基于准增强型氮化镓器件的反相器及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种基于准增强型氮化镓器件的反相器及其制造方法，反相器包括耗尽型负载晶体管和一个准增强型负载晶体管，准增强型负载晶体管由一个耗尽型负载晶体管的源极和栅极之间串联若干二极管形成，二极管为与晶体管一同制备的肖特基势垒二极管，准增强型负载晶体管的漏极与耗尽型负载晶体管的源极和栅极连接，本发明专利技术通过对器件结构的改变，制备了阈值电压为正的准增强型GaN HEMT器件，不需要对半导体层进行刻蚀，降低对刻蚀设备的需求，简化制备工艺流程，同时避免了刻蚀所带来的损伤，提高了器件的性能；将准增强型器件与耗尽型器件同时集成在一个外延片上，这两种器件通过金属连接，构成单片集成的反相器电路。构成单片集成的反相器电路。构成单片集成的反相器电路。

【技术实现步骤摘要】
基于准增强型氮化镓器件的反相器及其制造方法


[0001]本专利技术涉及一种基于准增强型氮化镓器件的反相器及其制造方法。

技术介绍

[0002]氮化镓(GaN)材料的禁带宽度大、电子饱和速度快、且击穿电压高。因此，基于铝镓氮/氮化镓(AlGaN/GaN)异质结结构的高电子迁移率晶体管(HEMT)具有饱和电流大，通态电阻小等优点。因此，GaN HEMT能够在高压、高频、高温等极端条件下工作，被广泛应用于汽车工业、航空航天以及军事装备等重要领域。
[0003]GaN HEMT器件在自发极化与压电极化的双重作用下形成二维电子气，从而构成漏极与源极之间的导电沟道。由于AlGaN/GaN异质结的存在，只有栅极施加负电压的情况下，才能耗尽二维电子气，使器件处于关断状态，因此称为耗尽型(D
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mode)器件。而反相器电路通常由一个D
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mode器件和一个增强型(E
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mode)器件串联组成，因此需要制备E
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mode GaN HEMT，即只有在栅极施加正电压的情况下，器件才会实现导通。目前实现E
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mode GaN HEMT的方式主要有四种：栅极挖槽(Gate Recess)技术，p
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GaN cap技术，氟离子注入技术以及Cascade结构技术。前两种方法对刻蚀技术及设备要求较高，容易造成器件表面损伤，进而引起器件性能的退化。氟离子注入技术会降低器件的热稳定性，而Cascade技术会增加器件的电阻，降低器件的工作频率。
[0004]栅极挖槽型：
[0005]通过ICP等刻蚀技术，对栅下的AlGaN势垒层进行刻蚀，耗尽导电沟道，从而实现E
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mode器件。但栅槽刻蚀带来的损伤以及界面态会影响器件性能，造成栅极漏电增加、沟道电子迁移率降低、导通电阻增大等问题。
[0006]p
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GaN层全刻蚀方案：
[0007]通过p
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GaN层来耗尽二维电子气，并通过ICP等刻蚀技术，刻蚀除栅极以下的p
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GaN层。该方法依然需要借助刻蚀技术，因此带来一定的刻蚀损伤，使得器件界面特性差，容易产生电流崩塌。
[0008]氟离子注入技术：
[0009]该技术可以通过注入氟离子，来实现增强型器件，且注入氟离子的浓度和深度分布可控。但是，该技术会影响器件的热稳定性，导致器件的高温特性变差。
[0010]Cascade结构技术：
[0011]该技术是将增强型硅(Si)基场效应晶体管(MOSFET)器件与耗尽型GaN器件级联形成Cascade结构。因此，总导通电阻为二者之和，由于Si基器件的通态电阻较大，因此器件的总导通电阻较大。同时，器件开关速度也取决于Si基器件，所以该技术方案的工作频率也较低。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于准增强型氮化镓器件的反
相器及其制造方法，不需要进行刻蚀工艺，以简单的工艺实现高可靠性，减少蚀刻带来的损伤及界面态的问题。
[0013]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0014]一种基于准增强型氮化镓器件的反相器，包括：
[0015]耗尽型的第一负载晶体管；
[0016]耗尽型的第二负载晶体管，其漏电极与耗尽型的第一负载晶体管的源电极和栅电极连接；及
[0017]若干二极管，若干二极管串联在耗尽型的第二负载晶体管的源电极与栅电极之间；
[0018]其中，耗尽型的第一负载晶体管、耗尽型的第二负载晶体管均为常开型的氮化镓高电子迁移率晶体管；
[0019]耗尽型的第二负载晶体管与若干二极管构成常闭型的准增强型的氮化镓高电子迁移率晶体管。
[0020]一种基于准增强型氮化镓器件的反相器，包括依次设置的基层和钝化层，基层依次包括硅衬底、氮化镓外延层和铝镓氮势垒层，基层被隔离形成第一器件区域和第二器件区域，其中，第一器件区域上形成耗尽型的第一负载晶体管的源电极、栅电极和漏电极，第二器件区域上形成耗尽型的第二负载晶体管的源电极、栅电极和漏电极，源电极、栅电极和漏电极形成在钝化层内，钝化层上形成有金属连接部，金属连接部电连接耗尽型的第一负载晶体管的栅电极、源电极和耗尽型的第二负载晶体管的漏电极；第二器件区域上形成有若干肖特基势垒，第二器件区域内形成有绝缘部，绝缘部将若干肖特基势垒所在子区域相互隔离，第二器件区域上还对应若干肖特基势垒形成有欧姆接触区，耗尽型的第二负载晶体管的源电极与漏电极通过欧姆接触区和肖特基势垒在第二器件区域内构成电流通路。
[0021]进一步地，栅电极与铝镓氮势垒层之间形成氧化铝结构。
[0022]在此基础上，本专利技术还提供一种基于准增强型氮化镓器件的反相器的制造方法，包括以下具体步骤：
[0023]1)提供硅衬底，在硅衬底上依次形成氮化镓外延层、铝镓氮势垒层，形成基层；
[0024]2)在铝镓氮势垒层与氮化镓外延层中形成隔离部以将该隔离部的两侧隔离形成第一器件区域和第二器件区域，并在第二器件区域对应的铝镓氮势垒层与氮化镓外延层内形成若干绝缘部；
[0025]3)在第一器件区域对应的铝镓氮势垒层上光刻耗尽型的第一负载晶体管的源电极、漏电极区域窗口，在第二器件区域对应的铝镓氮势垒层上光刻耗尽型的第二负载晶体管的源电极、漏电极、欧姆接触区域窗口，并采用电子束蒸发工艺在第一器件区域的源电极、漏电极区域窗口及第二器件区域的源电极、漏电极、欧姆接触触区域窗口上沉积金属，形成耗尽型的第一负载晶体管的源电极和漏电极、耗尽型的第二负载晶体管的源电极和漏电极以及欧姆接触区；
[0026]4)在铝镓氮势垒层上生长氧化铝绝缘层；
[0027]5)在第一器件区域光刻耗尽型的第一负载晶体管的栅电极区域窗口，在第二器件区域光刻耗尽型的第二负载晶体管的栅电极区域窗口，并去除第一器件区域、第二器件区域除栅电极窗口以外区域的氧化铝绝缘层；
[0028]6)在第一器件区域对应的铝镓氮势垒层上光刻耗尽型的第一负载晶体管的栅电极区域窗口，在第二器件区域对应的铝镓氮势垒层上光刻耗尽型的第二负载晶体管的栅电极、肖特基接触区域窗口，并采用电子束蒸发工艺在第一器件区域的栅电极区域窗口以及第二器件区域的栅电极、肖特基接触区域窗口上沉积金属，形成耗尽型的第一负载晶体管的栅电极以及耗尽型的第二负载晶体管的栅电极，并形成肖特基势垒；
[0029]7)在铝镓氮势垒层上生长钝化层；
[0030]8)在钝化层上对应耗尽型的第一负载晶体管的栅电极、源电极、漏电极的位置处以及对应耗尽型的第二负载晶体管的栅电极、源电极、漏电极的位置处开孔；
[0031]9)通过电子束蒸发工艺在在耗尽型的负载晶体管的栅电极、源电极以及耗尽型的第二负载晶体管的漏电极上沉积金属形成金属连接部以使三者电性连接，构成反相器。
[0032]进一步地，在步骤3中，沉积的金属为Ti/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于准增强型氮化镓器件的反相器，其特征在于，包括：耗尽型的第一负载晶体管；耗尽型的第二负载晶体管，其漏电极与耗尽型的第一负载晶体管的源电极和栅电极连接；及若干二极管，所述若干二极管串联在所述耗尽型的第二负载晶体管的源电极与栅电极之间；其中，所述耗尽型的第一负载晶体管、耗尽型的第二负载晶体管均为常开型的氮化镓高电子迁移率晶体管；所述耗尽型的第二负载晶体管与若干二极管构成常闭型的准增强型的氮化镓高电子迁移率晶体管。2.一种基于准增强型氮化镓器件的反相器，其特征在于，包括依次设置的基层和钝化层，所述基层依次包括硅衬底、氮化镓外延层和铝镓氮势垒层，所述基层被隔离形成第一器件区域和第二器件区域，其中，第一器件区域上形成耗尽型的第一负载晶体管的源电极、栅电极和漏电极，第二器件区域上形成耗尽型的第二负载晶体管的源电极、栅电极和漏电极，所述源电极、栅电极和漏电极形成在钝化层内，所述钝化层上形成有金属连接部，所述金属连接部电连接耗尽型的第一负载晶体管的栅电极、源电极和耗尽型的第二负载晶体管的漏电极；所述第二器件区域上形成有若干肖特基势垒，所述第二器件区域内形成有绝缘部，所述绝缘部将若干肖特基势垒所在子区域相互隔离，所述第二器件区域上还对应若干肖特基势垒形成有欧姆接触区，所述耗尽型的第二负载晶体管的源电极与漏电极通过欧姆接触区和肖特基势垒在第二器件区域内构成电流通路。3.如权利要求2所述的基于准增强型氮化镓器件的反相器，其特征在于，所述栅电极与铝镓氮势垒层之间形成氧化铝结构。4.一种基于准增强型氮化镓器件的反相器的制造方法，其特征在于，包括以下具体步骤：1)提供硅衬底，在所述硅衬底上依次形成氮化镓外延层、铝镓氮势垒层，形成基层；2)在所述铝镓氮势垒层与氮化镓外延层中形成隔离部以将该隔离部的两侧隔离形成第一器件区域和第二器件区域，并在所述第二器件区域对应的铝镓氮势垒层与氮化镓外延层内形成若干绝缘部；3)在所述第一器件区域对应的铝镓氮势垒层上光刻耗尽型的第一负载晶体管的源电极、漏电极区域窗口，在所述第二器件区域对应的铝镓氮势垒层上光刻耗尽型的负载晶体管的源电极、漏电极、欧姆接触区域窗口，并采用电子束蒸发工艺在第一器件区域的源电极、漏电极区域窗口及第二器件区域的源电极、漏电极、欧姆接触区域窗口上沉积金属，形成耗尽型的第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹平予，崔苗，赵胤超，李帆，
申请(专利权)人：西交利物浦大学，
类型：发明
国别省市：