[發明專利]一種復合鈍化層柵場板GaN HEMT元胞結構及器件

有效

• 申請號: 201710356749.3
• 申請日: 2017-05-19
• 公開（公告）號: CN107170800B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發明（設計）人: 袁俊;楊永江;倪煒江;張敬偉;李明山;牛喜平;胡羽中
• 申請（專利權）人: 北京華進創威電子有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/40;H01L29/778
• 代理公司: 北京中創陽光知識產權代理有限責任公司 11003
• 代理人: 張永革

本發明公開了一種復合鈍化層柵場板GaN?HEMT器件元胞結構，制作該器件的半導體材料為GaN外延片或單晶片，襯底可以是Si，SiC或者藍寶石等，器件表面在柵和漏之間的鈍化層為復合鈍化層，如圖1所示，在柵場板底下的鈍化層淀積或生長的是Low?K的介質，而柵場板之外的部分為High?K介質層。其中，High?K鈍化層有助于提高器件的耐壓和保持較低的表面漏電，而柵場板結構下的Low?K介質層降低了器件場板引起的寄生電容，有助于提升器件的頻率特性。

技術領域

本發明涉及一種新型復合鈍化層柵場板GaN?HEMT器件元胞結構，屬于H01L?27/00類半導體器件技術領域。

背景技術

GaN?HEMT器件具有的高頻、高功率密度以及高工作溫度的優點使其成為微波大功率器件以及電力電子器件發展的新方向。基于新型材料GaN研發的功率器件及其功率放大器被廣泛地應用于軍事、民用商業以及消費等領域，特別是對于即將在2020年實現商用的5G技術而言，GaN功放管必將占據重要地位。在軍事領域，毫米波和微波功率放大器應用于雷達、通信以及智能武器系統之中，而在商業領域中，主要將功率放大器用于高速率的通信系統之中以及汽車防撞雷達等。AlGaN/GaN?HEMT良好的高頻高功率性能使其在微波功率放大器和高溫數字電路領域頗具競爭力。AlGaN/GaN異質結由于較強的自發極化和壓電極化，在AlGaN/GaN界面處存在高濃度的二維電子氣。與Si基及GaAs基器件相比，AlGaN/GaNHEMT輸出功率密度表現出了一個量級的提高。然而，由于表面電子陷阱的存在，未鈍化的AlGaN/GaN?HEMT器件常表現出嚴重的電流崩塌現象，輸出性能大幅下降；同時由于表面漏電的存在，柵漏耐壓的提升也受到制約。研究表明，通過對器件表面進行鈍化可以有效抑制電流崩塌效應，而采用場板結構可以提高器件耐壓。2004年U.K.Mishra團隊報道了具有柵場板結構的AlGaN/GaNHEMT微波功率器件，研究者認為柵場板結構不僅能在硅器件中那樣提升器件耐壓能力，還能顯著降低陷阱效應，其原理可參閱文獻Y.F.Wu,A.Saxler,M.Moore,etal.30-W/mm?GaN?HEMTs?by?Field?Plate?Optimization[J].IEEE?Electron?DeviceLetters.但是，采用場板結構會引入寄生電容，嚴重影響器件的頻率特性，制約器件在高頻高壓條件下工作的可靠性。采用低K值材料的鈍化層可以減小場板寄生電容，但低K材料的耐壓能力較差。這使得采用場板結構設計時對于鈍化材料的選擇在頻率特性和耐壓間構成了矛盾。

發明內容

本發明的目的在于克服上述已有技術的缺點，提供一種優化的復合鈍化層和場板結構設計，兼顧器件的頻率特性和耐壓能力。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

一種復合鈍化層柵場板GaN?HEMT器件元胞結構，制作該器件的半導體材料為GaN外延片或單晶片，襯底是Si，SiC或者藍寶石，器件表面在柵和漏之間的鈍化層為復合鈍化層，在柵場板底下的鈍化層為Low-K介質層，而柵場板之外的鈍化層部分為High-K介質層。

進一步，所述源S和漏D歐姆接觸金屬為Ti/Al/Ni/Au合金或?Ti/Al/Ti/Au合金或Ti/Al/Mo/Au合金。

進一步，所述柵極及柵場板金屬為Ni/Au合金或Pt/Au合金或?Pd/Au合金。

進一步，所述High-K介質層為單層或者多層復合結構。

進一步，所述High-K介質層的材料是SiO2、SiNx、Al2O3、AlN、?HfO2、MgO、Sc2O3、Ga2O3、AlHFOx、HFSiON等材料中的一種或任意幾種。

進一步，所述High-K介質層的厚度在10nm～5000nm之間；通過等離子體增強化學氣相沉積或原子層沉積或物理氣相沉積或者磁控濺鍍，在器件接觸界面上沉積形成。

進一步，所述Low-kLow-K介質層為單層或者多層復合結構。