[發(fā)明專(zhuān)利]具有高熱穩(wěn)定性的AlGaN/GaN HEMT制造法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310099827.8
• 申請(qǐng)日: 2013-03-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103219239A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任春江;陳堂勝
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01L21/335
• 分類(lèi)號(hào): H01L21/335;H01L21/338
• 代理公司: 南京君陶專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 32215
• 代理人: 沈根水

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種適合鋁鎵氮化合物/氮化鎵高電子遷移率晶體管的具有高熱穩(wěn)定性的AlGaN/GaN?HEMT制造方法。

背景技術(shù)

鋁鎵氮化合物/氮化鎵高電子遷移率晶體管作為第三代寬禁帶化合物半導(dǎo)體器件具有輸出功率大、工作頻率高、耐高溫等特點(diǎn)，適合毫米波及以下各個(gè)頻段的大功率應(yīng)用,這使得其成為近年來(lái)半導(dǎo)體微波功率器件研究的熱點(diǎn)。輸出功率方面，目前公開(kāi)的小尺寸AlGaN/GaN?HEMT的輸出功率密度可達(dá)30W/mm以上（Wu?et?al.?IEEE?Electron?Device?Lett.，Vol.25，No.3，pp.117-119，2004.），大尺寸器件單芯片連續(xù)波輸出功率也已達(dá)到了100W以上（Nagy?et?al.?IEEE?MTT-S?International?Microwave?Symposium?Digest，pp.483-486,2005.），脈沖功率輸出甚至達(dá)到了368W（Therrien?et?al.?IEEE?IEDM?Tech.?Digest，pp.568-?571,2005.）；工作頻率方面，目前公開(kāi)的AlGaN/GaN?HEMT微波功率器件工作頻率達(dá)到了3mm頻段（M.?Micovic?et?al.,?IEEE?IMS?Symp.?Dig.,pp.237-239，2006.）；耐高溫特性方面，目前公開(kāi)的AlGaN/GaN?HEMT微波功率器件工作結(jié)溫最高可達(dá)225℃（Donald?A.?Gajewski?et?al.,26th?Annual?JEDEC?ROCS?Workshop，pp.141-145，2011），遠(yuǎn)高于現(xiàn)有基于Si的BJT和LDMOS器件，也遠(yuǎn)高于GaAs?pHEMT和HFET等器件。

AlGaN/GaN?HEMT器件的耐高溫特性方面，一方面得益于于材料本身的耐高溫特性，GaN材料的德拜溫度高達(dá)700℃以上，遠(yuǎn)高于Si和GaAs材料，從而保證了器件在較高的溫度下具有較低的背景載流子濃度，使得器件具有更高的可工作溫度。當(dāng)然僅僅具有良好的材料特性還是不夠的，另外還需要器件中柵電極的熱穩(wěn)定性來(lái)保障，即在高溫工作時(shí)，器件柵電極還能形成對(duì)溝道中載流子的有效控制。

目前AlGaN/GaN?HEMT的柵電極形式主要有肖特基柵電極和金屬-絕緣體-半導(dǎo)體（MIS）結(jié)構(gòu)柵電極兩種形式。肖特基柵電極形式中，柵電極金屬與AlGaN/GaN?HEMT器件的半導(dǎo)體層直接接觸，金屬與半導(dǎo)體形成肖特基整流接觸，通過(guò)施加不同的柵壓在柵電極上形成對(duì)器件溝道中載流子濃度的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)器件的工作。AlGaN/GaN?HEMT器件肖特基柵結(jié)構(gòu)中，作為與器件半導(dǎo)體層形成肖特基整流接觸的金屬層目前最常用的是金屬Ni，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明Ni與AlGaN/GaN?HEMT器件形成的肖特基接觸在400℃以下具有很好的熱穩(wěn)定性，但是當(dāng)溫度超過(guò)400℃時(shí)，由于Ni金屬與AlGaN/GaN?HEMT器件半導(dǎo)體層的反應(yīng)或者是其他因素可引起肖特基勢(shì)壘特性的退化，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致器件失效。

AlGaN/GaN?HEMT器件柵電極的另外一種結(jié)構(gòu)即金屬-絕緣體-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，器件柵金屬電極下通過(guò)引入具有高擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度的絕緣層制成絕緣柵AlGaN/GaN?HEMT，這樣做的好處是柵金屬與半導(dǎo)體不直接接觸，不存在金屬與半導(dǎo)體在高溫下發(fā)生反應(yīng)的危險(xiǎn)。絕緣柵AlGaN/GaN?HEMT中的絕緣層可由多種形式的材料擔(dān)當(dāng)，如Khan等人（Khan?et?al.?Appl.?Phys.?Letters，Vol.77，p.1339，2000）公開(kāi)了絕緣層為SiO₂的絕緣柵AlGaN/GaN?HEMT，其中SiO₂絕緣層采用PECVD淀積方法得到；Hu等人（Hu?et?al.?Appl.?Phys.?Letters，Vol.79，p.2832，2000）則公開(kāi)了絕緣層為氮化硅（SiN）的絕緣柵AlGaN/GaN?HEMT，其中SiN絕緣層采用PECVD淀積方法得到；Ye等人（Ye?et?al.?Appl.?Phys.?Letters，Vol.86，p.2832，2005）公開(kāi)了絕緣層為采用原子層淀積技術(shù)制作的三氧化二鋁（Al₂O₃）的絕緣柵AlGaN/GaN?HEMT。