一種GaN基HEMT器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種GaN基HEMT器件，涉及半導(dǎo)體器件【技術(shù)領(lǐng)域】。該GaN基HEMT器件包括：襯底，形成于所述襯底上方的溝道層，形成于所述溝道層上方的勢壘層，形成于所述勢壘層上方的源極、漏極、至少一層絕緣介質(zhì)層，以及形成于所述至少一層絕緣介質(zhì)層上方的柵極，能夠降低器件的柵泄漏電流，以及不影響其微波特性。
【專利說明】—種GaN基HEMT器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種GaN基HEMT器件。

【背景技術(shù)】
[0002]GaN(氮化嫁)基 HEMT (High Electron Mobility Transistors,高電子遷移率晶體管)是本領(lǐng)域技術(shù)中公知的一種異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管，由于其具有禁帶寬度大、高擊穿電場、高電子飽和速度、熱導(dǎo)率高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、抗輻射等優(yōu)點，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在微波功率放大器、高壓開關(guān)電路中，并且在民用的通信基站、航空航天、汽車電子化、高溫輻射環(huán)境以及軍用的雷達(dá)、電子對抗、軍用衛(wèi)星通訊等領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中典型的一種GaN基HEMT器件的結(jié)構(gòu)示意圖，在該HEMT器件中，具體包括:襯底P、溝道層2'(也可以稱為GaN層)、勢壘層3'(也可以稱為AlGaN層)、源極5'、柵極4'、漏極6'，其中源極5'和漏極6'分別位于柵極4'的兩側(cè)，源極5'和柵極4'之間和漏極6'和柵極4'之間均設(shè)置鈍化層10'，源極5'和柵極4'的上方分別設(shè)置源場板7'和柵場板8'，鈍化層10'上還設(shè)置場板介質(zhì)層9'。
[0004]但是由于柵極和半導(dǎo)體層(勢壘層)直接接觸(該接觸結(jié)構(gòu)形成肖特基接觸結(jié)構(gòu))，因此從溝道泄漏到柵極的柵泄漏電流相對比較大，同時，場板結(jié)構(gòu)和鈍化層的引入，會增大電極之間的寄生電容(柵源電容Cgs、柵漏電容Cgd)，進(jìn)而降低器件的截止頻率，限制了其在微波功率放大器中的應(yīng)用范圍。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的實施例提供了一種GaN基HEMT器件，能夠降低器件的柵泄漏電流，以及不影響其微波特性。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實施例采用如下技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明實施例提供了一種GaN基HEMT器件，包括:
[0008]襯底；
[0009]溝道層，形成于所述襯底的上方；
[0010]勢壘層，形成于所述溝道層的上方；
[0011]源極、漏極、至少一層絕緣介質(zhì)層，形成于所述勢壘層的上方，所述源極和所述漏極分別位于所述至少一層絕緣介質(zhì)層的兩側(cè)；
[0012]柵極，形成于所述至少一層絕緣介質(zhì)層的上方。
[0013]優(yōu)選地，所述絕緣介質(zhì)層沿溝道方向的長度小于或等于所述柵極沿溝道方向的長度。
[0014]可選地，所述絕緣介質(zhì)層的介電常數(shù)大于9。
[0015]優(yōu)選地，所述絕緣介質(zhì)層的介電常數(shù)大于30。
[0016]優(yōu)選地,所述絕緣介質(zhì)層的材料為Ti02。
[0017]可選地，所述器件包括兩層以上所述絕緣介質(zhì)層。
[0018]本發(fā)明實施例提供的GaN基HEMT器件，包括:襯底，形成于所述襯底上方的溝道層，形成于所述溝道層上方的勢壘層，形成于所述勢壘層上方的源極、漏極、至少一層絕緣介質(zhì)層，以及形成于所述至少一層絕緣介質(zhì)層上方的柵極，不難看出，絕緣介質(zhì)層位于柵極和半導(dǎo)體器件表面(勢壘層)之間，這樣可以減少從溝道泄漏到柵極的柵泄漏電流；而且相比同樣尺寸(包括柵長、柵寬、柵源距離、柵漏距離)的GaN基HEMT器件，本發(fā)明沒有設(shè)置柵場板、源場板以及鈍化層，因此能夠避免增大電極之間的寄生電容，進(jìn)而可以避免降低截止頻率，保證晶體管的微波特性不受影響。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1為現(xiàn)有技術(shù)提供的一種GaN基HEMT器件的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明實施例提供的第一種GaN基HEMT器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3為本發(fā)明實施例提供的第二種GaN基HEMT器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4為本發(fā)明實施例提供的第三種GaN基HEMT器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]附圖標(biāo)記:
[0025]I'、1_ 襯底，2'、2_ 溝道層，3,、3_ 勢壘層，4,、4_ 柵極，5'、5_ 源極，6'、6-柵極，7'-源場板，7-絕緣介質(zhì)層(柵介質(zhì)層)，8'-柵場板，9'-場板間的介質(zhì)層，10'-鈍化層

【具體實施方式】
[0026]如【背景技術(shù)】的部分所述，現(xiàn)有技術(shù)中的GaN基HEMT器件存在柵泄漏電流比較大，以及由于引入的場板而降低HEMT的高頻特性，進(jìn)而影響其微波特性，鑒于這種缺陷，本發(fā)明提供了一種新型MOS (Metal-Oxide-Semiconductor,金屬氧化物半導(dǎo)體)結(jié)構(gòu)的GaN基HEMT器件，包括:襯底，形成于所述襯底上方的溝道層，形成于所述溝道層上方的勢壘層，形成于所述勢壘層上方的源極、漏極、至少一層絕緣介質(zhì)層(也可以稱之為柵介質(zhì)層)，以及形成于所述至少一層絕緣介質(zhì)層上方的柵極，不難看出，絕緣介質(zhì)層位于柵極和半導(dǎo)體器件表面(勢壘層)之間，這樣可以減少從溝道泄漏到柵極的柵泄漏電流；而且相比同樣尺寸(包括柵長、柵寬、柵源距離、柵漏距離)的GaN基HEMT器件，本發(fā)明無柵場板、源場板以及鈍化層，因此能夠避免增大電極之間的電容(柵源電容Cgs、柵漏電容Cgd)，進(jìn)而可以避免降低截止頻率，保證晶體管的微波特性不受影響。
[0027]為了本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖
2、圖3以及圖4，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0028]很顯然，下面描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0029]而且，在本發(fā)明實施例提供的附圖中，所示的器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會不按照一般比例作局部放大法，且所述示意圖也僅是示例性說明，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。另夕卜，在實際制作中應(yīng)包含長度、寬度以及深度的三維空間尺寸。
[0030]圖2為本發(fā)明實施例提供的一種GaN基HEMT器件，參照圖2，該HEMT器件結(jié)構(gòu)具體包括襯底1，形成于所述襯底I上方的GaN溝道層2，形成于所述溝道層2上方的AlGaN勢壘層3，形成于所述勢壘層3上方的源極5、漏極6、至少一層絕緣介質(zhì)層7，以及形成于所述至少一層絕緣介質(zhì)層7上方的柵極4，所述源極和所述漏極分別位于所述至少一層絕緣介質(zhì)層的兩側(cè)，其中GaN溝道層2、AlGaN勢壘層3構(gòu)成襯底I上的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，源極5、漏極6分別與勢壘層3形成歐姆接觸，柵極4、絕緣介質(zhì)層7和勢壘層3形成MOS結(jié)構(gòu)。
[0031]其中，襯底I可以選用藍(lán)寶石(Al2O3)、Si或SiC等其它熱導(dǎo)率較高的晶體材料，源極5、漏極6可以選用Ti/Al/Pt/Au、Ti/Al/Ni/Au、Ti/Al/Cr/Au或其它任意一種能夠形成歐姆接觸的金屬，柵極4可以選用Ni/Au、Pt/Au、Pt/Ti/Au、Ni/Pt/Au等金屬。
[0032]上述絕緣介質(zhì)層7采用高介電常數(shù)的材質(zhì)，其優(yōu)點在于:在器件保持柵控能力(能夠反應(yīng)柵控能力較為直接的指標(biāo)為跨導(dǎo)gm)不變的情況下，由于跨導(dǎo)gm與單位柵電容Cox (Cox = ε/t，ε表示柵介質(zhì)層的介電常數(shù)，t表示柵介質(zhì)層的厚度)相關(guān)，因此柵絕緣介質(zhì)層7的介電常數(shù)越高，其厚度也會同比例增大，這樣進(jìn)一步減少柵泄漏電流，提高溝道的傳導(dǎo)電流。
[0033]不過，在本發(fā)明實施例提供的GaN基HEMT器件中，柵絕緣介質(zhì)層的弓丨入通常會使器件的跨導(dǎo)gm降低，且前文提到，柵源電容Cgs、柵漏電容Cgd也同時降低，根據(jù)最高截止頻率的公式fT = gm/2 (Cgs+Cgd)，gm在減小的同時，Cgs、Cgd也可以以相同比例減小，這樣HEMT器件的最高截止頻率便可以保持不變，因此本發(fā)明雖然在柵極4和器件表面(勢壘層3)之間加入了絕緣介質(zhì)層7，但是卻不會使器件原有的最高截止頻率-發(fā)生變化，保證器件的高頻特性不受影響。
[0034]為了使電極之間具有更小的寄生電容，參照圖4，可以使所述絕緣介質(zhì)層沿溝道方向(即圖示狀態(tài)下平行于紙面的左右方向)的長度小于源極5、漏極6之間距離Lds，而本發(fā)明提供了一種更為優(yōu)選的方案，即如圖2所示，還可以使所述絕緣介質(zhì)層7沿溝道方向的長度小于柵極4沿溝道方向的長度Lg，或者如圖3所示，所述絕緣介質(zhì)層7沿溝道方向的長度等于柵極4沿溝道方向的長度Lg，這樣能夠更好地保證器件原有的最高截止頻率不發(fā)生變化。
[0035]另外，對于GaN基HEMT器件，器件內(nèi)部的峰值電場出現(xiàn)在柵極4下方且靠近漏極6的邊緣處，該峰值電場的大小直接決定了器件所能達(dá)到的最大擊穿電壓，當(dāng)柵極4和漏極6之間的距離不變時，高介電常數(shù)的絕緣介質(zhì)層7能夠?qū)艠O4邊緣處所產(chǎn)生的強(qiáng)電場進(jìn)行重新分布，削弱了該邊緣處的峰值電場，進(jìn)而可以增大器件的柵漏擊穿電壓，且當(dāng)該絕緣介質(zhì)層7越厚時，柵漏擊穿電壓還可以進(jìn)一步增大，增強(qiáng)器件在大功率信號工作模式下的可靠性。
[0036]本發(fā)明實施例可以設(shè)置一層絕緣介質(zhì)層7來達(dá)到上述目的，當(dāng)絕緣介質(zhì)的厚度比較厚時，也可以通過設(shè)置兩層以上的絕緣介質(zhì)層7來實現(xiàn)上述目的。
[0037]可以理解的是，絕緣介質(zhì)層7的高介電常數(shù)相對而言，本發(fā)明實施例中絕緣介質(zhì)選用的相對介電常數(shù)大于9，例如Al2O3, HfO2，而為了使器件能夠增強(qiáng)前文中所提到有益效果，相對介電常數(shù)還可以大于30，例如T12，其相對介電常數(shù)通常大于80，在某種情況下，甚至可以達(dá)到130。需要說明的是，在本發(fā)明實施例中均以絕緣介質(zhì)選用T12為優(yōu)選方案進(jìn)行說明。
[0038]當(dāng)然，上述絕緣介質(zhì)層7的介電常數(shù)和厚度并不是無限增大，通常以實際應(yīng)用情況為準(zhǔn)來確定合理的介電常數(shù)和厚度。
[0039]這里還需要說明的是，本發(fā)明實施例中GaN基HEMT器件性能的提高均是以與其具有相同尺寸(包括柵長、柵寬、柵源距離、柵漏距離)的器件相比而言，例如以圖2所示結(jié)構(gòu)為例說明，柵長Lg = 0.4 μ m、絕緣介質(zhì)層T12厚度大于30nm的GaN基HEMT器件，其獲得的截止頻率fT (40GHz)與具有相同尺寸的肖特基柵GaN基HEMT相同，保證高頻特性幾乎不發(fā)生退化；而其柵漏擊穿電壓則提高到了約120V(肖特基柵GaN基HEMT約為70V)，柵泄漏電流降低到了約為10_9A/mm(肖特基柵GaN基HEMT約為l(TA/mm)。
[0040]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種GaN基HEMT器件，其特征在于，包括: 襯底； 溝道層，形成于所述襯底的上方； 勢壘層，形成于所述溝道層的上方； 源極、漏極、至少一層絕緣介質(zhì)層，形成于所述勢壘層的上方，所述源極和所述漏極分別位于所述至少一層絕緣介質(zhì)層的兩側(cè)； 柵極，形成于所述至少一層絕緣介質(zhì)層的上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN基HEMT器件，其特征在于，所述絕緣介質(zhì)層沿溝道方向的長度小于或等于所述柵極沿溝道方向的長度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN基HEMT器件，其特征在于，所述絕緣介質(zhì)層的介電常數(shù)大于9。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN基HEMT器件，其特征在于，所述絕緣介質(zhì)層的介電常數(shù)大于30。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN基HEMT器件，其特征在于，所述絕緣介質(zhì)層的材料為T120
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的GaN基HEMT器件，其特征在于，所述器件包括兩層以上所述絕緣介質(zhì)層。
【文檔編號】H01L29/778GK104167438SQ201310185820
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月20日
【發(fā)明者】文正, 孟迪, 林書勛, 郝一龍, 吳文剛 申請人:北京天元廣建科技研發(fā)有限責(zé)任公司