[發明專利]基于肖特基-歐姆混合漏電極的單片異質集成Cascode晶體管及制作方法

在審

• 申請號: 202010747898.4
• 申請日: 2020-07-30
• 公開（公告）號: CN111863808A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 張春福;陳大正;楊國放;張家祺;武毅暢;張葦杭;張進成;郝躍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L27/06
• 分類號: H01L27/06;H01L29/778;H01L29/78;H01L29/45;H01L29/47;H01L21/336
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華

本發明公開了一種基于肖特基?歐姆混合漏電極的單片異質集成Cascode晶體管，主要解決現有單片異質集成的Cascode結構場效應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)，該SiN隔離層的中間刻有隔離槽(15)；隔離槽的一側印制有Si有源層(5)，以制備Si金屬氧化物半導體場效應晶體管；隔離槽的另一側制備GaN高電子遷移率晶體管，第二漏電極(8)部分區域與AlGaN勢壘層形成歐姆接觸，剩余區域與AlGaN勢壘層形成肖特基接觸。本發明提升了單片異質集成的Cascode結構場效應晶體管的擊穿特性，可用于高壓電源開關。

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，特別涉及一種單片異質集成Cascode晶體管，可用

于高壓電源開關。

技術背景

自20世紀90年代以來GaN作為第三代半導體材料的代表，在高壓、高頻和大功率器件領域中展現出了出色的性能。GaN是寬禁帶半導體材料，其器件可以承受更高的工作電壓，具有更低的導通電阻和更小的輸入輸出電容，從而保證了GaN器件的高電流水平和較低的損耗，提高了器件的頻率特性。基于GaN材料的AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管很容易實現異質結構，可以產生高濃度的二維電子氣，具有高電子遷移率和高擊穿電場。根據上述特性，GaN高電子遷移率晶體管器件經常被用于電力電子領域與微波領域。

由于增強型GaN高電子遷移率晶體管比耗盡型GaN高電子遷移率晶體管更適合在電路中使用，所以設計增強型GaN高電子遷移率晶體管便成為了人們的目標。目前實現增強型 GaN高電子遷移率晶體管器件比較常用的方法就是采用由低壓增強型Si金屬氧化物半導體場效應晶體管和高壓耗盡型GaN高電子遷移率晶體管組成的Cascode結構，如圖1所示。該結構中通過控制Si金屬氧化物半導體場效應晶體管的柵源電壓來控制GaN高電子遷移率晶體管的導通，如此實現增強型GaN高電子遷移率晶體管正柵壓導通。

在Cascode結構中，高壓耗盡型GaN高電子遷移率晶體管的漏電極通常采用形成歐姆接觸的金屬，經過高溫退火，金屬與半導體材料界面形成歐姆接觸。而快速退火工藝在界面形成合金時會產生金屬尖刺，隨著GaN器件漏電極電壓的不斷升高，漏電極的金屬尖刺會引發電場尖峰，導致泄露電流急劇增大，從而造成Cascode晶體管的擊穿特性下降，限制了其在功率器件領域的應用。

近年來，有研究人員采用形成肖特基接觸的金屬對GaN高電子遷移率晶體管的漏電極進行定義，雖然提高了器件的擊穿電壓，但是由于漏電極引入了肖特基勢壘，導致器件在正向導通時呈現出類似于二極管正向導通機理，從而造成Cascode晶體管應用困難。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提出一種基于肖特基-歐姆混合漏電極的單片異質集成Cascode晶體管及制作方法，以使單片異質集成的Cascode晶體管在正向導通特性不受影響的條件下，擊穿特性得到提高。

為實現上述目的，本發明的基于肖特基-歐姆混合漏電極的單片異質集成Cascode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；該隔離槽一側的SiN隔離層上設有Si有源層，Si有源層上的兩邊設第一源電極和第一漏電極，該源、漏電極之間設有柵介質層，柵介質層上設有第一柵電極，形成Si金屬氧化物半導體場效應晶體管的；所述隔離槽另一側的AlGaN勢壘層上橫向依次設有第二源電極、第二柵電極和第二漏電極，形成GaN高電子遷移率晶體管，其特征在于：

第二漏電極的部分區域采用鈦、鋁、鎳和金疊層結構，且鈦金屬與AlGaN勢壘層形成歐姆接觸；

第二漏電極的剩余區域采用鎳和金疊層，且鎳金屬與AlGaN勢壘層形成肖特基接觸，且肖特基接觸區域的金屬覆蓋在整個歐姆接觸區域的金屬上，以降低歐姆接觸產生的金屬尖刺對器件擊穿特性的影響和肖特基勢壘對器件正向導通特性的影響，提高擊穿特性。