[發明專利]基于多層氮化硅鈍化且包含氧化鋁柵極電介質的高電子遷移率晶體管及其制備方法

有效

• 申請號: 201911418784.9
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111129140B
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 王琮;周忠良
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/335
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

基于多層氮化硅鈍化且包含氧化鋁柵極電介質的高電子遷移率晶體管及其制備方法，本發明涉及一種高電子遷移率晶體管，它為了解決現有GaN高電子遷移率晶體管由于陷阱效應導致的電流崩塌對器件影響，工作壽命較低的問題。本發明高電子遷移率晶體管由下至上依次為基底，過渡層，緩沖層，半導體i?GaN層，半導體i?Al_0.25Ga_0.75N層，i?GaN帽層，雙SiN_x層，Al₂O₃柵極介電層以及頂層厚Si₃N₄層。本發明在AlGaN/GaN上產生了高魯棒性及高穩定性的界面，且AlGaN表面得到有效的保護，該AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管減少了泄漏電流，提高擊穿電壓，且具有極高的工作壽命。

技術領域

本發明涉及一種高電子遷移率晶體管，具體涉及AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管及其制備方法。

背景技術

隨著貝爾實驗室研究出的第一個晶體管后，半導體行業迅速發展，正式踏步進入信息時代，如今幾十年發展過后，由半導體產業帶來的信息紅利越來越多，與此同時，對于半導體器件的要求也越來越高，目前傳統的以硅為基的半導體器件性能已幾乎到達極限，再發展的付出與收入不成正比，故人們在探求高性能與低造價的新型半導體材料時，GaN材料應運而生。

而在AlGaN/GaN領域，HEMTs占據最核心的位置，由于AlGaN/GaN的超級材料特性具有的高擊穿電壓，高能帶，高電子飽和度，高熱導率以及在界面處存在的二維電子氣體，使得AlGaN/GaN成為了高性能高電子遷移率晶體管中的領跑者，該種設備能滿足日益增長的高功率，高效率和高速轉換開關的要求。但電流崩潰效應以及泄漏電流會造成設備的可靠性下降，降低功率效率，從而達不到預期壽命。泄漏電流通常因為GaN的導電效應以及表面處理和鈍化過程中出現，它會明顯降低擊穿電壓，降低功率附加效率，增加噪聲因數。在GaNHEMT器件中，由于AlGaN/GaN異質結極化效應的存在，異質結界面處會產生高濃度的二維電子氣體，會使得半導體表面存在很多的表面態，這些表面帶正電的施主能級將會俘獲負電荷，形成“虛柵”，從而耗盡溝道中的二維電子氣。即在對器件施加一段時間的關態應力后，當器件開啟時，器件的導通電阻會增加，這種現象被稱為電流崩塌效應，它通常來源于AlGaN勢壘層表面受主陷阱態和AlGaN勢壘層或GaN緩沖層內部受主陷阱態。為了解決這些問題，最小化斷態漏級電流是有前景的方法之一，可以獲得良好的通道關閉特性以及高擊穿電壓。通過使用諸如SiO₂，Al₂O₃，HfO₂等氧化物作為半絕緣的GaN緩沖層，可以實現以上功能。此外Al₂O₃制作介電層同樣引起了如今研究者的興趣。在AlGaN/GaN HEMTs制作中很多抑制電流崩塌效應的努力和異質結構的表面和界面的修飾直接相關，在多種多樣的設計提高活化能從而提升設備性能的方法中，最常用的方法第一是使用SiN_x等來進行表面鈍化處理，它可以降低器件柵漏電和提高器件擊穿電壓的同時，有效抑制表面態缺陷，第二是通過加帽層的方法來降低電流崩塌效應，這種方法是在AlGaN/GaN層外再外延一層厚的GaN層，用帽層來隔離溝道與表面，減少其對二維電子氣體的影響。

公開號為CN108666216A的專利《基于疊層鈍化結構的HEMT器件及其制備方法》通過疊層鈍化降低電流崩塌效應，公開號為CN 206322705U的專利《一種GaN HEMT器件》是通過設置多個U型浮空場板提高擊穿電壓。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有GaN高電子遷移率晶體管由于陷阱效應導致的電流崩塌對器件影響，工作壽命較低的問題，而提供一種基于多層SiN_x鈍化且包含Al₂O₃柵極電介質的AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管及其制備方法。