本发明专利技术涉及半导体材料中微波功率器件技术领域，公开了一种制作铝镓氮／氮化镓高电子迁移率场效应晶体管（ＡｌＧａＮ／ＧａＮ ＨＥＭＴ）多层场板器件的方法，该方法基于常规的ＡｌＧａＮ／ＧａＮ ＨＥＭＴ器件制作工艺，在形成栅金属接触后，先制作栅连接场板，再制作源连接场板，形成ＡｌＧａＮ／ＧａＮ ＨＥＭＴ多层场板器件。本发明专利技术同时公开了一种ＡｌＧａＮ／ＧａＮ ＨＥＭＴ多层场板器件。利用本发明专利技术，大大提高了ＡｌＧａＮ／ＧａＮ ＨＥＭＴ器件的击穿特性，并有效地抑制了ＡｌＧａＮ／ＧａＮ ＨＥＭＴ器件的电流崩塌现象。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体材料中微波功率器件
，尤其涉及一种铝镓氮/氮化镓高电子迁移率场效应晶体管(AlGaN/GaN HEMT)多层场板器 件及其制作方法。
技术介绍
氮化镓(GaN)作为第三代宽禁带半导体材料，以其禁带宽度大 (3.4eV)、击穿电压高(3.3MV/cm)、 二维电子气浓度高(大于1013cm2)、 饱和电子速度大(2.8xl07cm/s)等特性在国际上受到广泛关注。目前，AlGaN/GaN HEMT器件的高频、高压、高温以及大功率特性 使之在微波功率器件方面有着巨大的前景。对于常规的AlGaN/GaN HEMT器件，通常的工艺步骤如图1所示， 图1为目前制作常规AlGaN/GaN HEMT器件的方法流程图，该方法具体包括以下步骤-步骤101:光学光刻，形成对准标记，蒸发标记金属； 步骤102:光学光刻源漏图形，并蒸发源漏金属； 步骤103:退火，使源漏金属与衬底材料形成良好的欧姆接触； 步骤104:有源区隔离；步骤105:光学光刻制作栅线条； 步骤106:蒸发栅金属； 步骤107:金属布线； 步骤108:制作空气桥； 步骤109:测试分析。但是，AlGaN/GaN HEMT功率器件中仍有很多问题没有解决，关键 的两个问题是电流崩塌效应和过大的栅反向漏电。研究发现，这两个现象 都和AlGaN的表面态有直接的关系。为了降低表面陷阱效应以达到抑制电流崩塌的作用，氮化硅(SiN) 被采用做为介质膜对器件进行钝化工艺处理。钝化工艺的采用有效地抑制 了电流崩塌效应，增大了器件微波功率输出的能力。但是，也同时减小了 器件的击穿电压。如何折衷处理电流崩塌与击穿电压的关系，是使得AlGaN/GaN器件 应用在高频高压大功率领域的重要问题。为此，引入了栅连接场板的工艺。 栅连接场板的引入起到了调制栅-漏间的表面态陷阱的作用，以起到抑制电 流崩塌的作用；同时，场板的引入，使得栅一漏间的电场得到重新分布。未做场板前，栅-漏间电场强度最大点位于栅金属边缘，而栅-漏间的 场板使得电场强度最大值区域向漏端扩张，峰值降低，大大提高了器件的 击穿电压。但是，栅连接场板的加入增加了栅漏间的电容，同时也增加了耗尽区 的长度，导致了增益的下降。为了解决这个问题，提出了源连接场板的概 念。在这种结构中，场板和沟道间的电容是漏一源电容，可以被输出匹配网络吸收，而栅场板场板结构带来的Miller反馈电容也不存在了。因此， 有效地同时提高了器件的输出功率和增益。
技术实现思路
(一) 要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的一个目的在于提供一种AlGaN/GaN HEMT多层 场板器件，以提高AlGaN/GaN HEMT器件的击穿特性，并抑制AlGaN/GaN HEMTs器件的电流崩塌现象。本专利技术的另一个目的在于提供一种制作AlGaN/GaN HEMT多层场板 器件的方法，以提高AlGaN/GaN HEMTs器件的击穿特性，并抑制 AlGaN/GaN HEMTs器件的电流崩塌现象。(二) 技术方案为达到上述一个目的，本专利技术提供了一种AlGaN/GaN HEMT多层场 板器件，该器件包括栅极，位于栅极两侧的源极和漏极；其中，栅极、源极和漏极位于衬底材料顶层AlGaN外延层上，源极与AlGaN 外延层以及漏极与AlGaN外延层之间通过退火合金形成欧姆接触；形成了栅极、源极和漏极的器件表面淀积氮化硅(SiN)介质膜，在 该层介质膜上蒸发栅连接场板的图形；随后在已经形成的器件表面再次淀 积SiN介质膜，在该层介质膜上蒸发源连接场板的图形。所述衬底材料由下至上依次包括蓝宝石衬底、氮化镓GaN和AlGaN 外延层三层结构；其中，蓝宝石衬底，用于作为生长GaN外延层的衬底材料；AlGaN/GaN外延层结构，AlGaN外延层和GaN外延层间形成异质 结，产生高浓度的二维电子气，提供大的电流密度和功率输出能力。为达到上述另一个目的，本专利技术提供了一种制作AlGaN/GaN HEMT 多层场板器件的方法，该方法基于常规的AlGaN/GaN HEMT器件制作工 艺，在形成栅金属接触后，先制作栅连接场板，再制作源连接场板，形成 AlGaN/GaN HEMT多层场板器件。该方法具体包括A、 在衬底材料上进行光学光刻，形成对准标记，蒸发标记金属；B、 在蒸发过标记金属后，在AlGaN外延层上光学光刻源漏图形，并 蒸发源漏金属，然后高温快速热退火，在源漏金属与衬底材料之间形成欧 姆接触，形成源极和漏极；C、 进行离子注入，对有源区进行隔离；D、 在衬底材料上源极和漏极之间的位置光学光刻制作栅线条，蒸发 栅金属，形成栅极；E、 在制作有源极、漏极和栅极的衬底材料表面淀积SiN介质膜；F、 光学光刻栅场板图形，蒸发金属；G、 二次淀积SiN介质膜；H、 光学光刻源场板图形，蒸发金属；I、 光学光刻金属布线图形，蒸发金属。 所述衬底材料从上到下依次为AlGaN、 GaN和蓝宝石。 所述衬底材料在AlGaN与GaN之间进一步包括一层A1N。步骤B中所述蒸发的源漏金属为Ti/Al/Ti/Au，所述高温快速热退火的条件为在750。C至800。C的氮气氛围中退火30秒。步骤C中所述进行离子注入时注入的离子为高能He+离子；步骤D中所述蒸发的栅金属为Ni/Au，步骤F中所述蒸发的金属为Ni/Au,步骤H中所述蒸发的金属为Ni/Au，步骤I中所述蒸发的金属为Ti/Au。步骤E中所述淀积采用PECVD方法，淀积介质膜种类为Si3N4，淀积 的介质膜的厚度为1000 A;步骤G中所述淀积采用PECVD方法，淀积介质膜种类为Si3N4，淀 积的介质膜的厚度为3000A。该方法进一步包括J、制作空气桥和测试分析。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果1、 本专利技术提供的这种AlGaN/GaN HEMT多层场板器件及其制作方 法，由于基于常规的AlGaN/GaN HEMT器件制作工艺，在形成栅金属接 触后，先制作栅连接场板，再制作源连接场板，形成AlGaN/GaN HEMT 多层场板器件，所以大大提高了 AlGaN/GaN HEMT器件的击穿特性，并 有效地抑制了 AlGaN/GaN HEMT器件的电流崩塌现象。2、 利用本专利技术制作的AlGaN/GaN HEMT多层场板器件，从击穿电压 测试可以看出，该结构的击穿电压远比只采用栅连接场板或源连接场板结 构的击穿电压大，这是因为，两层场板的采用，使得栅一漏间的电场由一 层场板的两个尖峰变成了三个尖峰的E型结构，峰值变小，也就是最大电场值变小，所以击穿电压得到提高。3、利用本专利技术制作的AlGaN/GaNHEMT多层场板器件，在功率输出 方面，基本完全消除了电流崩塌现象。而且，不同于常规结构的是，常规 结构HEMT器件在二十几伏的漏压下功率就达到饱和，即使漏压可以加上 去，输出功率基本不增加，而采用两层场板结构的HEMT器件，在大电压 情况时，当漏压大于40伏，随着漏压的增加，输出功率仍然增加，证明 这种结构的HEMT结构充分发挥了 AlGaN/GaN材料体系在功率输出上的 潜力。附图说明图1为目前制作常规AlGaN/GaNHEMT器件的方法流程图； 图2为本专利技术提供的AlGaN/GaN HEMT多层场板器件的结构示意图本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种铝镓氮／氮化镓高电子迁移率场效应晶体管多层场板器件，其特征在于，该器件包括栅极，位于栅极两侧的源极和漏极；其中，栅极、源极和漏极位于衬底材料顶层铝镓氮ＡｌＧａＮ外延层上，源极与ＡｌＧａＮ外延层以及漏极与ＡｌＧａＮ外延层之间通过退火合金形成欧姆接触；形成了栅极、源极和漏极的器件表面淀积氮化硅ＳｉＮ介质膜，在该层介质膜上蒸发栅连接场板的图形；随后在已经形成的器件表面再次淀积ＳｉＮ介质膜，在该层介质膜上蒸发源连接场板的图形。
【技术特征摘要】
1. 一种铝镓氮/氮化镓高电子迁移率场效应晶体管多层场板器件，其特征在于，该器件包括栅极，位于栅极两侧的源极和漏极；其中，栅极、源极和漏极位于衬底材料顶层铝镓氮AlGaN外延层上，源极与AlGaN外延层以及漏极与AlGaN外延层之间通过退火合金形成欧姆接触；形成了栅极、源极和漏极的器件表面淀积氮化硅SiN介质膜，在该层介质膜上蒸发栅连接场板的图形；随后在已经形成的器件表面再次淀积SiN介质膜，在该层介质膜上蒸发源连接场板的图形。2、 根据权利要求1所述的铝镓氮/氮化镓高电子迁移率场效应晶体管 多层场板器件，其特征在于，所述衬底材料由下至上依次包括蓝宝石衬底、 氮化镓GaN和AlGaN外延层三层结构；其中，蓝宝石衬底，用于作为生长GaN外延层的衬底材料;AlGaN/GaN 外延层结构，AlGaN外延层和GaN外延层间形成异质结，产生高浓度的二维电子气，提供大的电流密度和功率输出能力。3、 一种制作AlGaN/GaNHEMT多层场板器件的方法，其特征在于， 该方法基于常规的AlGaN/GaN HEMT器件制作工艺，在形成栅金属接触 后，先制作栅连接场板，再制作源连接场板，形成AlGaN/GaN HEMT多 层场板器件。4、 根据权利要求3所述的制作AlGaN/GaN HEMT多层场板器件的方 法，其特征在于，该方法具体包括A、 在衬底材料上进行光学光刻，形成对准标记，蒸发标记金属；B、 在蒸发过标记金属后，在AlGaN外延层上光刻源漏图形，并蒸发 源漏金属，然后高温快速热退火，在源漏金属与衬底材料之间形成欧姆接 触，形成源极和漏极；C、 进行离子注入，对有源区进行隔离；D、 在衬底材料上源极和漏极之间的位置光学光刻制作栅线条，蒸发 栅...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘果果，刘新宇，郑英奎，魏珂，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。