一種源端場板高電子遷移率晶體管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及微電子技術(shù)。本發(fā)明解決了現(xiàn)有AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管溝道電場分布不均勻的問題，提供了一種源端場板高電子遷移率晶體管，其技術(shù)方案可概括為：一種源端場板高電子遷移率晶體管，與現(xiàn)有技術(shù)區(qū)別在于，其勢壘層為：AlGaN第一勢壘層及AlGaN第二勢壘層，AlGaN第二勢壘層上還具有氮化鎵蓋帽層及氮化硅鈍化層，氮化鎵蓋帽層上設(shè)置源極金屬、漏極金屬及柵極金屬，氮化硅鈍化層設(shè)置在氮化鎵蓋帽層上，源極金屬及漏極金屬之間，所述氮化硅鈍化層上靠近源極金屬位置設(shè)置有源端場板。本發(fā)明的有益效果是，擊穿電壓更大，提高了輸出功率，適用于高電子遷移率晶體管。
【專利說明】一種源端場板高電子遷移率晶體管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子技術(shù)，特別涉及氮化鎵高電子遷移率晶體管的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]氮化鎵(GaN)與第一代和第二代半導(dǎo)體材料相比具有更優(yōu)良的電學(xué)性能，它是一種寬帶隙半導(dǎo)體材料，具有高的擊穿電場強(qiáng)度、高飽和速度及高熱穩(wěn)定性等，優(yōu)良性能使其得到了人們的極大關(guān)注和研究，其中研究最為廣泛的是AlGaN/GaN(氮化鋁鎵/氮化鎵)高電子遷移率晶體管(HEMT)，適用于微波大功率器件。
[0003]AlGaN/GaN聞電子遷移率晶體管是一種異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管，它是利用具有很聞遷移率的二維電子氣(2-DEG)工作，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，包括襯底、氮化鎵成核層、氮化鎵緩沖層、氮化鎵溝道層及AlGaN/GaN勢壘層，氮化鎵成核層設(shè)置在襯底上，氮化鎵緩沖層設(shè)置在氮化鎵成核層上，氮化鎵溝道層設(shè)置在氮化鎵緩沖層上，AlGaN/GaN勢壘層設(shè)置在氮化鎵溝道層上，AlGaN/GaN勢壘層上還設(shè)置有源極金屬、漏極金屬及柵極金屬。HEMT的功率特性是應(yīng)用于大功率器件的重點(diǎn)，為了提高HEMT的輸出功率，就需要提高擊穿電壓，而柵極電場集中效應(yīng)導(dǎo)致器件提前擊穿，當(dāng)GaN HEMT在高的漏源偏壓下時(shí)，溝道電力線集中指向柵極邊緣，在柵極邊緣形成電場峰值，溝道電場的不均勻分布使器件在較低漏壓下便發(fā)生雪崩擊穿，從而無法充分發(fā)揮GaN材料的高耐壓優(yōu)勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是要克服目前AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管溝道電場分布不均勻的問題，提供一種源端場板高電子遷移率晶體管。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案是，一種源端場板高電子遷移率晶體管，包括襯底，其特征在于，還包括氮化鎵成核層、氮化鎵緩沖層、氮化鎵溝道層、AlGaN第一勢壘層、AlGaN第二勢壘層、氮化鎵蓋帽層及氮化硅鈍化層，所述氮化鎵成核層設(shè)置在襯底上，氮化鎵緩沖層設(shè)置在氮化鎵成核層上，氮化鎵溝道層設(shè)置在氮化鎵緩沖層上，AlGaN第一勢壘層設(shè)置在氮化鎵溝道層上，AlGaN第二勢壘層設(shè)置在AlGaN第一勢壘層上，氮化鎵蓋帽層設(shè)置在AlGaN第二勢壘層上，氮化鎵蓋帽層上設(shè)置有源極金屬、漏極金屬及柵極金屬，氮化硅鈍化層設(shè)置在氮化鎵蓋帽層上，源極金屬及漏極金屬之間，所述氮化硅鈍化層上靠近源極金屬位置設(shè)置有源端場板。
[0006]具體的，襯底為碳化硅襯底。
[0007]進(jìn)一步的,所述AlGaN第一勢魚層中,Al原子與Ga原子的原子比例為0.6:0.4 ;所述AlGaN第二勢壘層中，Al原子與Ga原子的原子比例為0.27:0.73。
[0008]具體的，所述襯底的厚度為10nm，氮化鎵成核層的厚度為20nm，氮化鎵緩沖層的厚度為2 μ m，氮化鎵溝道層的厚度為12nm，AlGaN第一勢壘層的厚度為10nm，AlGaN第二勢魚層的厚度為IOnm,氮化鎵蓋帽層的厚度為3nm,氮化娃鈍化層的厚度為200nm。
[0009]再進(jìn)一步的，所述柵極金屬為鎳和金制成，柵極金屬與氮化鎵蓋帽層形成肖特基接觸，源極金屬及漏極金屬從下往上由銻、鋁、鎳及金制成，源極金屬及漏極金屬與氮化鎵蓋帽層形成歐姆接觸。
[0010]具體的，所述源端場板為鎳或金，長度為4.5μπι。
[0011]再進(jìn)一步的，當(dāng)源端場板為鎳時(shí)，其厚度為20nm，當(dāng)源端場板為金時(shí)，其厚度為200nm。
[0012]本發(fā)明的有益效果是，在本發(fā)明方案中，上述的一種源端場板高電子遷移率晶體管，相較于現(xiàn)有氮化鎵高電子遷移率晶體管，其擊穿電壓更大，提高了輸出功率，性能更優(yōu)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為現(xiàn)有氣化嫁聞電子遷移率晶體管的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明的一種源端場板高電子遷移率晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中的一種源端場板高電子遷移率晶體管擊穿電壓隨源端場板長度的變化曲線圖；
[0016]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中的一種源端場板高電子遷移率晶體管擊穿電壓隨氮化硅鈍化層厚度的變化曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0018]本發(fā)明所述的一種源端場板高電子遷移率晶體管由襯底、氮化鎵成核層、氮化鎵緩沖層、氮化鎵溝道層、AlGaN第一勢壘層、AlGaN第二勢壘層、氮化鎵蓋帽層、源極金屬、漏極金屬、柵極金屬及氮化硅鈍化層組成，其中，氮化鎵成核層設(shè)置在襯底上，氮化鎵緩沖層設(shè)置在氮化鎵成核層上，氮化鎵溝道層設(shè)置在氮化鎵緩沖層上，AlGaN第一勢壘層設(shè)置在氮化鎵溝道層上，AlGaN第二勢壘層設(shè)置在AlGaN第一勢壘層上，氮化鎵蓋帽層設(shè)置在AlGaN第二勢壘層上，氮化鎵蓋帽層上設(shè)置有源極金屬、漏極金屬及柵極金屬，氮化硅鈍化層設(shè)置在氮化鎵蓋帽層上，源極金屬及漏極金屬之間，氮化硅鈍化層上靠近源極金屬位置設(shè)置有源端場板。
[0019]實(shí)施例
[0020]本例的一種源端場板高電子遷移率晶體管中，襯底的厚度為10nm，氮化鎵成核層的厚度為20nm，氮化鎵緩沖層的厚度為2 μ m，氮化鎵溝道層的厚度為12nm，AlGaN第一勢壘層的厚度為IOnm, AlGaN第二勢魚層的厚度為IOnm,氮化鎵蓋帽層的厚度為3nm,氮化娃鈍化層的厚度為200nm，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。
[0021]具體為:氮化鎵成核層設(shè)置在襯底上，氮化鎵緩沖層設(shè)置在氮化鎵成核層上，氮化鎵溝道層設(shè)置在氮化鎵緩沖層上，AlGaN第一勢壘層設(shè)置在氮化鎵溝道層上，AlGaN第二勢壘層設(shè)置在AlGaN第一勢壘層上，氮化鎵蓋帽層設(shè)置在AlGaN第二勢壘層上，氮化鎵蓋帽層上設(shè)置有源極金屬、漏極金屬及柵極金屬，氮化硅鈍化層設(shè)置在氮化鎵蓋帽層上，源極金屬及漏極金屬之間。
[0022]其中，AlGaN第一勢壘層中，Al原子與Ga原子的原子比例為0.6:0.4，AlGaN第二勢壘層中，Al原子與Ga原子的原子比例為0.27:0.73 ;襯底為碳化硅襯底；柵極金屬為鎳和金制成，柵極金屬與氮化鎵蓋帽層形成肖特基接觸，源極金屬及漏極金屬從下往上由銻、鋁、鎳及金制成，即銻層在最下方與氮化鎵蓋帽層相接觸，其上為鋁層，再上是鎳層，最后為金層組成完整的源極金屬和漏極金屬，源極金屬及漏極金屬與氮化鎵蓋帽層形成歐姆接觸，源極金屬及漏極金屬與氮化鎵蓋帽層形成歐姆接觸；氮化硅鈍化層上靠近源極金屬位置還可設(shè)置源端場板；源端場板可以為鎳或金，長度為4.5 μ m，當(dāng)源端場板為鎳時(shí)，其厚度為20nm,當(dāng)源端場板為金時(shí),其厚度為200nm。
[0023]擊穿電壓隨源端場板長度的變化曲線圖如圖3所示，可見:當(dāng)源端場板長度為O?3μπι時(shí)，器件的擊穿電壓很低；隨著源端場板長度增大，器件的擊穿電壓開始迅速增大，當(dāng)源端場板長度為5.5μπι時(shí)，器件的擊穿電壓達(dá)到最大值，約為955V ;隨著源端場板長度的繼續(xù)增大，器件的擊穿電壓開始下降。其擊穿電壓隨氮化硅鈍化層厚度的變化曲線圖如圖4所示，可見:隨著氮化硅鈍化層厚度的增大，器件的擊穿電壓的變化是先增大后減小，氮化硅鈍化層厚度為50nm時(shí)，擊穿電壓約為370V ;隨著氮化硅鈍化層厚度的增大，器件的擊穿電壓迅速增大，在氮化硅鈍化層厚度為0.2μπι時(shí)器件的擊穿電壓達(dá)到了最大值，為985V ；隨后，擊穿電壓開始減小。具體可見，該氮化鎵高電子遷移率晶體管可以具有更高的擊穿電壓，使輸出功率提高，性能更優(yōu)。
【權(quán)利要求】
1.一種源端場板高電子遷移率晶體管，包括襯底，其特征在于，還包括氮化鎵成核層、氮化鎵緩沖層、氮化鎵溝道層、AlGaN第一勢壘層、AlGaN第二勢壘層、氮化鎵蓋帽層及氮化硅鈍化層，所述氮化鎵成核層設(shè)置在襯底上，氮化鎵緩沖層設(shè)置在氮化鎵成核層上，氮化鎵溝道層設(shè)置在氮化鎵緩沖層上，AlGaN第一勢壘層設(shè)置在氮化鎵溝道層上，AlGaN第二勢壘層設(shè)置在AlGaN第一勢壘層上，氮化鎵蓋帽層設(shè)置在AlGaN第二勢壘層上，氮化鎵蓋帽層上設(shè)置有源極金屬、漏極金屬及柵極金屬，氮化硅鈍化層設(shè)置在氮化鎵蓋帽層上，源極金屬及漏極金屬之間，所述氮化硅鈍化層上靠近源極金屬位置設(shè)置有源端場板。
2.如權(quán)利要求1所述的一種源端場板高電子遷移率晶體管，其特征在于，襯底為碳化硅襯底。
3.如權(quán)利要求1所述的一種源端場板高電子遷移率晶體管，其特征在于，所述AlGaN第一勢壘層中，Al原子與Ga原子的原子比例為0.6:0.4。
4.如權(quán)利要求1所述的一種源端場板高電子遷移率晶體管，其特征在于，所述AlGaN第二勢壘層中，Al原子與Ga原子的原子比例為0.27:0.73。
5.如權(quán)利要求1所述的一種源端場板高電子遷移率晶體管，其特征在于，所述襯底的厚度為10nm，氮化鎵成核層的厚度為20nm，氮化鎵緩沖層的厚度為2μπι，氮化鎵溝道層的厚度為12nm，AlGaN第一勢壘層的厚度為10nm，AlGaN第二勢壘層的厚度為10nm，氮化鎵蓋帽層的厚度為3nm,氮化娃鈍化層的厚度為200nm。
6.如權(quán)利要求1所述的一種源端場板高電子遷移率晶體管，其特征在于，所述柵極金屬為鎳和金制成，柵極金屬與氮化鎵蓋帽層形成肖特基接觸，源極金屬及漏極金屬從下往上由銻、鋁、鎳及金制成，源極金屬及漏極金屬與氮化鎵蓋帽層形成歐姆接觸。
7.如權(quán)利要求1或2或3或4或5或6所述的一種源端場板高電子遷移率晶體管，其特征在于，所述源端場板為鎳或金，長度為4.5 μ m。
8.如權(quán)利要求7所述的一種源端場板高電子遷移率晶體管，其特征在于，當(dāng)源端場板為鎳時(shí)，其厚度為20nm，當(dāng)源端場板為金時(shí)，其厚度為200nm。
【文檔編號(hào)】H01L29/778GK103594510SQ201310611822
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】唐武, 王云波 申請人:電子科技大學(xué)