具有栅极隔离物的增强型GaN高电子迁移率晶体管器件及其制备方法技术

一种具有自对准的栅极隔离物、栅极金属材料和栅极化合物的增强型GaN器件，及其制备方法。使用单一光掩模对上述各材料进行图案化和进行蚀刻，这可降低制造成本。所述栅极隔离物和所述栅极化合物的界面比介电膜和所述栅极化合物的界面具有更低的泄漏，从而降低栅极泄漏。此外，使用欧姆接触金属层作为场板，以减小朝向漏极触点的掺杂的III-V栅极化合物拐角处的电场，这导致减小的栅极泄漏电流和改进的栅极可靠性。

【技术实现步骤摘要】
具有栅极隔离物的增强型GaN高电子迁移率晶体管器件及其制备方法
本专利技术涉及增强型氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)器件的领域。具体地，本专利技术涉及用于提供具有栅极隔离物的增强型HEMT器件的方法和装置。
技术介绍
氮化镓(GaN)半导体器件用作功率半导体器件日益受到欢迎，原因在于氮化镓(GaN)半导体器件具有承载大电流和支持高电压的能力。这些器件的开发通常旨在高功率/高频率应用。针对这类应用而制造的器件是基于表现出高电子迁移率的常规器件结构，且被称为异质结场效应晶体管(HFET)、高电子迁移率晶体管(HEMT)或调制掺杂场效应晶体管(MODFET)等多种名称。GaNHEMT器件包括具有至少两个氮化物层的氮化物半导体。形成于该半导体或缓冲层上的不同材料导致这些层具有不同的带隙。在相邻氮化物层中的不同材料还导致极化，这有助于在这两层接合处附近，尤其在具有较窄带隙的层中形成导电二维电子气(2DEG)区。导致极化的氮化物层通常包括与GaN层相邻的AlGaN阻挡层以便包括上述2DEG，其允许电荷流过该器件。该阻挡层可以是掺杂或无掺杂的。由于所述2DEG区在零栅偏压下，存在于栅极下方，所以大多数氮化物器件是常开型或耗尽型器件。如果在施加零栅偏压时在栅极下方的2DEG区被耗尽，即被移除，则该器件可以是增强型器件。增强型器件是常关型，并且由于它们提供的附加安全性以及由于它们更易于由简单、低成本的激励电路来控制，因而符合需要。为了传导电流，增强型器件需要在栅极施加正偏压。在常规的增强型GaN晶体管中，通过利用单独的光掩模来限定栅极金属以及p-型GaN材料或p-型AlGaN材料。例如，图1(现有技术)示出了用两种不同的光掩模处理栅极金属与栅极pGaN。图1示例说明了常规的增强型GaN晶体管器件100，其包括可为蓝宝石或硅的衬底101、多个过渡层102、非掺杂的GaN材料103、非掺杂的AlGaN材料104、源极欧姆接触金属109、漏极欧姆接触金属110、p-型AlGaN或p-型GaN材料105、高度掺杂的p-型GaN材料106以及栅极金属111。如图1中所示，栅极金属、p-型GaN或p-型AlGaN材料由两个单独的光掩模限定。第一掩模用于通过使硬掩模图案化并使p-型GaN选择性地生长或通过使p-型GaN图案化并被蚀刻来形成p-型GaN或p-型AlGaN。第二掩模用于通过使栅极金属图案化并剥离栅极金属或通过使栅极金属图案化并被蚀刻来形成栅极金属。所述两个掩模工艺导致比光/蚀刻最小CD更宽的栅极长度。这导致高的栅极电荷、更宽的单元间距和更高的Rdson(“导通电阻”)。常规的制造方法还会增加生产成本。另一个缺陷在于，最高的电场位于朝向漏极欧姆接触金属的p-型GaN材料或p-型AlGaN材料的栅极拐角处。这种高电场导致高的栅极泄漏电流和高的栅极可靠性危险。希望提供具有自对准栅极的增强型GaN晶体管结构，其可避免现有技术的上述缺陷。还希望提供减小p-型GaN或AlGaN的栅极拐角处的高电场的特征。
技术实现思路
本说明书公开的实施方案涉及具有自对准的栅极隔离物、栅极金属材料和栅极化合物的增强型GaN晶体管，及其制备方法。利用单一光掩模对这些材料进行图案化和进行蚀刻，这样可降低生产成本。所述栅极隔离物和所述栅极化合物的界面比介电膜和所述栅极化合物的界面具有更低的泄漏，从而降低栅极泄漏。此外，使用欧姆接触金属层作为场板(fieldplate)来减小朝向漏极触点的掺杂的III-V栅极化合物拐角处的电场，这导致减小的栅极泄漏电流和改进的栅极可靠性。附图说明图1显示常规增强型GaN晶体管的横截面视图。图2显示具有根据此处描述的本专利技术第一个实施方案形成的栅极隔离物的增强型GaNHEMT器件。图3A-3H示意显示根据本专利技术第一实施方案的增强型GaNHEMT器件的形成。图4显示具有根据本专利技术第二实施方案形成的栅极隔离物的增强型GaNHEMT器件。图5A-5G示意显示根据本专利技术第二实施方案的增强型GaNHEMT器件的形成。图6显示具有根据本专利技术第三实施方案形成的栅极隔离物的增强型GaNHEMT器件。图7A-7H示意显示根据本专利技术第三实施方案的增强型GaNHEMT器件的形成。图8显示具有根据本专利技术第四实施方案形成的栅极隔离物的增强型GaNHEMT器件。图9A-9G示意显示根据本专利技术第四实施方案的增强型GaNHEMT器件的形成。具体实施方式在以下详细说明中，涉及某些实施方案。对这些实施例进行足够详细的描述，以使本领域的技术人员能够实施它们。应理解的是，可采用其它实施方案，并且可对各种结构、逻辑以及电气进行改变。本专利技术涉及具有自对准的栅极隔离物、栅极金属材料和栅极化合物的增强型GaNHEMT器件，及制备这类器件的方法。利用单一光掩模对这些材料进行图案化和进行蚀刻，由此降低生产成本。此外，所述栅极隔离物21和所述栅极化合物的界面比介电膜和所述栅极化合物的界面具有更低的泄漏，从而降低栅极泄漏。此外，使用欧姆接触金属层作为场板，以减小朝向漏极触点的掺杂的III-V栅极化合物拐角处的电场，这导致减小的栅极泄漏电流和改进的栅极可靠性。在源极电位下的场板保护栅极免受漏极偏压的影响。减少了栅极-漏极电荷(Qgd)。参照图2和3A-3H，现在描述用于形成具有栅极隔离物和自对准栅极的增强型GaNHEMT器件的第一实施方案，其中在整个附图中对于同一特征一致地使用相同的附图标记。图2显示通过下文针对图3A-3E描述的方法形成的增强型GaNHEMT器件200，其具有自对准的栅极金属17和III-V栅极化合物15。器件200包括硅衬底11、缓冲材料12、非掺杂的GaN缓冲材料13、非掺杂的AlGaN阻挡材料14、III-V栅极化合物15、栅极金属17、电介质材料18、漏极欧姆接触19、源极欧姆接触20和电介质隔离物21。源极金属20还用作在栅极上方并朝向漏极触点延伸的场板。图3A显示GaNHEMT器件200a的EPI结构，从下向上包括硅衬底11、缓冲材料12、非掺杂的GaN缓冲材料13、非掺杂的AlGaN阻挡材料14和III-V栅极化合物材料15。所述非掺杂的GaN缓冲材料13优选具有约0.5μm至约5μm的厚度。所述非掺杂的AlGaN阻挡材料14优选具有约至约的厚度。所述非掺杂的AlGaN阻挡材料14包括占AlGaN材料中金属含量的约12％-28％的Al。所述III-V栅极化合物15可具有约至约的厚度。另外，所述III-V栅极化合物15可具有每立方厘米约1018至约1020个原子的p-型掺杂浓度。如图3B中所示，栅极金属17沉积到图3A中所示的EPI结构上。可替代地，栅极金属17可在上述EPI生长结束时进行生长。栅极金属17可由难熔金属或其化合物制成，例如由钽(Ta)、氮化钽(TaN)、氮化钛(TiN)、钯(Pd)、钨(W)、硅化钨(WSi2)制成。随后，使用单一光掩模对栅极金属17进行图案化和进行蚀刻，形成图3C中所示的堆栈(stack)和结构。所述栅极金属17通过诸如等离子体蚀刻的任何已知技术进行蚀刻，之后进行光刻胶的剥离。现在参照图3D，电介质材料21，例如二氧化硅(SiO2)或等离子体增强化学气相沉积(PECVD)氮化硅(Si3N4)，被沉积在图3本文档来自技高网...

【技术保护点】
增强型GaN晶体管，包含：衬底；在所述衬底之上的缓冲材料；在所述缓冲材料之上的阻挡材料；在所述阻挡材料之上的栅极III?V化合物；在所述栅极III?V化合物之上的栅极金属；和至少在所述栅极金属的侧壁上形成的隔离物材料。

【技术特征摘要】
2012.02.23 US 13/403,4001.形成增强型GaN晶体管的方法，所述方法包括：在衬底上形成缓冲材料；在所述缓冲材料之上形成AlGaN阻挡层；在所述AlGaN阻挡层之上形成栅极III-V化合物；在所述栅极III-V化合物的上表面的第一部分上形成含栅极金属的堆栈；在所述栅极III-V化合物的所述上表面的第二部分上以及在所述栅极金属的堆栈的侧壁上形成隔离物材料，其中所述隔离物材料是电介质材料；使用所述栅极金属和隔离物材料作为掩模对所述栅极III-V化合物进行蚀刻；沉积电介质层；蚀刻所述电介质层，以暴露漏极和源极接触区域；和在暴露...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大·利道，罗伯特·比奇，阿兰娜·纳卡塔，曹建军，赵广元，罗伯特·斯特里特马特，刘芳昌，
申请(专利权)人：宜普电源转换公司，
类型：发明
国别省市：