一种具有多重栅极结构的晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有多重栅极结构的晶体管，包括由下至上依次层叠的衬底、缓冲层、GaN形成的沟道层及AlGaN或InAlGaN形成的势垒层，势垒层上设置有源极、漏极及位于两者之间的若干子栅极，该些子栅极由源极向漏极方向分立间隔排布以形成多重栅极结构，各子栅极包括由p型Al1-xGaxN或p型In1-y-zGayAlzN形成的栅极接触层，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，且栅极接触层与势垒层间形成接触面。相较于传统单一栅极的结构，上述多重栅极可以有效的分散电场，从而抑制栅极旁产生的强电场导致的崩压现象。本发明专利技术还提供了上述晶体管的制备方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件，特别是涉及一种具有多重栅极结构的晶体管及其制备方法。
技术介绍
场效应晶体管是利用控制输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件。由于氮化镓(GaN)材料具有好的散热性能、高的击穿电场、高的饱和速度，氮化镓场效应晶体管在大功率高频能量转换和高频微波通讯等方面有着远大的应用前景。习知的GaN基晶体管，是利用AlGaN/GaN的异质结构形成二维电子气层(2-DGE)，在源极和漏极之间通过改变栅极加压控制二维电子气的电子浓度，从而控制晶体管的工作状态。根据工作方式的不同，GaN基晶体管又分为增强型和耗尽型。在目前的增强型氮化镓(GaN)晶体管中，不论是使用硅(Si)，碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)衬底，因其在高电流与高电压的状态下操作,如何抑制栅极旁因高电压产生的强电场导致的崩压现象是众多研究单位所研究的主题。目前常使用的解决方案为使用栅极与源极电场板,此类结构经过适当的金属电场板与介电层交错而成,一般使用钨(W),镍(Ni),钼(Mo)作为常被使用的接触金属而电场板金属则多为金(Au)，铝(Al)等，但其结构较为复杂,且需使用多层光罩,工艺复杂且可靠性较低。另一个作法则是使用P-GaN或P-AlGaN的Cap层，利用P-GaN或P-AlGaN使氮化镓组件之栅极与肖特基层为P-N接面，从而达到增强型的效果，也对栅极旁电场的降低有所帮助，但其降低效果有限，难以达到实际使用需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术之不足，提供一种具有多重栅极结构的晶体管及其制备方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有多重栅极结构的晶体管，包括由下至上依次层叠的衬底、缓冲层、GaN形成的沟道层及AlGaN或InAlGaN形成的势垒层，势垒层上设置有源极及漏极；于势垒层上所述源极和漏极之间设置有若干子栅极，该些子栅极由所述源极向漏极方向分立间隔排布以形成多重栅极结构；各子栅极包括由p型Al1-xGaxN或p型In1-y-zGayAlzN形成的栅极接触层，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，且栅极接触层与势垒层间形成接触面。优选的，该些子栅极于所述源极和漏极之间等距离间隔的平行排布。优选的，由所述源极向所述漏极方向该些子栅极的长度依次递增。优选的，该些子栅极的长度由0.1～5μm递增至0.5～10μm，且各子栅极依次比前一子栅极的长度增加10～100％。优选的，还包括一设置于所述势垒层上方并至少覆盖所述源极、漏极和各子栅极部分表面的钝化层，所述钝化层是SiO2、SiN、Al2O3、Hf2O或绝缘类钻碳，其中所述绝缘类钻碳中，sp2键的含量小于20％。优选的，所述源极、漏极和各子栅极顶端分别设置有加厚电极，所述加厚电极选自Ti/Au、Ti/Al、Ti/Pt/Au或Cr/Au的多金属层。优选的，所述各子栅极于所述栅极接触层和相应的加厚电极之间还设置有接触电极层，所述接触电极层是Ti、Ni、Cu、Al、Pt、W、Mo、Cr、Au或上述金属的组合层。优选的，所述势垒层于所述栅极区域下凹形成若干与所述各子栅极一一对应的沟槽，所述各子栅极分别设置于所述沟槽上。一种上述具有多重栅极结构的晶体管的制备方法包括以下步骤：(1)于一衬底上依次形成缓冲层、沟道层、势垒层及p型Al1-xGaxN或p型In1-y-zGayAlzN化合物外延，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1；(2)定义栅极区域，蚀刻所述p型Al1-xGaxN或p型In1-y-zGayAlzN外延层以于栅极区域内形成若干分立间隔排布的栅极接触层；(3)于势垒层表面上所述栅极区域两侧分别形成源极和漏极；(4)于所述各栅极接触层顶端沉积接触电极层形成各子栅极；(5)沉积一钝化层，所述钝化层覆盖于步骤(4)形成的结构上方；(6)于所述源极、漏极和各子栅极顶端开窗镀上加厚电极。优选的，步骤(3)具体包括以下子步骤：通过电子束蒸镀的方法于所述势垒层表面的两个区域分别蒸镀上Ti/Al/Ni/Au多金属层，其中所述Ti/Al/Ni/Au的厚度分别是25/125/45/55nm；于800-950℃下退火5-45秒形成欧姆接触，形成所述源极和漏极。优选的，步骤(2)中，是通过干法蚀刻和/或湿式蚀刻的方式形成所述若干分立间隔排布的栅极接触层。优选的，步骤(1)中，通过磁控溅镀、离子蒸镀、电弧离子蒸镀的方法形成所述p型Al1-xGaxN或p型In1-y-zGayAlzN化合物外延。优选的，步骤(1)中，还包括于所述势垒层上蚀刻形成若干分立间隔的沟槽的步骤，所述p型Al1-xGaxN或p型In1-y-zGayAlzN外延层覆盖所述若干沟槽。本专利技术的有益效果是：1.以p型Al1-xGaxN或p型In1-y-zGayAlzN型作为栅极，与势垒层形成p-n接触面而提高势垒，进而提高阈值电压，实现增强型工作的目的，同时将单一栅极设计成由多个分立的子栅极间隔排列形成的多重栅极结构，多个子栅极并联后外接电路，使p-n结的空乏区得以延伸，电位线密集度因此下降，可以有效的分散电场，从而有效抑制栅极旁产生的强电场导致的崩压现象，亦使该增强型晶体管具有较佳的电流阻断能力。2.由源极向漏极方向子栅极的长度依次递增后，可以有效将原本集中于栅极旁集中之电力线平均分散，使材料内部电场分布较为均匀，可承受较大的崩溃电压。3.制程简单，无特殊工艺要求，可控性强，适于实际生产应用。附图说明图1为本专利技术第一实施例之结构示意图；图2为本专利技术第二实施例之结构示意图。具体实施方式以下结合附图及实施例对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术的各附图仅为示意以更容易了解本专利技术，其具体比例可依照设计需求进行调整。文中所描述的图形中相对元件的上下关系，在本领域技术人员应能理解是指构件的相对位置而言，因此皆可以翻转而呈现相同的构件，此皆应同属本说明书所揭露的范围。实施例1参考图1，本实施例的晶体管100，由下至上依次层叠有衬底101、缓冲层102、沟道层103及势垒层104，势垒层104的上表面设置有源极105、漏极106及于两者之间分立间隔排布的若干子栅极107。在上述结构的上方覆盖有钝化层109，钝化层109于源极105、漏极106及各子栅极107上方分别设有开口，并在开口分别设置有加厚电极108a、108b及108c。衬底101及缓冲层102是习知晶体管的材料及结构，沟道层103由GaN形成，势垒层104由AlGaN或InAlGaN形成。各子栅极107包括直接设于势垒层104上表面并由p型Al1-xGaxN或p型In1-y-zGayAlzN(其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1)形成的栅极接触层1071及设于栅极接触层1071顶端的接触电极层1072。AlGaN与p型Al1-xGaxN之间形成p-n接触面，其势垒较普通的肖特基接触(金属栅极/氮化铝镓)引起的势垒高，可以增加阈值电压。接触电极层1072具体可以是Ti、Ni、Cu、Al、Pt、W、Mo、Cr、Au或上述金属的组合层。多个分立间隔排布的子栅极107构成多重结构的栅极。具体的，这些子栅极107在源极105和漏极106之间等距离间隔的平行排布，且由源极105向漏极10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有多重栅极结构的晶体管，包括由下至上依次层叠的衬底、缓冲层、GaN形成的沟道层及AlGaN或InAlGaN形成的势垒层，势垒层上设置有源极及漏极，其特征在于：于势垒层上所述源极和漏极之间设置有若干子栅极，该些子栅极由所述源极向漏极方向分立间隔排布以形成多重栅极结构；各子栅极包括由p型Al1‑xGaxN或p型In1‑y‑zGayAlzN形成的栅极接触层，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，且栅极接触层与势垒层间形成接触面。

【技术特征摘要】
1.一种具有多重栅极结构的晶体管，包括由下至上依次层叠的衬底、缓冲层、GaN形成的沟道层及AlGaN或InAlGaN形成的势垒层，势垒层上设置有源极及漏极，其特征在于：于势垒层上所述源极和漏极之间设置有若干子栅极，该些子栅极由所述源极向漏极方向分立间隔排布以形成多重栅极结构；各子栅极包括由p型Al1-xGaxN或p型In1-y-zGayAlzN形成的栅极接触层，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，且栅极接触层与势垒层间形成接触面。2.根据权利要求1所述的具有多重栅极结构的晶体管，其特征在于：该些子栅极于所述源极和漏极之间等距离间隔的平行排布。3.根据权利要求1或2所述的具有多重栅极结构的晶体管，其特征在于：由所述源极向所述漏极方向该些子栅极的长度依次递增。4.根据权利要求3所述的具有多重栅极结构的晶体管，其特征在于：该些子栅极的长度由0.1～5μm递增至0.5～10μm，且各子栅极依次比前一子栅极的长度增加10～100％。5.根据权利要求1所述的具有多重栅极结构的晶体管，其特征在于：还包括一设置于所述势垒层上方并至少覆盖所述源极、漏极和各子栅极部分表面的钝化层，所述钝化层是SiO2、SiN、Al2O3、Hf2O或绝缘类钻碳，其中所述绝缘类钻碳中，sp2键的含量小于20％。6.根据权利要求1所述的具有多重栅极结构的晶体管，其特征在于：所述源极、漏极和各子栅极顶端分别设置有加厚电极，所述加厚电极选自Ti/Au、Ti/Al、Ti/Pt/Au或Cr/Au的多金属层。7.根据权利要求6所述的具有多重栅极结构的晶体管，其特征在于：所述各子栅极于所述栅极接触层和相应的加厚电极之间还设置有接触电极层，所述接触电极层是Ti、Ni、Cu、Al、Pt、W、Mo、Cr、Au或上述金属的组合层。8.根据权利要求1所述的具有多重栅极结构的晶体管，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶念慈，
申请(专利权)人：厦门市三安集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35