[實(shí)用新型]具有Г型柵的GaN基MIS-HEMT器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201921308903.0
• 申請日: 2019-08-13
• 公開（公告）號: CN211929496U
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王洪;陳竟雄;劉曉藝
• 申請（專利權(quán)）人: 中山市華南理工大學(xué)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院;華南理工大學(xué)
• 主分類號: H01L29/45
• 分類號: H01L29/45;H01L29/49;H01L21/335;H01L29/778
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 江裕強(qiáng)

本實(shí)用新型公開了一種具有Г型柵的GaN基MIS?HEMT器件，所述器件包括AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)外延層等結(jié)構(gòu)，所述器件還包括一Г型柵電極，所述Г型柵電極包括柵帽和柵腳，柵腳的一端和柵帽的部分下表面連接，另一端和第二開口處部分暴露的柵介質(zhì)層上表面連接，柵帽的其余下表面和鈍化層上表面連接。本實(shí)用新型利用G線、I線光刻包括接觸式光刻和步進(jìn)式光刻與金屬剝離工藝或金屬刻蝕工藝結(jié)合，通過在鈍化層開口處通過對準(zhǔn)的方式，使一部分的柵極金屬與柵介質(zhì)層接觸，另一部分與鈍化層接觸，使柵足線寬在光刻的極限線寬下大大減小；所述Г柵結(jié)構(gòu)，引入了場板，場板調(diào)制了柵靠漏側(cè)導(dǎo)電溝道的電場強(qiáng)度分布，提高了器件的擊穿電壓。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有Г柵結(jié)構(gòu)的GaN基 MIS-HEMT器件。

背景技術(shù)

以氮化鎵(GaN)為代表的寬禁帶III族氮化物材料其合金被稱為第三代半導(dǎo)體材料，基于GaN的寬禁帶半導(dǎo)體材料與器件發(fā)展的十分迅猛。GaN是III-V 族直接帶隙半導(dǎo)體，具有寬禁帶、高擊穿場強(qiáng)、高的飽和電子漂移速度和耐高溫的特性，其中3.4ev的禁帶寬度讓GaN十分適合微波/毫米波大功率器件的應(yīng)用。另外，GaN可以與AlGaN形成調(diào)制摻雜的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，在室溫下形成的二維電子氣導(dǎo)電溝道具有高電子濃度與高電子遷移率的特性，相比于硅器件的體電子溝道而言，開關(guān)速率大大提高，并且相比于硅器件降溫要求更低。因此氮化鎵HEMT器件在微波功率領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

近年來微波放大器領(lǐng)域迫切需要具有高頻率和高功率密度的器件。由HEMT 器件的小信號特性和大信號特性可知，柵長越短器件的截止頻率和最大震蕩頻率越高，而器件的柵壓擺幅和擊穿電壓越高，功率密度越高。這就要求在工藝的限制下，盡可能縮小柵長，并通過在柵電極和AlGaN勢壘層之間插入絕緣介質(zhì)層形成MIS結(jié)構(gòu)提高柵壓擺幅，以及通過場板結(jié)構(gòu)如Г柵結(jié)構(gòu)調(diào)制溝道電場分布提高器件的擊穿電壓。

目前GaN基MIS-HEMT器件的柵極線寬由光刻決定，最常用的手段主要有G線、 I線、波長更短的深紫外和極紫外光刻、以及電子束光刻技術(shù)。

G線和I線光刻技術(shù)具有工藝簡單、成本低、效率高的優(yōu)點(diǎn)。但其最小線寬被光源的波長所限制，一般的G線、I線光刻機(jī)只能做到0.5μm以上的柵線條。而0.5μm以下的柵線條則需要步進(jìn)式光刻機(jī)或者一些特殊的技巧，工藝復(fù)雜，一致性不高，對掩膜的要求相比于接觸式光刻機(jī)更高。

電子束直寫的方法制作的柵長可以達(dá)到納米水平，且一致性非常好。但生產(chǎn)效率低下，設(shè)備昂貴維護(hù)成本高，一般只能用于實(shí)驗(yàn)研究。另外深紫外或極紫外光刻機(jī)由于采用了波長更短的光源，分辨率更高可以達(dá)到0.05-0.25μm，但相比于G線、I線光刻技術(shù)成本更高、效率低。

因此，尋找一種工藝簡單、高效率、低成本的深亞微米柵長的Г柵結(jié)構(gòu)的 GaN基MIS-HEMT器件制備方法是本行業(yè)亟待解決的問題。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于克服已有的GaN基MIS-HEMT器件柵極光刻工藝的限制和功率密度不高的不足，從柵極工藝與器件結(jié)構(gòu)的角度提出一種具有Г柵結(jié)構(gòu)的GaN基MIS-HEMT器件，可以有效的提高器件頻率特性和功率特性，以滿足高效率、高成品率的規(guī)模化生產(chǎn)的需求。

本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案之一實(shí)現(xiàn)的。