[發明專利]一種帶有階梯場板和階梯鈍化層的晶體管

在審

• 申請號: 201710711147.5
• 申請日: 2017-08-18
• 公開（公告）號: CN107591439A
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 唐武;童武林
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/40;H01L29/47;H01L29/778
• 代理公司: 電子科技大學專利中心51203
• 代理人: 閆樹平

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，具體涉及到一種帶有階梯場板和階梯鈍化層的AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管。

背景技術

氮化鎵(GaN)二十世紀末開始有了重要發展，是一種具有諸多優良特性的半導體材料；氮化鎵是第三代半導體(寬禁帶半導體)，具有禁帶寬度大、高電子遷移率、高臨界擊穿電場和高電子飽和速度等特性。GaN基的半導體器件具有耐高溫、高壓和抗輻照等特點，GaN電子器件以AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管為主；AlGaN/GaN異質結界面因極化效應形成的二維電子氣(2DEG)具有很高的遷移率和電子面密度，再加之GaN的高臨界擊穿電場，因此AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管在高頻大功率方面廣泛應用。

為實現大的輸出功率，提升器件耐壓性能和可靠性尤為迫切，但AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管因電場集中現象而提前擊穿；當其漏極加較高電壓時，電力線會集中于柵邊緣形成很高的電場峰，溝道電場的非均勻分布使得器件在較低漏極電壓時發生擊穿，嚴重影響了器件的大功率應用。針對這一問題，一些研究者在柵邊緣加入場板以提升耐壓，但是在發揮GaN材料的高臨界擊穿電場特性方面仍有很大空間，對器件耐壓的改善和調控十分有限。器件表面加入鈍化層可以有效隔絕外界雜質影響，同時還起到減少器件的表面態，有利于提高器件可靠性。

現有的AlGaN/GaN晶體管通過在勢壘層上方外延制作一層厚度均勻的鈍化層，以提高提高器件可靠性，但是這種厚度均勻的鈍化層對器件柵極漏側的電場分布會產生不利影響，使器件電場分布集中而導致器件的過早擊穿，以至于效果不盡理想。

發明內容

針對上述存在問題或不足，為解決現有AlGaN/GaN晶體管耐壓性能差的問題，本發明提供了一種帶有階梯場板和階梯鈍化層的晶體管。

該帶有階梯場板和階梯鈍化層的晶體管，由下而上依次包括襯底、成核層、緩沖層、溝道層、勢壘層和鈍化層。

所述勢壘層AlGaN，溝道層為GaN，兩者形成異質結；勢壘層上設置有柵極、漏極和源極；柵極金屬采用自下而上依次為Ni/Au的二層金屬，柵極金屬和AlGaN勢壘層形成肖特基接觸；源極金屬和漏極金屬為多層金屬Ti/Al/Pt/Au，與AlGaN勢壘層形成歐姆接觸。

所述鈍化層包括源柵鈍化層和柵極漏側鈍化層；源柵鈍化層在柵極金屬和源極金屬之間；柵極漏側鈍化層位于柵極金屬和漏極金屬之間，包括階梯鈍化層和階梯場板與漏極之間的鈍化層，階梯鈍化層分為第一階鈍化層和第二階鈍化層，其階梯鈍化層部分與階梯場板大小相適應，第一階鈍化層長度為1μm，厚度為100nm，第二階鈍化層與第一階的長度比值為0.6-1.2，厚度比值為1.4-2.2。

所述階梯場板位于階梯鈍化層上部，采用自下而上依次為Ni/Au的二層金屬，由柵極向柵極漏側鈍化層上方外延形成，柵極與階梯場板為一整體，階梯場板的長度區間為柵漏間距的1/4-1/2。

本發明通過引入階梯場板和階梯鈍化層，階梯場板降低了柵極漏側的電場峰值，擴展了溝道電場的區域，其擊穿電壓提升效果為96.9％，提升了高電子遷移率晶體管器件耐壓性能；階梯鈍化層有效分散柵極附近區域電場線，減小電應力對AlGaN勢壘層表面的損傷，改善了器件的表面態，有利于器件的穩定工作。因此，階梯場板和階梯鈍化層優化了的器件電場分布和抑制表面態的不利影響，提升了器件的耐壓性能和可靠性，實現了輸出功率的增大。

綜上所述，本發明相比傳統的柵場板結構，提升了高電子遷移率晶體管器件耐壓性能和器件可靠性。

附圖說明

圖1為實施例的結構示意圖；

圖2為實施例的階梯場板和階梯鈍化層結構與傳統柵場板擊穿特性對比圖；

圖3為實施例的階梯場板和階梯鈍化層結構與傳統柵場板溝道橫向電場圖；

圖4為實施例中不同階梯場板和階梯鈍化層的長度與高度的擊穿特性圖；

圖5為實施例中不同階梯場板和階梯鈍化層長度對應的擊穿電壓圖；

圖6為實施例中不同階梯場板和階梯鈍化層長度與擊穿電壓關系圖；

圖7為實施例中不同階梯場板和階梯鈍化層長度對應的橫向電場分布圖；

圖8為實施例中不同階梯場板和階梯鈍化層高度對應的擊穿電壓圖；

圖9為實施例中不同階梯場板和階梯鈍化層高度與擊穿電壓關系圖；

圖10為實施例中不同階梯場板和階梯鈍化層高度對應的橫向電場分布圖；