一種具有多重柵極結(jié)構(gòu)的晶體管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及半導(dǎo)體器件，特別是涉及一種具有多重柵極結(jié)構(gòu)的晶體管。
【背景技術(shù)】
[0002]場效應(yīng)晶體管是利用控制輸入回路的電場效應(yīng)來控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件。由于氮化鎵(GaN)材料具有好的散熱性能、高的擊穿電場、高的飽和速度，氮化鎵場效應(yīng)晶體管在大功率高頻能量轉(zhuǎn)換和高頻微波通訊等方面有著遠大的應(yīng)用前景。習(xí)知的GaN基晶體管，是利用AlGaN/GaN的異質(zhì)結(jié)構(gòu)形成二維電子氣層(2-DGE)，在源極和漏極之間通過改變柵極加壓控制二維電子氣的電子濃度，從而控制晶體管的工作狀態(tài)。根據(jù)工作方式的不同，GaN基晶體管又分為增強型和耗盡型。
[0003]在目前的增強型氮化鎵(GaN)晶體管中，不論是使用硅(Si)，碳化硅(SiC)或氮化鎵(GaN)襯底，因其在高電流與高電壓的狀態(tài)下操作，如何抑制柵極旁因高電壓產(chǎn)生的強電場導(dǎo)致的崩壓現(xiàn)象是眾多研究單位所研究的主題。目前常使用的解決方案為使用柵極與源極電場板，此類結(jié)構(gòu)經(jīng)過適當?shù)慕饘匐妶霭迮c介電層交錯而成，一般使用鎢(W)，鎳(Ni),鉬(Mo)作為常被使用的接觸金屬而電場板金屬則多為金(Au)，鋁(A1)等，但其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且需使用多層光罩，工藝復(fù)雜且可靠性較低。另一個作法則是使用P-GaN或P-AlGaN的Cap層，利用P_GaN或P-AlGaN使氮化鎵組件之柵極與肖特基層為P_N接面，從而達到增強型的效果，也對柵極旁電場的降低有所幫助，但其降低效果有限，難以達到實際使用需求。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種具有多重柵極結(jié)構(gòu)的晶體管。
[0005]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種具有多重柵極結(jié)構(gòu)的晶體管，包括由下至上依次層疊的襯底、緩沖層、GaN形成的溝道層及AlGaN或InAlGaN形成的勢皇層，勢皇層上設(shè)置有源極及漏極；于勢皇層上所述源極和漏極之間設(shè)置有若干子?xùn)艠O，該些子?xùn)艠O由所述源極向漏極方向分立間隔排布以形成多重柵極結(jié)構(gòu)，且柵極接觸層與勢皇層間形成接觸面。
[0006]優(yōu)選的，該些子?xùn)艠O于所述源極和漏極之間等距離間隔的平行排布。
[0007]優(yōu)選的，由所述源極向所述漏極方向該些子?xùn)艠O的長度依次遞增。
[0008]優(yōu)選的，該些子?xùn)艠O的長度由0.1?5 μπι遞增至0.5?10 μm，且各子?xùn)艠O依次比前一子?xùn)艠O的長度增加10?100%。
[0009]優(yōu)選的，還包括一設(shè)置于所述勢皇層上方并至少覆蓋所述源極、漏極和各子?xùn)艠O部分表面的鈍化層，所述鈍化層是Si02、SiN、A1203、Hf20或絕緣類鉆碳。
[0010]優(yōu)選的，所述源極、漏極和各子?xùn)艠O頂端分別設(shè)置有加厚電極，所述加厚電極選自Ti/Au、Ti/Al、Ti/Pt/Au 或 Cr/Au 的多金屬層。
[0011]優(yōu)選的，所述各子?xùn)艠O于所述柵極接觸層和相應(yīng)的加厚電極之間還設(shè)置有接觸電極層，所述接觸電極層是T1、N1、Cu、Al、Pt、W、Mo、Cr或Au。
[0012]優(yōu)選的，所述勢皇層于所述柵極區(qū)域下凹形成若干與所述各子?xùn)艠O一一對應(yīng)的溝槽，所述各子?xùn)艠O分別設(shè)置于所述溝槽上。
[0013]本實用新型的有益效果是:
[0014]1.以p型Al: xGaxN或p型In: y zGayAlzN型作為柵極，與勢皇層形成p-n接觸面而提高勢皇，進而提高閾值電壓，實現(xiàn)增強型工作的目的，同時將單一柵極設(shè)計成由多個分立的子?xùn)艠O間隔排列形成的多重柵極結(jié)構(gòu)，多個子?xùn)艠O并聯(lián)后外接電路，使p-n結(jié)的空乏區(qū)得以延伸，電位線密集度因此下降，可以有效的分散電場，從而有效抑制柵極旁產(chǎn)生的強電場導(dǎo)致的崩壓現(xiàn)象，亦使該增強型晶體管具有較佳的電流阻斷能力。
[0015]2.由源極向漏極方向子?xùn)艠O的長度依次遞增后，可以有效將原本集中于柵極旁集中之電力線平均分散，使材料內(nèi)部電場分布較為均勻，可承受較大的崩潰電壓。
[0016]3.制程簡單，無特殊工藝要求，可控性強，適于實際生產(chǎn)應(yīng)用。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型第一實施例之結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本實用新型第二實施例之結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步詳細說明。本實用新型的各附圖僅為示意以更容易了解本實用新型，其具體比例可依照設(shè)計需求進行調(diào)整。文中所描述的圖形中相對元件的上下關(guān)系，在本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解是指構(gòu)件的相對位置而言，因此皆可以翻轉(zhuǎn)而呈現(xiàn)相同的構(gòu)件，此皆應(yīng)同屬本說明書所揭露的范圍。
[0020]實施例1
[0021]參考圖1，本實施例的晶體管100，由下至上依次層疊有襯底101、緩沖層102、溝道層103及勢皇層104，勢皇層104的上表面設(shè)置有源極105、漏極106及于兩者之間分立間隔排布的若干子?xùn)艠O107。在上述結(jié)構(gòu)的上方覆蓋有鈍化層109，鈍化層109于源極105、漏極106及各子?xùn)艠O107上方分別設(shè)有開口，并在開口分別設(shè)置有加厚電極108a、108b及108c。
[0022]襯底101及緩沖層102是習(xí)知晶體管的材料及結(jié)構(gòu)，溝道層103由GaN形成，勢皇層104由AlGaN或InAlGaN形成。各子?xùn)艠O107包括直接設(shè)于勢皇層104上表面并由p型Ali xGaxN或p型Ir^ y zGayAlzN(其中0彡x彡1，0彡y彡1，0彡z彡1)形成的柵極接觸層1071及設(shè)于柵極接觸層1071頂端的接觸電極層1072。AlGaN與p型Ah xGaxN2間形成p_n接觸面，其勢皇較普通的肖特基接觸(金屬柵極/氮化鋁鎵)引起的勢皇高，可以增加閾值電壓。接觸電極層1072具體可以是T1、N1、Cu、Al、Pt、W、Mo、Cr、Au或上述金屬的組合層。
[0023]多個分立間隔排布的子?xùn)艠O107構(gòu)成多重結(jié)構(gòu)的柵極。具體的，這些子?xùn)艠O107在源極105和漏極106之間等距離間隔的平行排布，且由源極105向漏極106方向其長度依次遞增，每一子?xùn)艠O比前一子?xùn)艠O的長度增加10?100%，其長度由0.1?5 μπι遞增至
0.5?10 μπι。該多重柵極的結(jié)構(gòu)使p-n結(jié)的空乏區(qū)得以延伸，電位線密集度因此下降，可以有效的分散電場，從而有效抑制柵極旁產(chǎn)生的強電場導(dǎo)致的崩壓現(xiàn)象。作為示例，圖1中僅顯示出長度依次遞增的3個子?xùn)艠O107，其后的部分依此規(guī)律變化，為使圖示清晰簡略，以省略號替代，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能明白其意義。
[0024]加厚電極108a、108b及108c分別設(shè)置于源極105、漏極106和各子?xùn)艠O107的頂端，具體的，加厚電極選自Ti/Au、Ti/Al、Ti/Pt/Au或Cr/Au的多金屬層。
[0025]鈍化層109覆蓋于勢皇層104、源極105、漏極106及各子?xùn)艠O107裸露的表面上以起到絕緣及保護的作用，具體可以是Si02、SiN、A1203、Hf20或絕緣類鉆碳，其中所述絕緣類鉆碳中，sp2鍵的含量小于20%。
[0026]實施例2
[0027]參考圖2，本實施例的晶體管200，由下至上依次層疊有襯底201、緩沖層202、溝道層203及勢皇層204，勢皇層204的上表面設(shè)置有源極205、漏極206，且于兩者之間的區(qū)域設(shè)置有若干分立間隔排布且長度漸變的溝槽2041，各溝槽2041上分別設(shè)置有子?xùn)艠O207以形成分立間隔排布的多重柵極結(jié)構(gòu)。在上述結(jié)構(gòu)的上方覆蓋有鈍化層209，鈍化層209于源極205、漏極206及各子?xùn)艠O207上方分別設(shè)有開口，并在開口分別設(shè)置有加厚電極208a、208b 及 208c。
[0028]襯底201、緩沖層202、溝道層203及勢皇層204的材料及結(jié)構(gòu)參考實施例1。其中勢皇層204上表面的溝槽2041在源極205和漏極206之間等距離間隔的平行排布，且由源極205向漏極206方向長度依次遞增，每一溝槽比前一溝槽的長度增加10?100%，其長度由0.1?5 μπι遞增至0.5?10 μm，各子?xùn)艠O207 --對應(yīng)的形成于溝槽2041內(nèi)。各子?xùn)艠O207均由柵極接觸層2071和接觸電極層2072組成，其結(jié)構(gòu)及加厚電極208a、208b、208c及鈍化層209結(jié)構(gòu)參考實施例1，不加以贅述。勢皇層204由于溝槽2041的設(shè)置，其于對應(yīng)各子?xùn)艠O207處的厚度變薄，通過設(shè)置合適的溝槽深度，降低了柵區(qū)2-DGE的濃度，進一步提高了閾值電壓。
[0029]上述實施例僅用來進一步說明本實用新型的一種具有多重柵極結(jié)構(gòu)的晶體管，但本實用新型并不局限于實施例，凡是依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均落入本實用新型技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種具有多重柵極結(jié)構(gòu)的晶體管，包括由下至上依次層疊的襯底、緩沖層、GaN形成的溝道層及AlGaN或InAlGaN形成的勢皇層，勢皇層上設(shè)置有源極及漏極，其特征在于:于勢皇層上所述源極和漏極之間設(shè)置有若干子?xùn)艠O，該些子?xùn)艠O由所述源極向漏極方向分立間隔排布以形成多重柵極結(jié)構(gòu)，且柵極接觸層與勢皇層間形成接觸面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有多重柵極結(jié)構(gòu)的晶體管，其特征在于:該些子?xùn)艠O于所述源極和漏極之間等距離間隔的平行排布。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有多重柵極結(jié)構(gòu)的晶體管，其特征在于:由所述源極向所述漏極方向該些子?xùn)艠O的長度依次遞增。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有多重柵極結(jié)構(gòu)的晶體管，其特征在于:該些子?xùn)艠O的長度由0.1?5μπι遞增至0.5?10 μ m，且各子?xùn)艠O依次比前一子?xùn)艠O的長度增加10?100%。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有多重柵極結(jié)構(gòu)的晶體管，其特征在于:還包括一設(shè)置于所述勢皇層上方并至少覆蓋所述源極、漏極和各子?xùn)艠O部分表面的鈍化層，所述鈍化層是Si02、SiN、A1203、Hf20 或絕緣類鉆碳。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有多重柵極結(jié)構(gòu)的晶體管，其特征在于:所述源極、漏極和各子?xùn)艠O頂端分別設(shè)置有加厚電極，所述加厚電極選自Ti/Au、Ti/Al、Ti/Pt/Au或Cr/Au的多金屬層。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有多重柵極結(jié)構(gòu)的晶體管，其特征在于:所述各子?xùn)艠O于所述柵極接觸層和相應(yīng)的加厚電極之間還設(shè)置有接觸電極層，所述接觸電極層是T1、N1、Cu、Al、Pt、W、Mo、Cr 或 Au。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有多重柵極結(jié)構(gòu)的晶體管，其特征在于:所述勢皇層于所述柵極區(qū)域下凹形成若干與所述各子?xùn)艠O一一對應(yīng)的溝槽，所述各子?xùn)艠O分別設(shè)置于所述溝槽上。
【專利摘要】本實用新型公開了一種具有多重柵極結(jié)構(gòu)的晶體管，包括由下至上依次層疊的襯底、緩沖層、GaN形成的溝道層及AlGaN或InAlGaN形成的勢壘層，勢壘層上設(shè)置有源極、漏極及位于兩者之間的若干子?xùn)艠O，該些子?xùn)艠O由源極向漏極方向分立間隔排布以形成多重柵極結(jié)構(gòu)，各子?xùn)艠O包括由p型Al1-xGaxN或p型In1-y-zGayAlzN形成的柵極接觸層，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，且柵極接觸層與勢壘層間形成接觸面。相較于傳統(tǒng)單一柵極的結(jié)構(gòu)，上述多重柵極可以有效的分散電場，從而抑制柵極旁產(chǎn)生的強電場導(dǎo)致的崩壓現(xiàn)象。
【IPC分類】H01L29/778, H01L29/43, H01L29/423
【公開號】CN205016531
【申請?zhí)枴緾N201520752996
【發(fā)明人】葉念慈
【申請人】廈門市三安集成電路有限公司
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年9月25日