一种具有ESD栅极防护的p-GaNHEMT器件制造技术

本发明专利技术属于半导体器件及集成电路技术领域，具体的说是涉及一种具有ESD栅极防护的p

【技术实现步骤摘要】
一种具有ESD栅极防护的p
‑
GaN HEMT器件


[0001]本专利技术属于半导体器件及集成电路
，具体涉及一种具有ESD栅极防护的p
‑
GaNHEMT器件。

技术介绍

[0002]氮化镓(GaN)是第三代宽禁带半导体材料代表，受到各国研究人员的广泛关注。GaN 材料具有禁带宽度大、饱和电子漂移速度高、介电常数小及良好的化学稳定性等特点，因此， GaN基HEMT器件与Si基器件相比，具有较低的导通电阻、较小寄生电容、较高的击穿电压等优良性能，可以满足下一代系统对半导体器件更大功率、更小体积、更高频率的应用需求。
[0003]然而，传统的基于AlGaN/GaN异质结器件由于存在自发极化和压电极化效应形成天然的二维电子气导电沟道，为耗尽型器件。但是由于耗尽型器件会增大应用时驱动电路设计的复杂性和可靠性，因此需要增强型的GaN器件来满足应用需求。目前几种常用的增强型技术中， p
‑
GaN增强型器件已经实现商业化。p
‑
GaN HEMT器件的实现方法为在栅极区域外延一层p 型GaN层，p
‑
GaN与AlGaN/GaN异质结形成类PiN结构，类二极管结构中内建电场能够抵消AlGaN/GaN异质结中自发极化和压电极化产生的电场作用，从而能够耗尽栅极下方的二维电子气，从而使得器件具有常关型特性。由于p
‑
GaN HEMTs器件特有的Metal/p
‑
GaN/AlGaN 栅极结构限制了栅极工作电压范围，当前常见的p
‑
GaN HEMTs器件栅极的工作电压范围约为
ꢀ‑
4～6V。同时，在实际应用中，为了降低器件工作时的导通电阻，栅极工作电压一般在5V左右，这就导致p
‑
GaN HEMT器件在工作时的安全电压范围很低。另外，由于p
‑
GaN HEMT 器件栅极Metal/p
‑
GaN结部分为肖特基接触，当栅极施加正压时Metal/p
‑
GaN结部分反偏，所以在p
‑
GaN HEMTs栅极施加高压时，栅极极易击穿导致器件失效。
[0004]根据前期研究结果表明，p
‑
GaN HEMTs栅极与源极之间在基于HBM模型的ESD可靠性测试中，失效电压仅200～400V，远低于2000V的工业标准。因此急需一种具备栅极ESD防护的器件，来提升p
‑
GaN HEMT器件栅极源极间ESD可靠性，使p
‑
GaN HEMT器件满足ESD 可靠性标准。

技术实现思路

[0005]本专利技术在于克服传统p
‑
GaN HEMT器件栅极源极间ESD可靠性无法满足工业标准的问题，提供一种具备栅极ESD防护能力的p
‑
GaN HEMT器件。实现不影响器件的正常工作， ESD耐压电压等级更高，更节约芯片面积，且产生的额外功耗更小的器件。
[0006]本专利技术的技术方案为：
[0007]一种具有ESD栅极防护的p
‑
GaN HEMT器件，其特征在于，包括作为主功率器件的第一增强型p
‑
GaN HEMT器件、作为触发器件的第二增强型p
‑
GaN HEMT器件、第一限流电阻和第二限流电阻；所述第一限流电阻的一端与第一增强型p
‑
GaN HEMT器件的源极连接，第一限流电阻的另一端与第二增强型p
‑
GaN HEMT器件的栅极连接；所述第二限流电阻的一端与
第一增强型p
‑
GaN HEMT器件的栅极连接，第二限流电阻的另一端与第二增强型p
‑
GaNHEMT器件的栅极连接；所述第二增强型p
‑
GaN HEMT器件的漏极与第一增强型p
‑
GaNHEMT器件的栅极连接，第二增强型p
‑
GaN HEMT器件的源极与第一增强型p
‑
GaN HEMT 器件的源极连接。
[0008]进一步的，所述第一增强型p
‑
GaN HEMT器件和第二增强型p
‑
GaN HEMT器件的栅极金属与p
‑
GaN层接触为欧姆接触或者肖特基接触。
[0009]进一步的，所述第一和第二限流电阻为二维电子气沟道形成的电阻或通过外延形成的薄膜电阻。
[0010]本专利技术的有益效果为：本专利技术利用ESD发生时产生的瞬态随时间增大的电压，再通过第一限流电阻和第二限流电阻之间的分压，在第二增强型器件的栅极产生一个大于阈值电压的信号，使第二增强型器件的导电沟道开启来泄放ESD电荷，从而实现对p
‑
GaN HEMT器件栅极的防护。相比于传统p
‑
GaN HEMT器件，栅极ESD失效电压能够提升19倍以上，不牺牲其他电学特性。其次，由于该专利技术制备过程与增强型p
‑
GaN HEMTs工艺兼容，能够大幅降低与传统p
‑
GaN HEMT器件集成时的制备工艺难度。
附图说明
[0011]图1为提出的具有ESD栅极防护的p
‑
GaN HEMT器件结构原理图；(a)为具有ESD栅极防护的p
‑
GaN HEMT器件的三维结构图，(b)为三维结构图的俯视图。
[0012]图2(a)为传统p
‑
GaN HEMT器件的等效模型，(b)为本专利技术提出的具有ESD防护的 p
‑
GaN HEMT器件的等效模型。
[0013]图3为本专利技术的具有ESD栅极防护功能的p
‑
GaN HEMT器件在正偏ESD发生时的工作原理。
[0014]图4为本专利技术的栅源间产生的功耗与相应时间与第一限流电阻R1的关系。
[0015]图5为本专利技术的TLP I
‑
V特性曲线与传统p
‑
GaN HEMT器件的对比。
[0016]图6为本专利技术的静态I
‑
V特性与传统p
‑
GaN HEMT器件的对比；(a)击穿特性；(b)输出特性；(c)转移特性；(d)I
GS
‑
V
GS
特性。
具体实施方式
[0017]下面结合附图对本专利技术进行详细描述。
[0018]如图1所示，本专利技术由第一增强型p
‑
GaN HEMT器件(Main p
‑
GaN HEMT)，第二增强型p
‑
GaN HEMT器件(Self
‑
triggered p
‑
GaN HEMT)，第一限流电阻(R1)和第一限流电阻(R2) 组成。本专利技术的具有ESD栅极防护的p
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有ESD栅极防护的p
‑
GaN HEMT器件，其特征在于，包括作为主功率器件的第一增强型p
‑
GaN HEMT器件、作为触发器件的第二增强型p
‑
GaN HEMT器件、第一限流电阻和第二限流电阻；所述第一限流电阻的一端与第一增强型p
‑
GaN HEMT器件的源极连接，第一限流电阻的另一端与第二增强型p
‑
GaN HEMT器件的栅极连接；所述第二限流电阻的一端与第一增强型p
‑
GaN HEMT器件的栅极连接，第二限流电阻的另一端与第二增强型p
‑
GaN HEMT器件的栅极连接；所述第二增强型p
‑
GaN HEMT器件的漏极与...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈万军，信亚杰，段力冬，孙瑞泽，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：