[發(fā)明專(zhuān)利]基于陣列條的增強(qiáng)型開(kāi)關(guān)晶體管及其制作方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111150830.9
• 申請(qǐng)日: 2021-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113903802A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 毛維;裴晨;楊翠;杜鳴;馬佩軍;張鵬;張進(jìn)成;郝躍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L29/778
• 分類(lèi)號(hào): H01L29/778;H01L29/423;H01L29/40;H01L21/335
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專(zhuān)利中心 61205
• 代理人: 王品華

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于陣列條的增強(qiáng)型開(kāi)關(guān)晶體管及其制作方法，主要解決現(xiàn)有氮化鎵基增強(qiáng)型開(kāi)關(guān)晶體管存在電流崩塌問(wèn)題，其自下而上包括：襯底(1)、過(guò)渡層(2)、勢(shì)壘層(3)，勢(shì)壘層(3)上從左到右依次設(shè)有源極(6)、P?GaN柵(4)、調(diào)制電極(5)、漏極(7)，P?GaN柵(4)上部淀積有柵金屬(8)；調(diào)制電極(5)由下部的陣列條(51)與上部的條金屬(52)構(gòu)成，該陣列條(51)由m個(gè)等間距且平行排列的隔離條組成，每個(gè)隔離條的厚度均小于或等于P?GaN柵(4)的厚度；該條金屬(52)與漏極(7)電氣連接。本發(fā)明能有效抑制電流崩塌，且制作工藝簡(jiǎn)單，可作為功率開(kāi)關(guān)器件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于陣列條的增強(qiáng)型開(kāi)關(guān)晶體管，可用于作為電力電子系統(tǒng)的基本器件。

技術(shù)背景

當(dāng)前，大力研發(fā)高性能、高可靠性的功率開(kāi)關(guān)器件，以顯著提升電力電子系統(tǒng)的效率和整體性能，是助力節(jié)能減排和綠色發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)施的有效途徑之一。傳統(tǒng)的硅基功率開(kāi)關(guān)器件由于受到硅材料本身的限制，其性能已趨近理論極限，不能滿(mǎn)足下一代電力電子系統(tǒng)對(duì)高溫、高壓、高頻、高效和高功率密度的要求。而氮化鎵基功率開(kāi)關(guān)器件，特別是基于P型帽層GaN基異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的高電子遷移率晶體管，即GaN基增強(qiáng)型開(kāi)關(guān)晶體管，憑借氮化鎵材料的大禁帶寬度、高飽和電子漂移速度、強(qiáng)擊穿電場(chǎng)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)更低導(dǎo)通電阻、更快開(kāi)關(guān)速度、更高擊穿電壓等特性，從而顯著提升電力電子系統(tǒng)的性能和可靠性。因此，高性能、高可靠性GaN基增強(qiáng)型開(kāi)關(guān)晶體管在國(guó)民經(jīng)濟(jì)與軍事領(lǐng)域具有非常廣闊和特殊的應(yīng)用前景。

傳統(tǒng)GaN基增強(qiáng)型開(kāi)關(guān)晶體管是基于GaN基異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，其包括：襯底1、過(guò)渡層2、勢(shì)壘層3、P-GaN柵4、源極5、漏極6、柵金屬7；勢(shì)壘層3上部左側(cè)淀積有源極5，勢(shì)壘層3上部右側(cè)淀積有漏極6，勢(shì)壘層3上部中間部分淀積有P-GaN柵4，P-GaN柵4上部淀積有柵金屬7，如圖1所示。

然而，在傳統(tǒng)GaN基增強(qiáng)型開(kāi)關(guān)晶體管中，器件表面和體內(nèi)往往存在大量缺陷，容易導(dǎo)致器件開(kāi)關(guān)工作時(shí)，產(chǎn)生嚴(yán)重的電流崩塌，進(jìn)而導(dǎo)致器件可靠性和輸出功率特性退化，參見(jiàn)Effects of hole traps on the temperature dependence of current collapsein a normally-OFF gate-injection transistor,Japanese Journal of AppliedPhysics,55(5),2016。在傳統(tǒng)GaN基增強(qiáng)型開(kāi)關(guān)晶體管中，采用場(chǎng)板技術(shù)可以抑制器件開(kāi)關(guān)工作時(shí)的電流崩塌，參見(jiàn)Reducing dynamic on-resistance of p-GaN gate HEMTs usingdual field plate configurations,2020 IEEE International Symposium on thePhysical and Failure Analysis of Integrated Circuits(IPFA),pp.1-4,2020。但采用場(chǎng)板技術(shù)的GaN基增強(qiáng)型開(kāi)關(guān)晶體管的制造工藝較為復(fù)雜，器件制造成品率較低，導(dǎo)致制造成本較高。此外，采用場(chǎng)板技術(shù)還會(huì)增加器件的寄生電容，從而衰減器件的頻率特性。因此，研發(fā)工藝簡(jiǎn)單且抑制電流崩塌能力強(qiáng)的高性能GaN基增強(qiáng)型開(kāi)關(guān)晶體管非常必要、迫切。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于陣列條的增強(qiáng)型開(kāi)關(guān)晶體管及其制作方法，以有效抑制電流崩塌現(xiàn)象，顯著提高器件的可靠性和功率特性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

1.一種基于陣列條的增強(qiáng)型開(kāi)關(guān)晶體管，自下而上包括：襯底1、過(guò)渡層2和勢(shì)壘層3，勢(shì)壘層3上部設(shè)有P-GaN柵4，P-GaN柵4上部淀積有柵金屬8，勢(shì)壘層3的上部左、右側(cè)邊緣分別設(shè)有源極6和漏極7，其特征在于：

所述P-GaN柵4與漏極7之間的勢(shì)壘層3上設(shè)有調(diào)制電極5，該調(diào)制電極5由下部的陣列條51與上部的條金屬52構(gòu)成；