[發明專利]具有柵極隔離物的增強型GaN高電子遷移率晶體管器件及其制備方法

有效

• 申請號: 201310057366.8
• 申請日: 2013-02-22
• 公開（公告）號: CN103296078B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 亞歷山大·利道;羅伯特·比奇;阿蘭娜·納卡塔;曹建軍;趙廣元;羅伯特·斯特里特馬特;劉芳昌
• 申請（專利權）人: 宜普電源轉換公司
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/40;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)器件的領域。具體地，本發明涉及用于提供具有柵極隔離物的增強型HEMT器件的方法和裝置。

背景技術

氮化鎵(GaN)半導體器件用作功率半導體器件日益受到歡迎，原因在于氮化鎵(GaN)半導體器件具有承載大電流和支持高電壓的能力。這些器件的開發通常旨在高功率/高頻率應用。針對這類應用而制造的器件是基于表現出高電子遷移率的常規器件結構，且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)等多種名稱。

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，這有助于在這兩層接合處附近，尤其在具有較窄帶隙的層中形成導電二維電子氣(2DEG)區。

導致極化的氮化物層通常包括與GaN層相鄰的AlGaN阻擋層以便包括上述2DEG，其允許電荷流過該器件。該阻擋層可以是摻雜或無摻雜的。由于所述2DEG區在零柵偏壓下，存在于柵極下方，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，即被移除，則該器件可以是增強型器件。增強型器件是常關型，并且由于它們提供的附加安全性以及由于它們更易于由簡單、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。

在常規的增強型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)示出了用兩種不同的光掩模處理柵極金屬與柵極pGaN。圖1示例說明了常規的增強型GaN晶體管器件100，其包括可為藍寶石或硅的襯底101、多個過渡層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并使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。所述兩個掩模工藝導致比光/蝕刻最小CD更寬的柵極長度。這導致高的柵極電荷、更寬的單元間距和更高的Rdson(“導通電阻”)。常規的制造方法還會增加生產成本。另一個缺陷在于，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。這種高電場導致高的柵極泄漏電流和高的柵極可靠性危險。

希望提供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。還希望提供減小p-型GaN或AlGaN的柵極拐角處的高電場的特征。

發明內容

本說明書公開的實施方案涉及具有自對準的柵極隔離物、柵極金屬材料和柵極化合物的增強型GaN晶體管，及其制備方法。利用單一光掩模對這些材料進行圖案化和進行蝕刻，這樣可降低生產成本。所述柵極隔離物和所述柵極化合物的界面比介電膜和所述柵極化合物的界面具有更低的泄漏，從而降低柵極泄漏。此外，使用歐姆接觸金屬層作為場板(field?plate)來減小朝向漏極觸點的摻雜的III-V柵極化合物拐角處的電場，這導致減小的柵極泄漏電流和改進的柵極可靠性。

附圖說明

圖1顯示常規增強型GaN晶體管的橫截面視圖。

圖2顯示具有根據此處描述的本發明第一個實施方案形成的柵極隔離物的增強型GaN?HEMT器件。

圖3A-3H示意顯示根據本發明第一實施方案的增強型GaN?HEMT器件的形成。

圖4顯示具有根據本發明第二實施方案形成的柵極隔離物的增強型GaN?HEMT器件。

圖5A-5G示意顯示根據本發明第二實施方案的增強型GaN?HEMT器件的形成。

圖6顯示具有根據本發明第三實施方案形成的柵極隔離物的增強型GaN?HEMT器件。

圖7A-7H示意顯示根據本發明第三實施方案的增強型GaN?HEMT器件的形成。

圖8顯示具有根據本發明第四實施方案形成的柵極隔離物的增強型GaN?HEMT器件。

圖9A-9G示意顯示根據本發明第四實施方案的增強型GaN?HEMT器件的形成。