板层104的下方，并且它们具有比栅极导板层104更高的电阻率。图5至 图6示出了该示例配置的横截面图。
图2示出了根据本公开的一个方面的晶体管器件100沿着x-z平面的第一 截面图。如本文所公开，维度z可以用包含晶体管器件100的半导体管芯的器 件厚度来指代。因此，晶体管器件100包括沿着维度z的多个层和沿着由维度y 和维度x定义的平面(“x-y平面”)的多个布局区域。更具体地，晶体管器件100 包括半导体衬底110和位于该半导体衬底上的电介质层114。沿着维度z，半导 体衬底110可以包括第一半导体层111和第二半导体层112。第一半导体层111 可以是第一氮化镓(GaN)层，该第一氮化镓层包含第一GaN材料。第二半导 体层112可以是第二GaN层，该第二GaN层包含诸如氮化铝镓(AlGaN)的第 二GaN材料。沿着x-y平面和半导体层110的顶表面113，晶体管器件100包括 源极区域122、漏极区域126和沟道区域124。沟道区域124具有分别位于源极 区域122和漏极区域126之间的第一端和第二端。
在半导体衬底110上方并且在电介质层114内，晶体管器件100包括第一 金属层130。第一金属层130包含导电材料，使得第一金属层130可以用作接触 层以便与半导体衬底110的各个区域建立欧姆接触。在一种实施方式中，第一 金属层130可以包括合金层和位于合金层上的界面层。例如，在一种实施方式 中，合金层包含钛(Ti)、铝(Al)和铜(Cu)，而界面层包含氮化物材料，诸 如氮化钛(TiN)。第一金属层130可以用于形成源极接触层132和漏极接触层 136。源极接触层132与源极区域122进行欧姆接触，而漏极接触层136与漏极 区域126进行欧姆接触。
晶体管器件100包括接触沟道区域124的栅极金属层134。栅极金属层134 位于源极接触层132和漏极接触层136之间。在一种实施方式中，栅极金属层 134被定位成与靠近漏极接触层136相比更靠近源极接触层132。栅极电介质层 125围绕栅极金属层134，并且因此它屏蔽栅极金属层134免受源极接触层132 和漏极接触层136的影响。例如，在一种实施方式中，栅极电介质层125可以 包含氮化物材料，诸如氮化硅。晶体管器件100包括横向于栅极金属层134并 在栅极金属层134上方延伸的一对栅极场板134a。栅极场板134a通过栅极电介 质层125与沟道区域124绝缘。栅极金属层134和栅极场板134a各自包括势垒 金属层和在势垒金属层上的界面层。在一种实施方式中，栅极金属层134可以 包含银(Au)和/或铂(Pt)，因为这些材料提供低栅极电阻(Rgate)。然而，银 和铂是昂贵的且相对较厚，其在制造过程中可能会出现应力问题和集成问题。 为了减小栅极结构的厚度，栅极金属结构123可以包含具有稍高的电阻但相对 于制造应力相对有弹性的材料。例如，栅极金属层134的势垒金属层可以包含 钛钨(TiW)材料，而栅极金属层134的界面层可以包含氮化钛(TiN)材料。
通常，低栅极电阻(Rgate)改善晶体管器件100的开关速度。减小栅极电 阻的一种方式是减小每个栅极指状物的长度(如图1所示和所述)并增加栅极 指状物的数量。这种栅极电阻减小方案也涉及用于源极指状物和漏极指状物的 类似的重新配置。结果，附加布线可能需要附加区域，这将增加晶体管器件100 的尺寸。
减小栅极电阻的另一种方式是施加一层具有比下面的金属层(例如130和 123)更低的电阻率的导板金属层。例如，在一种实施方式中，晶体管器件100 包括栅极导板层104以减小由栅极金属层134贡献的整体栅极电阻(Rgate)。栅 极导板层104是第二金属层140的一部分，其具有比栅极金属层134和第一金 属层130更低的电阻率。例如，在一种实施方式中，第二金属层104可以包含 铝(Al)材料。例如，在另一种实施方式中，第二金属层140可以包含铅(Pb) 材料。
除了栅极导板层104之外，第二金属层104还包含源极导板层102和漏极 导板层106。与栅极导板层104一样，源极导板层102和漏极导板层106各自用 于分别减小源极接触层132和漏极接触层136的整体电阻。更具体地，源极导 板层102和漏极导板层106各自以预定的间隔与相应的源极接触层132和相应 的漏极接触层136进行欧姆接触。如图2至图4中所示的源极导板层102、栅极 导板层104和漏极导板层106之间的空间和结构关系与图1的说明和描述一致。 此外，如图2所示，源极导板层102、栅极导板层104和漏极导板层106沿着 x-y平面实质上共面。例如，这些导板层102、104和106在相同的工艺步骤期 间形成，使得它们沿相同的工艺平面水平对齐，并且具有由于它们各自下面的 层的工艺变化引入的轻微位移。
为了高速开关，晶体管器件100包括将要定位在沟道区域124附近的场板。 在场板耦合到源极区域122的情况下，栅极-漏极寄生电容(Cgd)和栅极-栅极 寄生电容(Cgg)可以被最小化。因此，晶体管器件100可以采用源极场板配置。 为了允许将源极场板定位在沟道区域124附近，可以使用第一金属层130和/或 第二金属层140来形成源极场板。在如图2至图4所示的配置中，其中源极接 触层132在栅极层134上方的竖直距离(例如1μm)以下，晶体管器件100包 括从源极接触层132间接延伸的源极场板(SFP)108和辅助源极场板(ASFP) 109。更具体地，SFP 108可以直接从源极导板层102延伸，该源极导板层102 与源极接触层132耦合并从源极接触层132延伸。在从源极导板层102分叉的 情况下，SFP 108沿着沟道区域124的维度x并且在栅极金属层134上方延伸。
因为SFP 108从源极导板层102延伸，所以SFP 108具有与源极导板层102 相同的电阻率，该电阻率通常低于栅极金属层134和第一金属层130(例如，接 触层102和106)的电阻率。此外，SFP 108与源极导板层102、栅极导板层104 和漏极导板层106实质上共面。例如，SFP 108和导板层102、104和106在相 同的工艺步骤期间形成，使得它们沿相同的工艺平面水平对齐，并且具有由于 它们各自下面的层的工艺变化引入的轻微移位。沿着维度z，SFP 108位于栅极 金属层134和第一金属层130上方。此外，SFP 108通过绝缘层与栅极金属层134、 栅极场板134a和栅极导板层104分离，该绝缘层可以是电介质层114。除了ASFP 109沿着与SFP 108相反的方向延伸之外，ASFP 109与SFP 108共享相似的几何 特性。更具体地，ASFP 109远离沟道区域延伸，而SFP 108延伸至至少部分覆 盖沟道区域124。
为了避免短路或以其它方式干扰SFP 108，栅极导板层104被排布成远离栅 极金属层(或简称为“栅极层”)130正上方的区域。虚线结构133和135是这 种布线配置的一部分，该部分不存在于如图2所示的沿x-z平面的横截面图中。 相反，虚线结构133和135存在于沿着与图2所示的x-z平面平行的另一个x-z 平面的另一个横截面中。例如，图3示出了晶体管器件100的沿着x-z平面的第 二横截面图。栅极导板层104被排布在位于两个相邻源极导板层102之间的区 域的正上方。为了便于该布线配置，晶体管器件100包括沿着维度x从栅极层 134延伸的栅极桥135。在与栅极场板134a共面的情况下，栅极桥135通过栅 极电介质层125与顶表面113绝缘。
栅极桥135横穿源极接触层132的两个相邻源极触点之间的空间，其中两 个相邻源极触点在维度y上对齐。源极接触层132以虚线轮廓示出，因为它不 存在于如图3所示的沿着x-z平面的横截面中。因此，栅极桥135在源极导板层 102下方延伸，但不接触源极接触层132。并且由于如此定位，源极接触层132 的源极触点沿着维度x内插在栅极层134与栅极导板层104之间。
栅极桥135提供栅极导板层104与栅极层134之间的电耦合。当沿着比栅 极导板层104更低的金属层定位时，栅极桥135和栅极层134共用公共金属层， 该公共金属层具有比栅极导板层104更高的电阻率。为了减小该电耦合的电阻， 晶体管器件100可以包括栅极导板层104中的栅极导板桥103。栅极导板桥103 使栅极触点133变宽以便增大栅极导板层104与栅极桥135之间的接触面积。 在一种实施方式中，栅极触点133可以包含与第二金属层140相同的材料。在 另一种实施方式中，栅极触点133可以包括第一层和在第一层的顶部上的第二 层。栅极触点133的第一层包含与第一金属层130相同的材料，而栅极触点133 的第二层包含与第二金属层140相同的材料。
图4示出了晶体管器件100沿着与如图2和3所示的x-z平面垂直的y-z平 面的横截面图。栅极导板层104与源极导板层102和SFP 108(以及ASFP 109) 沿着维度y共同延伸，如果是沟道区域124的话，维度y可以被称为沟道宽度 维度。栅极导板层104位于源极接触层132的两个相邻源极触点上方和之间， 这两个相邻的源极触点用虚线轮廓示出，因为它们不存在于如图4所示的y-z 平面中。
借助于将栅极导板层104排布成远离栅极层134正上方的区域，SFP 108 可以被放置在与沟道区域124相距较近的距离(例如，小于5μm)处。由于几 个原因，SFP 108的低放置是有利的。首先，该低放置允许SFP 108与源极导板 层102并排形成，这减小了晶体管器件100的竖直尺寸。其次，SFP 108的低放 置有助于降低工艺复杂度。第三，与更远离沟道区域124的更高放置的场板(例 如，第二金属层140上方的金属层)相比，SFP 108的低放置使其效率最大化。
虽然图2至图4示出了SFP 108直接从源极导板层102延伸，但是另一个 SFP可以直接从源极接触层132延伸，其中源极接触层132在栅极层134上方 的竖直距离(例如，1μm)以上。如图5至图6所示，例如，晶体管器件200 可以包括从源极接触层132直接延伸的源极场板(SFP)208和辅助源极场板 (ASFP)209。在与源极接触层132共面的情况下，SFP 208和ASFP 209位于 第二金属层140下方，并且它们通常具有比第二金属层140(诸如栅极导板层 104)更高的电阻率。
图5示出了如图2所示的沿着第一x-z平面的相同横截面，但是参考晶体 管器件200而不是晶体管器件100。类似地，图6示出了如图3所示的沿着第二 x-z平面的相同横截面，但是参考晶体管器件200而不是晶体管器件100。晶体 管器件200与晶体管器件100的相似之处在于这两个器件包括具有图2至图4 和图5至图6的相同附图标记的组件。因此，关于这些组件，晶体管器件200 具有与晶体管器件100相同的结构特性和功能特性。例如，晶体管器件200包 括与晶体管器件100中的相同的栅极桥135和相同的栅极导板层104。关于晶体 管器件200，栅极导板层104的排布和由此实现的优点与晶体管器件100中的实 质上相同。
源极接触层132与栅极层134之间的较大距离允许SFP 208被定位成比SFP 108更靠近沟道区域124。这是因为栅极桥135可以与SFP的一部分竖直地交叠， 而没有栅极金属层134与源极接触层132之间的交叉耦合的显著风险。因此， 第一金属层130可以用于形成SFP 208和ASFP 209。例如，在一种实施方式中， SFP 208和ASFP 209从源极接触层132延伸。在从源极接触层132分叉的情况 下，SFP 208和ASFP 209沿沟道区域124的维度x延伸。虽然SFP 208在栅极 金属层134上方延伸，但ASFP 209延伸远离栅极金属层134。
因为SFP 208从源极接触层132延伸，所以SFP 208具有与源极接触层132 相同的电阻率，该电阻率通常高于第二金属层140(诸如栅极导板层104)的电 阻率。此外，SFP 208与源极接触层132和漏极接触层136实质上共面。例如， SFP 208与接触层132和136在相同的工艺步骤期间形成，使得它们沿相同的工 艺平面水平对齐，并具有由于它们相应的下面的层的工艺变化引入的轻微移位。 沿着维度z，SFP 208位于栅极金属层134和第二金属层140之间，诸如源极导 板层102和栅极导板层104。此外，SFP 208通过可以是电介质层114的绝缘层 与栅极金属层134、栅极场板134a和栅极导板层104分离。ASFP 209与SFP 208 共享相似的几何特性，不同之处在于ASFP 209沿着与SFP 208相反的方向延伸。 更具体地，ASFP 109延伸远离沟道区域124，而SFP 108延伸以至少部分地覆 盖沟道区域124。
借助于远离栅极层134正上方的区域排布栅极导板层104，SFP 208可以被 放置在与沟道区域124相距相对近的距离(例如，小于5μm)处。并且通过从 源极接触层132而不是源极导板层102直接延伸，SFP 208被放置得比晶体管器 件100的SFP 108更靠近沟道区域124。SFP 208的低放置出于多个原因是有利 的。首先，低放置允许SFP 108与源极接触层132并排形成，这减小了晶体管器 件100的竖直尺寸。其次，SFP 108的低放置有助于降低工艺复杂度。第三，与 具有更远离沟道区域124的更高放置的场板(例如，第一金属层130上方的金 属层)相比，SFP 108的低放置使其效率最大化。
虽然源极场板的效率可能随着其相距沟道区域124的距离而降低，但具有 相距沟道区域124更大距离的附加源极场板可以补充SFP 108和SFP 208。例如 参考图7，晶体管器件300可以包括第二源极场板202以补充SFP 108和SFP 208。 图7示出了如图2和5所示的沿着第一x-z平面的相同横截面，但是参考晶体管 器件300而不是晶体管器件100和200。晶体管器件300类似于晶体管器件100 和200之处在于这些器件包括具有相同附图标记的组件。因此，关于这些组件， 晶体管器件300具有与晶体管器件100和200相同的结构特性和功能特性。例 如，晶体管器件300包含了SFP 108和SFP 208二者以及ASFP 109和ASPF 209。 在一种实施方式中，SFP 208可以比SFP 108朝向漏极区域126延伸更远。因此， SFP 208可以比SFP 108更长。此外，为了远离栅极层134正上方的区域排布栅 极导板层104，晶体管器件300包含栅极桥135，该栅极桥135具有与图2至图 6中所示和所述相同的配置。
第二源极场板202是在第一金属层130和第二金属层140上方的第三金属 层160的一部分。通常，第三金属层160具有比第一金属层130和第二金属层 140更低的电阻率。例如，第三金属层160可以包含铜(Cu)材料。除了第二源 极场板202之外，第三金属层160还可以包括源极端子导体101和漏极端子导 体105。第二源极场板202沿着维度y与源极导板层102共同延伸。此外，第二 源极场板202远离源极导板层102和源极接触层122延伸并且沿着维度x延伸 得比源极场板108更远。
根据本公开，术语“被配置为”旨在描述一个或多个有形的非暂态组件的 结构和功能特性。例如，术语“被配置为”可以被理解为具有被设计为或专用 于执行特定功能的特定配置。在该理解中，如果这种器件包括能够被启用、激 活或供电以执行该特定功能的有形的非暂时性组件，则该器件“被配置为”执 行某个功能。尽管术语“被配置为”可包含可配置的概念，但是该术语不应限 于这样的狭义定义。因此，当用于描述器件时，术语“被配置为”不要求所描 述的器件在任何给定的时间点是可配置的。
此外，术语“示例性”在本文中用于意指用作示例、实例、说明等等，而 不一定是有利的。此外，虽然已经关于一个或多个实施方式示出和描述了本公 开，但是通过阅读和理解本说明书和附图，等同的替代和修改将是显而易见的。 本公开包括所有这些修改和变化，并且仅由所附权利要求的范围来限制。特别 是关于由上述组件(例如，元件、资源等)执行的各种功能，除非另有说明， 否则用于描述这些组件的术语旨在对应于执行所述组件的特定功能的任何组件 (例如功能上等同的)，尽管在结构上不等同于所公开的结构。另外，虽然本公 开的特定特征可能已经关于几个实施方式中的仅仅一个被公开，但是这种特征 可以与如对于任何给定的或特定的应用是可以期望和有利的其它实施方式的一 个或多个其它特征组合。
虽然本说明书包含许多细节，但这些细节不应被解释为对可要求保护的范 围的限制，而应被解释为可特定于特定实施例的特征的描述。在本说明书中在 单独实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。相反， 在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中分开或以任何 合适的子组合来实现。此外，虽然特征可能在上面描述为以某些组合起作用并 且甚至最初要求如此，但是来自所要求保护的组合的一个或多个特征可以在一 些情况下从该组合中删除，并且所要求保护的组合可能涉及子组合或子组合变 体。
类似地，尽管在附图中以特定的顺序描述了一些操作，但是这不应该被理 解为要求以所示出的特定顺序或按顺序执行这种操作，或者要执行所有示出的 操作以实现期望的结果，除非在一个或多个权利要求中指明了这种顺序。在某 些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，上述实施例中的各种系统 组件的分离不应理解为在所有实施例中都需要这种分离。