一種GaN基HEMT器件的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種GaN基HEMT器件，涉及半導體器件【技術領域】。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、至少一層絕緣介質層，以及形成于所述至少一層絕緣介質層上方的柵極，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
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體器件【技術領域】，尤其涉及一種GaN基HEMT器件。
【背景技術】
[0002]GaN(氮化嫁)基 HEMT (High Electron Mobility Transistors,高電子遷移率晶體管)是本領域技術中公知的一種異質結場效應晶體管，由于其具有禁帶寬度大、高擊穿電場、高電子飽和速度、熱導率高、化學性質穩定、抗輻射等優點，已經被廣泛應用在微波功率放大器、高壓開關電路中，并且在民用的通信基站、航空航天、汽車電子化、高溫輻射環境以及軍用的雷達、電子對抗、軍用衛星通訊等領域中具有廣泛的應用前景。
[0003]圖1為現有技術中典型的一種GaN基HEMT器件的結構示意圖，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，源極5'和柵極4'之間和漏極6'和柵極4'之間均設置鈍化層10'，源極5'和柵極4'的上方分別設置源場板7'和柵場板8'，鈍化層10'上還設置場板介質層9'。
[0004]但是由于柵極和半導體層(勢壘層)直接接觸(該接觸結構形成肖特基接觸結構)，因此從溝道泄漏到柵極的柵泄漏電流相對比較大，同時，場板結構和鈍化層的引入，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用范圍。
【發明內容】
[0005]本發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]為達到上述目的，本發明的實施例采用如下技術方案:
[0007]本發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層的兩側；
[0012]柵極，形成于所述至少一層絕緣介質層的上方。
[0013]優選地，所述絕緣介質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，所述絕緣介質層的介電常數大于9。
[0015]優選地，所述絕緣介質層的介電常數大于30。
[0016]優選地,所述絕緣介質層的材料為Ti02。
[0017]可選地，所述器件包括兩層以上所述絕緣介質層。
[0018]本發明實施例提供的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、至少一層絕緣介質層，以及形成于所述至少一層絕緣介質層上方的柵極，不難看出，絕緣介質層位于柵極和半導體器件表面(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，本發明沒有設置柵場板、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明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術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明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1為現有技術提供的一種GaN基HEMT器件的結構不意圖；
[0021]圖2為本發明實施例提供的第一種GaN基HEMT器件的結構示意圖；
[0022]圖3為本發明實施例提供的第二種GaN基HEMT器件的結構示意圖；
[0023]圖4為本發明實施例提供的第三種GaN基HEMT器件的結構示意圖。
[0024]附圖標記:
[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-絕緣介質層(柵介質層)，8'-柵場板，9'-場板間的介質層，10'-鈍化層
【具體實施方式】
[0026]如【背景技術】的部分所述，現有技術中的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，進而影響其微波特性，鑒于這種缺陷，本發明提供了一種新型MOS (Metal-Oxide-Semiconductor,金屬氧化物半導體)結構的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、至少一層絕緣介質層(也可以稱之為柵介質層)，以及形成于所述至少一層絕緣介質層上方的柵極，不難看出，絕緣介質層位于柵極和半導體器件表面(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]為了本領域內的技術人員更好地理解本發明，下面將結合本發明實施例中的附圖
2、圖3以及圖4，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。
[0028]很顯然，下面描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0029]而且，在本發明實施例提供的附圖中，所示的器件結構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，其在此不應限制本發明保護的范圍。另夕卜，在實際制作中應包含長度、寬度以及深度的三維空間尺寸。
[0030]圖2為本發明實施例提供的一種GaN基HEMT器件，參照圖2，該HEMT器件結構具體包括襯底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、至少一層絕緣介質層7，以及形成于所述至少一層絕緣介質層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層的兩側，其中GaN溝道層2、AlGaN勢壘層3構成襯底I上的異質結結構，源極5、漏極6分別與勢壘層3形成歐姆接觸，柵極4、絕緣介質層7和勢壘層3形成MOS結構。
[0031]其中，襯底I可以選用藍寶石(Al2O3)、Si或SiC等其它熱導率較高的晶體材料，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]上述絕緣介質層7采用高介電常數的材質，其優點在于:在器件保持柵控能力(能夠反應柵控能力較為直接的指標為跨導gm)不變的情況下，由于跨導gm與單位柵電容Cox (Cox = ε/t，ε表示柵介質層的介電常數，t表示柵介質層的厚度)相關，因此柵絕緣介質層7的介電常數越高，其厚度也會同比例增大，這樣進一步減少柵泄漏電流，提高溝道的傳導電流。
[0033]不過，在本發明實施例提供的GaN基HEMT器件中，柵絕緣介質層的弓丨入通常會使器件的跨導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層7，但是卻不會使器件原有的最高截止頻率-發生變化，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層沿溝道方向(即圖示狀態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，而本發明提供了一種更為優選的方案，即如圖2所示，還可以使所述絕緣介質層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生變化。
[0035]另外，對于GaN基HEMT器件，器件內部的峰值電場出現在柵極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到的最大擊穿電壓，當柵極4和漏極6之間的距離不變時，高介電常數的絕緣介質層7能夠對柵極4邊緣處所產生的強電場進行重新分布，削弱了該邊緣處的峰值電場，進而可以增大器件的柵漏擊穿電壓，且當該絕緣介質層7越厚時，柵漏擊穿電壓還可以進一步增大，增強器件在大功率信號工作模式下的可靠性。
[0036]本發明實施例可以設置一層絕緣介質層7來達到上述目的，當絕緣介質的厚度比較厚時，也可以通過設置兩層以上的絕緣介質層7來實現上述目的。
[0037]可以理解的是，絕緣介質層7的高介電常數相對而言，本發明實施例中絕緣介質選用的相對介電常數大于9，例如Al2O3, HfO2，而為了使器件能夠增強前文中所提到有益效果，相對介電常數還可以大于30，例如T12，其相對介電常數通常大于80，在某種情況下，甚至可以達到130。需要說明的是，在本發明實施例中均以絕緣介質選用T12為優選方案進行說明。
[0038]當然，上述絕緣介質層7的介電常數和厚度并不是無限增大，通常以實際應用情況為準來確定合理的介電常數和厚度。
[0039]這里還需要說明的是，本發明實施例中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所示結構為例說明，柵長Lg = 0.4 μ m、絕緣介質層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，僅為本發明的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。
【權利要求】
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層的兩側； 柵極，形成于所述至少一層絕緣介質層的上方。
2.根據權利要求1所述的GaN基HEMT器件，其特征在于，所述絕緣介質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.根據權利要求1所述的GaN基HEMT器件，其特征在于，所述絕緣介質層的介電常數大于9。
4.根據權利要求1所述的GaN基HEMT器件，其特征在于，所述絕緣介質層的介電常數大于30。
5.根據權利要求1所述的GaN基HEMT器件，其特征在于，所述絕緣介質層的材料為T120
6.根據權利要求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 優先權日:2013年5月20日
【發明者】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有限責任公司