[發(fā)明專利]基于源場板的單片異質(zhì)集成Cascode結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管及制作方法

在審

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• 申請日: 2020-07-30
• 公開（公告）號: CN111863807A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張春福;張葦杭;武毅暢;張家祺;楊國放;陳大正;張進成;郝躍
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01L27/06
• 分類號: H01L27/06;H01L29/778;H01L29/78;H01L29/40;H01L21/336
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華

本發(fā)明公開了一種基于源場板的單片異質(zhì)集成Cascode結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管，主要解決現(xiàn)有Cascode結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管擊穿特性較差的問題。其包括：襯底(1)、GaN緩沖層(2)、AlGaN勢壘層(3)和SiN隔離層(4)，SiN隔離層中間刻有隔離槽(17)；隔離槽的一側(cè)印制有Si有源層(5)，以制備Si金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管；隔離槽的另一側(cè)橫向依次設(shè)有第二源電極(6)、第二柵電極(7)和第二漏電極(8)，該源漏電極之間區(qū)域上設(shè)有鈍化層(16)，該鈍化層和第二源電極上淀積有源場板(9)，形成GaN高電子遷移率晶體管。本發(fā)明具有顯著的擊穿特性，可用作汽車、航空航天和發(fā)電站的電源轉(zhuǎn)換器或反相器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種單片異質(zhì)集成 Cascode結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管及制作方法，可用作汽車、航空航天和發(fā)電站的電源轉(zhuǎn)換器或反相器。

技術(shù)背景

GaN材料與第一代和第二代半導(dǎo)體材料相比，具有更優(yōu)秀的電學(xué)性能。 GaN作為寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有更高的擊穿電場強度、載流子遷移率和飽和速度，同時具有更好的熱穩(wěn)定性，所以GaN更適合在高頻、高壓、高溫和大功率領(lǐng)域應(yīng)用。基于GaN材料的AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管與Si材料功率器件相比，更容易實現(xiàn)異質(zhì)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生高濃度的二維電子氣，具有更高的電子遷移率和擊穿電場，因此，GaN高電子遷移率晶體管器件經(jīng)常被用于電力電子領(lǐng)域與微波領(lǐng)域。

由于耗盡型器件會造成電路的不穩(wěn)定，因此人們對增強型器件進行了大量研究。目前實現(xiàn)增強型GaN高電子遷移率晶體管器件最常用的方法就是將低壓增強型的Si金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管和高壓耗盡型的 GaN高電子遷移率晶體管器件進行級聯(lián)，形成Cascode結(jié)構(gòu)，如圖1所示。對于Cascode結(jié)構(gòu)，低壓增強型的Si金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管控制著器件的導(dǎo)通與關(guān)斷，當(dāng)柵壓為正向電壓時，Cascode結(jié)構(gòu)晶體管導(dǎo)通，從而實現(xiàn)增強型GaN高電子遷移率晶體管。近年來，人們成功地將Si器件與 GaN器件制備在單片襯底上，實現(xiàn)了Cascode結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管的單片異質(zhì)集成，但仍存在許多問題急需解決，其中關(guān)鍵問題是器件的擊穿電壓較低。當(dāng)單片異質(zhì)集成的Cascode結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管在高壓大功率條件下工作時，高壓耗盡型的GaN高電子遷移率晶體管承受很大的漏源偏壓，其勢壘層中的電場線分布不均勻，大部分電場線集中指向柵極的邊緣，使得GaN 高電子遷移率晶體管在較低的漏極電壓下就會產(chǎn)生雪崩擊穿，進而造成 Cascode結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管擊穿特性變差，限制了其在功率器件領(lǐng)域的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于源場板的單片異質(zhì)集成Cascode結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管及制作方法，以改善當(dāng)前Cascode 結(jié)構(gòu)中GaN高電子遷移率晶體管柵電極附近勢壘層中電場分布不均勻的問題，提升單片異質(zhì)集成的Cascode結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管的擊穿特性，擴大器件的應(yīng)用范圍。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的基于源場板的單片異質(zhì)集成Cascode結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管，其自下而上包括：襯底、GaN緩沖層、AlGaN勢壘層和SiN 隔離層，SiN隔離層的中間刻有深至GaN緩沖層的隔離槽；該隔離槽一側(cè)的SiN隔離層上設(shè)有Si有源層，Si有源層上的兩邊設(shè)第一源電極和第一漏電極，該源、漏電極之間設(shè)有柵介質(zhì)層，柵介質(zhì)層上設(shè)有第一柵電極，形成Si金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管；所述隔離槽另一側(cè)的AlGaN勢壘層上橫向依次設(shè)有第二源電極、第二柵電極和第二漏電極，該源漏電極之間的區(qū)域上方設(shè)有鈍化層,形成GaN高電子遷移率晶體管，其特征在于：第二源電極和鈍化層上方淀積有源場板，該源場板與第二源電極構(gòu)成接觸式場板結(jié)構(gòu)，以改善第二柵電極邊緣電場分布，提升Cascode結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管的擊穿特性。

進一步，所述第一漏電極與所述第二源電極通過第一金屬互聯(lián)條進行電氣連接；所述第一源電極與所述第二柵電極通過第二金屬互聯(lián)條進行電氣連接。

進一步，所述源場板、第一金屬互連條和第二金屬互連條均采用相同的金屬材料；所述第一源電極與第一漏電極之間的柵介質(zhì)層和所述第二源電極與第二漏電極之間的區(qū)域上的鈍化層均采用相同的氧化物材料。