[發(fā)明專利]一種低柵泄漏電流的增強型GaN HEMTs及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310001098.1
• 申請日: 2023-01-03
• 公開（公告）號: CN116169169A
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡壯壯;王登貴;周建軍;孔岑;孔月嬋;陳堂勝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團公司第五十五研究所
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/335;H01L29/423
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 林靜

本發(fā)明公開了一種低柵泄漏電流的增強型GaN?HEMTs及其制備方法，所述GaN?HEMTs包括襯底、緩沖層、溝道層、勢壘層、源接觸電極、漏接觸電極、基于p?GaN的自對準T型柵控結(jié)構(gòu)和鈍化層，基于p?GaN的自對準T型柵控結(jié)構(gòu)包括P?GaN帽層、柵鈍化層和柵極金屬；緩沖層、溝道層、勢壘層和P?GaN帽層自下而上依次設(shè)置在襯底上，源接觸電極和漏接觸電極均設(shè)置在勢壘層的部分上表面，且分別位于基于p?GaN的自對準T型柵控結(jié)構(gòu)的兩側(cè)，柵極金屬設(shè)置在P?GaN帽層的部分上表面，柵鈍化層設(shè)置在P?GaN帽層剩余部分上表面和勢壘層剩余部分上表面，鈍化層設(shè)置在柵鈍化層的上表面。本發(fā)明不僅能夠有效減小正向高柵壓下的柵泄露電流，同時有效規(guī)避額外柵電容的引入，獲得高可靠性的柵極結(jié)構(gòu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低柵泄漏電流的增強型GaNHEMTs及其制備方法。

背景技術(shù)

第三代半導(dǎo)體GaN材料具有寬帶隙、高擊穿場強、高飽和電子漂移速度以及高濃度異質(zhì)結(jié)二維電子氣等優(yōu)異的特性，是制備高功率、高擊穿電壓以及高頻率電力電子器件的優(yōu)選結(jié)構(gòu)，在無線通信、電力系統(tǒng)、探測等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。

近年來，氮化鎵基高電子遷移率晶體管為面向宇航應(yīng)用的分立式晶體管、集成電路和多芯片模塊應(yīng)用提供了更大功率范圍和更寬應(yīng)用頻率的解決方案。現(xiàn)在主流的增強型器件為P型GaN帽層結(jié)構(gòu)的GaN高電子遷移率晶體管，被廣泛應(yīng)用于整流電路、逆變橋、開關(guān)型穩(wěn)壓電路等結(jié)構(gòu)中。在高壓下，柵泄漏電流已經(jīng)成為影響器件可靠性的一個重要項目。柵泄漏電流的主要來自于由P-GaN帽層刻蝕損傷引入的缺陷能級。針對刻蝕損傷的問題，國內(nèi)外研究人員采用了多種生長方式生長的HfO₂、ZrO₂、Si₃N₄、SiO₂、Al₂O₃、AlNO的單層或多種疊層鈍化結(jié)構(gòu)來改善刻蝕界面。然而鈍化層使得器件在實際應(yīng)用過程中引入了額外的寄生電容，同時不穩(wěn)定的介質(zhì)質(zhì)量會引入新的介質(zhì)內(nèi)的缺陷從而導(dǎo)致器件可靠性與良品率的下降。因此，開發(fā)一種有效改善刻蝕界面的同時不額外引入寄生電容的GaN基高電子遷移率晶體管對于實際應(yīng)用具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

解決的技術(shù)問題：針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種低柵泄漏電流的增強型GaNHEMTs及其制備方法，能有效解決上述方法導(dǎo)致柵泄漏電流較大，引入額外的寄生電容等不足之處。

技術(shù)方案：第一方面，本發(fā)明提供一種低柵泄漏電流的增強型GaN?HEMTs，包括襯底、緩沖層、溝道層、勢壘層、源接觸電極、漏接觸電極、基于p-GaN的自對準T型柵控結(jié)構(gòu)和鈍化層，所述基于p-GaN的自對準T型柵控結(jié)構(gòu)包括P-GaN帽層、柵鈍化層和柵極金屬；所述緩沖層、溝道層、勢壘層和P-GaN帽層自下而上依次設(shè)置在襯底上，所述源接觸電極和漏接觸電極均設(shè)置在勢壘層的部分上表面，且分別位于基于p-GaN的自對準T型柵控結(jié)構(gòu)的兩側(cè)，所述柵極金屬設(shè)置在P-GaN帽層的部分上表面，所述柵鈍化層設(shè)置在P-GaN帽層剩余部分上表面和勢壘層剩余部分上表面，所述鈍化層設(shè)置在柵鈍化層的上表面。

優(yōu)選的，所述襯底為SiC、Si、藍寶石、金剛石或GaN自支撐襯底中的一種；所述緩沖層為AlN、AlGa_xN_(1-x)、GaN中的一種或多種組成的單層或多層結(jié)構(gòu)；所述溝道層為GaN、AlN或AlGaN中的一種；所述勢壘層為AlGa_xN_(1-x)、AlIn_xN_(1-x)或AlN中的一種。

優(yōu)選的，所述源接觸電極、漏接觸電極為低功函數(shù)金屬，所述低功函數(shù)金屬為Ti-Al合金、Ti-Al-Ti-Au合金、Ti-Al-Ni-Au合金或Ti-Al-Mo-Au合金中的一種。