[發明專利]凹柵槽的AlGaN/GaN HEMT多層場板器件及其制作方法

無效

• 申請號: 200710064863.5
• 申請日: 2007-03-28
• 公開（公告）號: CN101276837A
• 公開（公告）日: 2008-10-01
• 發明（設計）人: 劉果果;劉新宇;鄭英奎
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/335
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及半導體材料中微波功率器件技術領域，尤其涉及一種凹柵槽的鋁鎵氮/氮化鎵高電子遷移率場效應管(AlGaN/GaN?HEMT)多層場板器件及其制作方法。

背景技術

氮化鎵(GaN)作為第三代寬禁帶半導體材料，以其禁帶寬度大(3.4eV)、擊穿電壓高(3.3MV/cm)、二維電子氣濃度高(＞10¹³cm²)、飽和電子速度大(2.8×10⁷cm/s)等特性在國際上受到廣泛關注。

目前，AlGaN/GaN?HEMT器件的高頻、高壓、高溫以及大功率特性使之在微波功率器件方面有著巨大的前景。

對于常規的AlGaN/GaN?HEMT器件，通常的工藝步驟如圖1所示，圖1為目前制作常規AlGaN/GaN?HEMT器件的方法流程圖，該方法具體包括以下步驟：

步驟101：光學光刻，形成對準標記，蒸發標記金屬；

步驟102：光學光刻源漏圖形，并蒸發源漏金屬；

步驟103：退火，使源漏金屬與襯底材料形成良好的歐姆接觸；

步驟104：有源區隔離；

步驟105：光學光刻制作柵線條；

步驟106：蒸發柵金屬；

步驟107：金屬布線；

步驟108：制作空氣橋；

步驟109：測試分析。

但是，AlGaN/GaN?HEMT微波功率器件中仍有很多問題沒有解決，關鍵的兩個問題是電流崩塌效應和過大的柵反向漏電，這不僅會導致擊穿電壓降低、跨導、截止頻率和最大頻率的降低；同時，由于引入了很大的噪聲，會帶來大的功率損耗以及效率的降低，影響器件的可靠性。

研究發現，這兩個現象都和AlGaN的表面態有直接的關系。為了降低表面陷阱效應以達到抑制電流崩塌的作用，SiN被采用做為介質膜對器件進行鈍化工藝處理。

鈍化工藝的采用有效地抑制了電流崩塌效應，增大了器件微波功率輸出的能力。但是，鈍化工藝的采用同時也減小了器件的擊穿電壓。如何折衷處理電流崩塌與擊穿電壓的關系是使得AlGaN/GaN?HEMT器件應用在高頻高壓大功率領域的重要課題。

為此，引入了柵連接場板的工藝。柵連接場板的引入起到了調制柵-漏間的表面態陷阱的作用，以起到抑制電流崩塌的作用；同時，場板的引入，使得柵-漏間的電場得到重新分布。未做場板前，柵-漏間電場強度最大點位于柵金屬邊緣，而柵-漏間的場板使得電場強度最大值區域向漏端擴張，峰值降低，大大提高了器件的擊穿電壓。但是，柵連接場板的加入增加了柵漏間的電容，同時也增加了耗盡區的長度，導致了增益的下降。

為了解決增益下降的問題，有以下兩種改善措施：一種是，源連接場板的工藝的引進，在這種結構中，場板和溝道間的電容是漏-源電容，可以被輸出匹配網絡吸收，而柵場板場板結構帶來的Miller反饋電容也不存在了，因此有效地同時提高了器件的輸出功率和增益；另外一種則是凹柵槽工藝的引進，對柵圖形部分的AlGaN外延層進行適當的刻蝕，減小AlGaN外延層的厚度，也可以有效地提高器件的增益。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明的一個目的在于提供一種凹柵槽的AlGaN/GaNHEMT多層場板器件，以提高AlGaN/GaN?HEMT器件的擊穿特性，并在提高器件增益的同時，有效抑制AlGaN/GaN?HEMT器件的電流崩塌現象。

本發明的另一個目的在于提供一種制作凹柵槽的AlGaN/GaN?HEMT多層場板器件的方法，以提高AlGaN/GaN?HEMT器件的擊穿特性，并在提高器件增益的同時，有效抑制AlGaN/GaN?HEMT器件的電流崩塌現象。

(二)技術方案

為達到上述一個目的，本發明提供了一種凹柵槽的AlGaN/GaN?HEMT多層場板器件，該器件包括：

柵極，位于柵極兩側的源極和漏極；所述柵極、源極和漏極位于襯底材料頂層鋁鎵氮AlGaN外延層上；

在形成了柵極、源極和漏極的器件表面淀積的SiN介質膜；

在所述SiN介質膜上蒸發柵連接場板的圖形；

在蒸發了柵連接場板的圖形的器件表面二次淀積的SiN介質膜；

在二次淀積的SiN介質膜上蒸發源連接場板的圖形。

優選地，所述源極、漏極分別與AlGaN外延層之間通過退火合金形成歐姆接觸；所述柵極是通過在形成源極、漏極歐姆接觸的AlGaN外延層上光刻柵圖形，并對柵圖形部分的AlGaN外延層進行刻蝕，然后蒸發柵金屬形成的。