一种具有负离子注入钝化层的场效应晶体管制造技术

本发明专利技术公开了一种具有负离子注入钝化层的场效应晶体管，从下至上依次主要由衬底，氮化镓缓冲层，氮化镓沟道层，铝镓氮势垒层以及钝化层组成，在势垒层上形成与势垒层成欧姆接触的源极、漏极以及与势垒层成肖特基接触的栅极。本发明专利技术在栅极漏端的钝化层内引入负离子注入区域，负离子注入区域中的负离子会排斥部分二维电子气沟道电子，形成LDD(Low-Densit Drain)结构，在不牺牲器件可靠性的基础上调制了沟道电场分布使其更加均匀，提升了器件的耐压。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种具有负离子注入钝化层的场效应晶体管，从下至上依次主要由衬底，氮化镓缓冲层，氮化镓沟道层，铝镓氮势垒层以及钝化层组成，在势垒层上形成与势垒层成欧姆接触的源极、漏极以及与势垒层成肖特基接触的栅极。本专利技术在栅极漏端的钝化层内引入负离子注入区域，负离子注入区域中的负离子会排斥部分二维电子气沟道电子，形成LDD(Low-Densit Drain)结构，在不牺牲器件可靠性的基础上调制了沟道电场分布使其更加均匀，提升了器件的耐压。【专利说明】一种具有负离子注入钝化层的场效应晶体管
本专利技术涉及半导体器件领域，具体涉及一种在钝化层具有负离子注入区域的氮化 镓基异质结场效应管。
技术介绍
氮化镓（GaN)基异质结场效应晶体管具有禁带宽度大、临界击穿电场高、电子饱 和速度高、导热性能好、抗辐射和良好的化学稳定性等优异特性，同时氮化镓（GaN)材料可 以与铝镓氮（AlGaN)等材料形成具有高浓度和高迁移率的二维电子气异质结沟道，因此特 别适用于高压、大功率和高温应用，是电力电子应用最具潜力的晶体管之一。 图1为基于现有技术的传统GaN HFET结构示意图，主要包括：衬底101，氮化镓 (GaN)缓冲层102,氮化镓（GaN)沟道层103,铝镓氮（AlGaN)势垒层104以及钝化层105、 106,以及铝镓氮（AlGaN)势垒层104上表面设置的源极107、漏极108和栅极109,其中源极 107和漏极108均与铝镓氮（AlGaN)势垒层104形成欧姆接触，栅极109与铝镓氮（AlGaN) 势垒层104形成肖特基接触。但是对于上述传统的GaN HFET而言，当器件承受耐压时，由于 栅极和漏极之间沟道二维电子气不能够完全耗尽，使得沟道电场主要集中在栅极边缘，导 致器件在较低的漏极电压下便被击穿；同时，从源极注入的电子可以经过GaN缓冲层到达 漏极，形成漏电通道，过大的缓冲层泄漏电流同样会导致器件提前击穿，无法充分发挥GaN 材料的高耐压优势，从而限制GaN HFET在高压方面的应用。 在本专利技术提出以前，为了使栅极与漏极之间电场分布更加均匀，抑制缓冲层泄漏 电流，提高器件击穿电压，通常使用以下方法： (1)在器件的电学结构中引入负离子注入区域。在势鱼层注入负离子可以排斥沟道中的二维电子气，形成LDD(Low-Densit Drain)结构，能够使沟道电场更加均匀达到提升耐压的作用，但在器件的电学结构中注入 负离子，会对器件的高压和高温可靠性造成明显影响。 (2)在缓冲层内掺入碳、铁等杂质。碳、铁等 杂质会在GaN缓冲层内引入深能级电子陷阱，俘获从源极注入的电子，增大缓冲层电阻，同 时被电子占据的陷阱有助于耗尽沟道中二维电子气，使器件沟道电场分布更加均匀。但是 该技术不能完全耗尽沟道中的二维电子气，无法充分发挥GaN材料的耐压优势，同时碳、铁 等杂质引入的深能级陷阱会导致诸如导通电阻增大、输出电流下降、电流崩塌效应和反应 速度下降等负面影响。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种具有耐压能力的氮化镓基异质结场效应 管。 本专利技术采用如下述技术方案：一种具有负离子注入钝化层的场效应晶体管，其结 构如图1所示，由下至上依次主要由衬底101、氮化镓（GaN)缓冲层102、氮化镓（GaN)沟道 层103、铝镓氮（AlGaN)势垒层104以及钝化层105、106组成，在铝镓氮（AlGaN)势垒层104 上表面设有源极107、漏极108和栅极109,源极107和漏极108均与势垒层104成欧姆接 触，栅极109与势垒层104成肖特基接触，在栅极109与漏极108之间的钝化层106区域内 还设有一个以上的负离子注入区域201，负离子注入区域201中的负离子会排斥部分二维 电子气沟道电子，形成LDD(Low-Densit Drain)结构，达到调制沟道电场以实现提高耐压的 目的。 所述的钝化层105、106由Si02、A120 3、Si3N4和ZnO组成的物质组中选择的一种绝 缘物质制成。 所述的负离子注入区域201可通过注入CF4、SF4等离子气实现负离子的注入。 所述的负离子注入区域201的负离子浓度为NF，满足1015cnT 3彡NF彡102°cnT3。 所述的负离子注入区域201与钝化层106上表面的距离（注入深度）为TPF，且满 足0彡T PF < TP，其中TP为钝化层的厚度。 进一步的，所述的负离子注入区域201的厚度为TF，满足0 <TF彡（TP - TPF)，其 中Tp为钝化层的厚度。 本专利技术的有益效果是： 本专利技术在GaN HFET栅极漏端的钝化层引入负离子注入区域，通过耗尽部分漏端沟 道的二维电子气形成LDD结构，达到通过调制沟道的电场来提升器件耐压的目的。相比现 有技术，本专利技术实现工艺简单，在栅极与漏极之间的钝化层中引入的负离子注入区域对栅 电容的影响很小，对器件的频率特性的影响很小，能做到在不牺牲器件可靠性的基础上提 商耐压能力。 【专利附图】【附图说明】 图1是已有技术中常规GaN HFET的结构示意图。 图2是本专利技术提供的具有负离子注入钝化层的GaN HFET结构示意图。 图3是本专利技术提供的具有负离子注入钝化层的带栅漏端场板的GaN HFET结构示 意图。 图4是本专利技术提供的在钝化层设有2个负离子注入区域的GaN HFET结构示意图。 图5是图2所示的本专利技术提供的GaN HFET与常规结构GaN HFET在器件栅极处于 关态情况下漏极电流与漏极偏压的关系比较图。 图6是图2所示的本专利技术提供的GaN HFET图2与常规结构GaN HFET在器件栅极 处于关态情况下沿沟道的电场分布的比较图。 图中标记对应的零部件名称为： 101-衬底，102-氮化镓（GaN)缓冲层，103-氮化镓（GaN)沟道层，104-铝镓氮 (AlGaN)势垒层，105、106-钝化层，107-源极，108-漏极，109-栅极，20U202-负离子注入 区域，301-漏场板。 【具体实施方式】 下面结合实施例对本专利技术作进一步详细说明。 实施例1 最易于说明本专利技术意图和优点的例子是本专利技术提供的图2所示结构的GaN HFET 与常规结构GaN HFET(图1)的性能对比；上述两个器件的具体实例的结构参数由表1给 出。 表1器件仿真结构参数 【权利要求】1. 一种具有负离子注入钝化层的场效应晶体管，由下至上依次主要由衬底（101)、氮 化镓（GaN)缓冲层（102)、氮化镓（GaN)沟道层（103)、铝镓氮（AlGaN)势垒层（104)以及钝 化层（105、106)组成，在铝镓氮（AlGaN)势垒层（104)上表面设有源极（107)、漏极（108)和 栅极（109)，所述源极（107)和漏极（108)均与铝镓氮（AlGaN)势垒层（104)成欧姆接触， 栅极（109)与铝镓氮（AlGaN)势垒层（104)成肖特基接触，其特征在于，在栅极（109)与漏 极（108)之间的钝化层（106)区域内还设有一个以上的负离子注入区域（201)，负离子注入 区域（20本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有负离子注入钝化层的场效应晶体管，由下至上依次主要由衬底(101)、氮化镓(GaN)缓冲层(102)、氮化镓(GaN)沟道层(103)、铝镓氮(AlGaN)势垒层(104)以及钝化层(105、106)组成，在铝镓氮(AlGaN)势垒层(104)上表面设有源极(107)、漏极(108)和栅极(109)，所述源极(107)和漏极(108)均与铝镓氮(AlGaN)势垒层(104)成欧姆接触，栅极(109)与铝镓氮(AlGaN)势垒层(104)成肖特基接触，其特征在于，在栅极(109)与漏极(108)之间的钝化层(106)区域内还设有一个以上的负离子注入区域(201)，负离子注入区域(201)中的负离子会排斥部分二维电子气沟道电子，形成LDD(Low‑Densit Drain)结构，达到调制沟道电场以实现提高耐压的目的。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杜江锋，潘沛霖，陈南庭，王康，于奇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51