[發明專利]增強型GaN高電子遷移率晶體管器件及其制備方法

有效

• 申請號: 201080015388.2
• 申請日: 2010-04-07
• 公開（公告）號: CN102388441A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 亞力山大·利道;羅伯特·比奇;阿蘭娜·納卡塔;曹建軍;趙廣元
• 申請（專利權）人: 宜普電源轉換公司
• 主分類號: H01L21/335
• 分類號: H01L21/335
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 臧建明

技術領域

本發明涉及增強型氮化鎵(GaN)高電子遷移率晶體管(HEMT)器件。具體的，本發明涉及一種用于提供增強型HEMT器件的方法和設備。

背景技術

對于功率半導體器件而言，對氮化鎵(GaN)半導體器件存在著日益增長的需求，原因在于氮化鎵(GaN)半導體器件具有承載大電流并支持高電壓的能力。這些器件的研發通常旨在高功率/高頻率應用。為這些應用類型而制造的器件基于表現出高電子遷移率的常規器件結構，且這些器件被稱為異質結場效應晶體管(HFET)、高電子遷移率晶體管(HEMT)或調制摻雜場效應晶體管(MODFET)等各種名稱。

GaN?HEMT器件包括具有至少兩個氮化物層的氮化物半導體。形成于該半導體或緩沖層上的不同材料導致這些層具有不同的帶隙。在相鄰氮化物層中的不同材料還導致極化，這有助于在兩層接合處附近，尤其在具有較窄帶隙的層中形成導電二維電子氣(2DEG)區。

導致極化的這些氮化物層通常包括鄰近GaN層的AlGaN阻擋層以便包括2DEG，其允許電荷流經動通過器件。該阻擋層可以是摻雜或無摻雜的。由于在零柵偏壓下，在柵極下方存在2DEG區，所以大多數氮化物器件是常開型或耗盡型器件。如果在施加零柵偏壓時在柵極下方的2DEG區被耗盡，也就是被移除，那么該器件可以是增強型器件。增強型器件是常關型，并且因為它們提供的附加安全性以及它們更易于由簡單、低成本的激勵電路來控制，因而符合需要。為了傳導電流，增強型器件需要在柵極施加正偏壓。

在傳統的增強型GaN晶體管中，通過利用單獨的光掩模來限定柵極金屬以及p-型GaN材料或p-型AlGaN材料。例如，圖1(現有技術)示出柵極金屬與柵極pGaN用兩種不同的光掩模進行處理。圖1示出傳統的增強型GaN晶體管器件100，其包括可為藍寶石或硅的襯底101、過渡層102、非摻雜的GaN材料103、非摻雜的AlGaN材料104、源極歐姆接觸金屬109、漏極歐姆接觸金屬110、p-型AlGaN材料或p-型GaN材料105、高度摻雜的p-型GaN材料106以及柵極金屬111。

如圖1中所示，柵極金屬、p-型GaN或p-型AlGaN材料由兩個單獨的光掩模限定。第一掩模用于通過使硬掩模圖案化以及使p-型GaN選擇性地生長或通過使p-型GaN圖案化并被蝕刻來形成p-型GaN或p-型AlGaN。第二掩模用于通過使柵極金屬圖案化并剝離柵極金屬或通過使柵極金屬圖案化并被蝕刻來形成柵極金屬。兩次掩模工藝導致比光/蝕刻最小CD更寬的柵極長度。這導致高柵極電荷、更寬的單元間距以及更高的Rdson(“導通電阻”)。傳統的制造方法還增加生產成本。另一缺陷是最高的電場位于朝向漏極歐姆接觸金屬的p-型GaN材料或p-型AlGaN材料的柵極拐角處。該高電場導致高柵極泄漏電流和高柵極可靠性危險。

發明內容

希望提供一種具有自對準柵極的增強型GaN晶體管結構，其可避免現有技術的上述缺陷。還希望提供一種減小p-型GaN或AlGaN的柵極拐角處的高電場的特征。

附圖說明

圖1是傳統的增強型GaN晶體管的橫斷面視圖。

圖2示出根據在此描述的本發明第一實施例形成的增強型GaN?HEMT器件。

圖3A-3E示意性示出根據本發明第一實施例的增強型GaN?HEMT器件的形成。

圖4示出根據本發明第二實施例形成的增強型GaN?HEMT器件。

圖5A-5E示意性示出根據本發明第二實施例的增強型GaN?HEMT器件的形成。

圖6示出根據本發明第三實施例形成的增強型GaN?HEMT器件。

圖7A-7F示意性示出根據本發明第三實施例的增強型GaN?HEMT器件的形成。

圖8示出根據本發明第四實施例形成的增強型GaN?HEMT器件。

圖9示出根據本發明第五實施例形成的增強型GaN?HEMT器件。

圖10示出根據本發明第六實施例形成的增強型GaN?HEMT器件。

圖11示出根據本發明第七實施例形成的增強型GaN?HEMT器件。

圖12示出根據本發明第八實施例形成的增強型GaN?HEMT器件。

具體實施方式

在下述詳細說明中，參照某些實施例進行描述。對這些實施例進行足夠詳細地描述以便使得本領域的那些技術人員能夠實施這些實施例。應該理解可采用其它實施例，并且可進行各種結構、邏輯以及電氣改變。