[發明專利]基于厚柵介質層電極一步成型的AlGaN/GaN MIS-HEMT器件及其制備方法

有效

• 申請號: 202010423278.5
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111564487B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 程亮;陸海;徐尉宗;任芳芳;周東
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01L29/417
• 分類號: H01L29/417;H01L29/423;H01L29/778;H01L21/335;H01L21/28
• 代理公司: 南京中律知識產權代理事務所(普通合伙) 32341
• 代理人: 李建芳

本發明公開了一種基于厚柵介質層電極一步成型的AlGaN/GaN MIS?HEMT器件及其制備方法，基于厚柵介質層電極一步成型的AlGaN/GaN MIS?HEMT器件，包括自下而上依次設置的襯底、AlN成核層、AlGaN或GaN緩沖層、GaN溝道層、AlGaN勢壘層和厚絕緣柵介質層；厚絕緣柵介質層上刻蝕或腐蝕有源極區域和漏極區域，源極區域和漏極區域之間設有柵極區域，源極區域設有源電極，漏極區域設有漏電極，柵極區域設有柵電極，源電極、漏電極和柵電極一步成型，并一起經歷歐姆電極的合金化退火工藝。本發明基于厚柵介質層電極一步成型的AlGaN/GaN MIS?HEMT器件，源極、漏極、柵極同時蒸發同樣的金屬疊層，一步成型，大大簡化了工藝制程，節省了成本，并且得到了高性能的AlGaN/GaN MIS?HEMT器件；可以應用于高效功率開關以及射頻器件中。

技術領域

本發明涉及一種基于厚柵介質層電極一步成型的AlGaN/GaN MIS-HEMT器件及其制備方法，屬于金屬-氧化物-半導體場效應晶體管領域。

背景技術

GaN材料由于具有良好的半導體特性，使得基于該材料的AlGaN/GaN異質結高電子遷移率晶體管(HEMT)在功率與射頻器件領域有著極大的應用前景。GaN材料的特性如下：(1)禁帶寬度大：相比于Si(1.12eV)和GaAs(1.42eV)的禁帶寬度，GaN的禁帶寬度更大，為3.4eV，本征載流子濃度很低，使得器件可以在更高溫的環境下工作；(2)臨界擊穿場強高：相比于Si(0.3MV/cm)和GaAs(0.4MV/cm)的臨界擊穿場強，GaN的臨界擊穿場強更大，為3.3MV/cm，使得相同材料厚度下，GaN器件能承受更大的電壓；(3)電子遷移率高：相比于Si的電子遷移率1350cm²/V·s，AlGaN/GaN異質結界面處二維電子氣(2DEG)的電子遷移率更高，為2000cm²/V·s，意味著器件具有較高的工作頻率；(4)電子飽和漂移速度高：GaN的電子飽和漂移速度為2.5×10⁷cm/s,是Si的2.5倍，GaAs的約2倍，有利于器件獲得更大的電流密度；(5)熱導率高：Si的熱導率為1.5W/K·cm，GaAs的熱導率為0.5W/K·cm，GaN達到1.3W/K·cm，良好的熱導率有利于散熱，提高器件的穩定性，從而降低系統對冷卻設備的要求，進而提高整個系統的穩定性；(6)抗輻照能力強：宇宙中充滿了高能的粒子，在這些高能粒子的輻照下，Si基器件的壽命會大大縮短，GaN材料抗輻照的這一優勢，使其在航天工業應用中具很大的優勢。

AlGaN/GaN異質結結構是GaN功率三極管最常用的結構之一，由于強烈的自發極化和壓電極化，AlGaN/GaN異質結界面會形成10¹³cm^-2量級的高濃度二維電子氣(2DEG)，2DEG具有很高的電子遷移率，非常適合高功率和射頻應用。

相比于常規肖特基柵極AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管(HEMT)，在柵金屬疊層和AlGaN勢壘層之間插入一層柵介質形成的AlGaN/GaN MIS-HEMT器件具有柵極漏電低、柵壓擺幅大、抗柵極浪涌電壓能力強等優勢，被廣泛地研究和應用。

在常規的AlGaN/GaN MIS-HEMT器件的制備中，源漏區域一般采用Ti/Al/Ni/Au或Ti/Al/Ti/Au的金屬疊層，并經過高溫退火形成歐姆接觸，然后在柵區域采用Ni/Au金屬疊層形成柵電極，電極制備過程復雜，需要分步進行，成本較高。在整晶圓的流片中，每一步的光刻和金屬沉積都意味著數百萬人民幣的成本，因此簡化工藝，節約成本，成為企業長久的關切和研究工作的重點。

發明內容

本發明提供一種基于厚柵介質層電極一步成型的AlGaN/GaN MIS-HEMT器件及其制備方法，本發明簡化了傳統的兩步法制備電極的工藝，極大的節省了生產成本，同時制備出高性能的AlGaN/GaN MIS-HEMT器件。

本發明所采用的技術方案如下：