[發(fā)明專利]具有襯底內(nèi)復(fù)合介質(zhì)層結(jié)構(gòu)的氮化鎵異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710033229.9
• 申請(qǐng)日: 2017-01-18
• 公開（公告）號(hào): CN106783993B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜江鋒;蔣知廣;白智元;于奇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/772
• 分類號(hào): H01L29/772;H01L29/06
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

本發(fā)明公開了一種具有襯底內(nèi)復(fù)合介質(zhì)層結(jié)構(gòu)的氮化鎵異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管，涉及微電子領(lǐng)域。本發(fā)明基于現(xiàn)有典型氮化鎵基異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)，在其背部襯底內(nèi)設(shè)置由高介電常數(shù)介質(zhì)區(qū)域和低介電常數(shù)介質(zhì)區(qū)域構(gòu)成的復(fù)合基質(zhì)層，通過合理控制高介電常數(shù)介質(zhì)區(qū)域和低介電常數(shù)介質(zhì)區(qū)域形成復(fù)合交界面的參數(shù)以改善柵極和漏極之間二維電子氣溝道電場(chǎng)分布的均勻性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提高器件耐壓能力；本發(fā)明還能夠克服現(xiàn)有技術(shù)采用表面場(chǎng)板結(jié)構(gòu)限制器件的高頻應(yīng)用及開關(guān)特性的不足，減小了芯片面積與成本；同時(shí)，本發(fā)明所采用的復(fù)合介質(zhì)層為電絕緣介質(zhì)材料，能夠有效地降低襯底與歐姆接觸之間的泄露電流，從而進(jìn)一步提高器件的擊穿電壓，以保證器件的安全性和穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微電子領(lǐng)域，尤其涉及一種具有襯底內(nèi)復(fù)合介質(zhì)層結(jié)構(gòu)的氮化鎵異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管。

背景技術(shù)

氮化鎵基異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管(GaN HFET)不但具有禁帶寬度大、臨界擊穿電場(chǎng)高、電子飽和速度高、導(dǎo)熱性能好、抗輻射和良好的化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)異特性，同時(shí)氮化鎵材料可以與氮化鎵鋁(AlGaN)等材料形成具有高濃度和高遷移率的二維電子氣異質(zhì)結(jié)溝道，因此特別適用于高壓、大功率和高溫應(yīng)用，是電力電子應(yīng)用最具潛力的晶體管之一。

現(xiàn)有技術(shù)典型的氮化鎵基異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管(GaN HFET)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括襯底，氮化鎵(GaN)緩沖層，氮化鎵(GaN)溝道層，鋁鎵氮(AlGaN)勢(shì)壘層以及在鋁鎵氮(AlGaN)勢(shì)壘層上形成的源極、漏極和柵極，其中：源極和漏極與鋁鎵氮(AlGaN)勢(shì)壘層形成歐姆接觸，柵極與鋁鎵氮(AlGaN)勢(shì)壘層形成肖特基接觸。對(duì)于普通氮化鎵基異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管(GaN HFET)而言，當(dāng)器件承受耐壓時(shí)，由于柵極和漏極之間溝道二維電子氣不能夠完全耗盡，使得溝道電場(chǎng)主要集中在柵極邊緣，導(dǎo)致器件在較低的漏極電壓下便被擊穿。故而，如何能夠有效提高溝道電場(chǎng)分布的均勻性，進(jìn)而提高器件的擊穿電壓，使得器件工作于高壓環(huán)境下成為研究中所要解決的技術(shù)問題。此外，由于襯底低的擊穿電場(chǎng)與禁帶寬度，可能導(dǎo)致歐姆接觸與襯底之間的泄漏電流增大，使得器件無法正常工作。因此，降低器件的泄露電流同樣亟待解決。

現(xiàn)有技術(shù)通常采用表面場(chǎng)板結(jié)構(gòu)對(duì)電場(chǎng)分布進(jìn)行改善，比如D.Visalli發(fā)表的《Limitations of Field Plate Effect Due to the Silicon Substrate in AlGaN/GaN/AlGaN DHFETs》(《AlGaN/GaN/AlGaN雙異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管中硅襯底造成的場(chǎng)板效應(yīng)的局限性》)。基于場(chǎng)板結(jié)構(gòu)能夠有效耗盡二維電子氣，進(jìn)而擴(kuò)展柵極與漏極之間的耗盡區(qū)域，從而使得柵極與漏極之間的電場(chǎng)分布更加均勻，以此達(dá)到提高擊穿電壓的目的，最終解決溝道電場(chǎng)主要集中在柵極漏邊緣的問題。然而，場(chǎng)板結(jié)構(gòu)不僅無法完全耗盡柵極與漏極之間的溝道二維電子氣，而且并不能克服器件存在泄漏電流的不足，這樣使得氮化鎵材料的耐壓優(yōu)勢(shì)不能充分發(fā)揮；此外，場(chǎng)板結(jié)構(gòu)會(huì)引入額外的柵源或柵漏電容，限制了器件在高頻領(lǐng)域的使用。

現(xiàn)有技術(shù)通常采用襯底去除技術(shù)來降低器件歐姆接觸與襯底之間的泄漏電流，從而避免器件的提前擊穿。Nicolas等人采用了硅襯底去除技術(shù)，將柵漏間距為15μm的氮化鎵基異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管(GaN HFET)的擊穿電壓從750V提高到1900V。然而，采用襯底去除技術(shù)會(huì)使得器件熱學(xué)特性下降，基于自熱效應(yīng)引起的遷移率降低導(dǎo)致跨導(dǎo)與飽和電流下降，導(dǎo)通電阻也隨之增大。

綜上所述，亟需一種具有高耐壓、高可靠性的氮化鎵基異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上文所述，為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種具有襯底內(nèi)復(fù)合介質(zhì)層結(jié)構(gòu)的氮化鎵異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管，耐壓效果良好。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：