專利名稱：高電子遷移率晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子技術(shù)，特別涉及高電子遷移率晶體管。
背景技術(shù)：
氮化鎵與第一代和第二代半導體材料相比具有更優(yōu)良的電學性能，它是一種寬帶隙半導體材料，具有高的擊穿電場強度、高飽和速度及高熱穩(wěn)定性等，由于氮化鎵材料的優(yōu)良性能，使得其得到了人們的極大關(guān)注和研究，其中研究最為廣泛的是AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管(HEMT )，該器件在高頻、高功率、高溫等都有應(yīng)用.AlGaN/GaN聞電子遷移率晶體管是一種異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管，它是利用具有很聞 遷移率的二維電子氣(2-DEG)而工作的。2-DEG存在于AlGaN勢壘層和GaN溝道層相接觸的異質(zhì)結(jié)表面，其遷移率很高并且在極低的溫度下也不凍結(jié)，具有很好的溫度特性。HEMT是一種電壓控制的器件，柵極電壓Vg可以控制AlGaN和GaN異質(zhì)結(jié)勢阱的深度，進而控制勢阱中2-DEG的面密度，從而控制器件的工作電流。2-DEG是由于極化作用產(chǎn)生的，而氮化物具有很強的極化效應(yīng)。極化效應(yīng)包括壓電極化和自發(fā)極化，AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)中的壓電極化效應(yīng)是AlGaAs/GaAs異質(zhì)結(jié)的5倍，在纖鋅礦結(jié)構(gòu)III族氮化物中自發(fā)極化也比較大，所以AlGaN/GaNHEMT得到了廣泛的研究。目前高電子遷移率晶體管結(jié)構(gòu)示意圖如圖I所示，其柵漏電流較大。AlGaN/GaN HEMT器件是當前研究的熱點。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服目前高電子遷移率晶體管柵漏電流較大的缺點，提供一種高電子遷移率晶體管。本發(fā)明解決其技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案是，高電子遷移率晶體管，包括柵極金屬、源極金屬、漏極金屬、基底、緩沖層、溝道層及勢壘層，其特征在于，所述基底上外延生長有插入層，插入層上外延生長有緩沖層，緩沖層上外延生長有溝道層，溝道層上外延生長有勢壘層，勢壘層上外延生長有蓋帽層，柵極金屬、源極金屬及漏極金屬分別位于蓋帽層上，柵極金屬與源極金屬之間及柵極金屬與漏極金屬之間具有鈍化層，鈍化層與蓋帽層相接觸。具體的，所述基底為碳化硅材料，所述插入層為氮化鋁材料，其厚度為3nm，所述緩沖層為摻雜的氮化鎵材料，其厚度為3 μ m，所述溝道層為氮化鎵材料，其厚度為80nm，所述勢壘層為AlGaN材料，其厚度為30nm，Al (即鋁)的組分為O. 3，所述蓋帽層為氮化鎵材料，厚度為5nm，摻雜濃度為IXlO18cnT3到5 X IO18CnT3之間，所述鈍化層為氮化硅材料，厚度為O. 12 μ m0進一步的，所述柵極金屬是金，與氮化鎵蓋帽層形成肖特基接觸，源極金屬及漏極金屬為鎳，與氮化鎵蓋帽層形成歐姆接觸。本發(fā)明的有益效果是，上述高電子遷移率晶體管，通過改變器件的外延結(jié)構(gòu)和各層結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化，使得器件在工作時跨導很大并且在柵極電壓工作的一定范圍內(nèi)跨導的變化很小，也就是器件具有較好的壓控能力和較高的線性度。
圖I為現(xiàn)有技術(shù)中聞電子遷移率晶體管結(jié)構(gòu)不意圖；圖2為本發(fā)明實施例的聞電子遷移率晶體管結(jié)構(gòu)不意圖；圖3為本發(fā)明實施例蓋帽層在不同摻雜濃度下的高電子遷移率晶體管的跨導變化示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖及實施例，詳細描述本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明所述的高電子遷移率晶體管，包括柵極金屬、源極金屬、漏極金屬及基底，基底上外延生長有插入層，插入層上外延生長有緩沖層，緩沖層上外延生長有溝道層，溝道層上外延生長有勢壘層，勢壘層上外延生長有蓋帽層，柵極金屬、源極金屬及漏極金屬分別位于蓋帽層上，柵極金屬與源極金屬之間及柵極金屬與漏極金屬之間具有鈍化層，鈍化層與蓋帽層相接觸。實施例本例的基底為碳化硅材料，所述插入層為氮化鋁材料，其厚度為3nm，緩沖層為摻雜的氮化鎵材料，其厚度為3 μ m,溝道層為氮化鎵材料，其厚度為80nm，勢壘層為AlGaN材料，其厚度為30nm，Al (即鋁)的組分為O. 3，蓋帽層為氮化鎵材料，厚度為5nm，摻雜濃度在I X IO18CnT3到5 X IO18CnT3之間變化，結(jié)果顯示在一定范圍內(nèi)蓋帽層濃度越大跨導越大，但是當蓋帽層濃度超過IXlO2ciCnT3時跨導反而減小，本實施例中蓋帽層在不同摻雜濃度下的高電子遷移率晶體管的跨導變化示意圖如圖3所示，GaN蓋帽層的濃度對跨導有較大的影響，鈍化層為氮化硅材料，厚度為O. 12 μ m，本實施例的高電子遷移率晶體管結(jié)構(gòu)示意圖如圖2。首先在碳化硅材料制成的基底上外延生長3nm厚度的氮化鋁插入層，再在氮化鋁插入層插入層上外延生長3 μ m厚度的緩沖層，緩沖層為摻雜的氮化鎵材料，緩沖層上再外延生長80nm厚度的氮化鎵溝道層，氮化鎵溝道層上外延生長30nm厚度的AlGaN勢壘層，AlGaN勢壘層中，Al (即鋁)的組分為O. 3，AlGaN勢壘層上外延生長5nm厚度的氮化鎵蓋帽層，柵極金屬、源極金屬及漏極金屬分別位于氮化鎵蓋帽層上，柵極金屬與源極金屬之間及柵極金屬與漏極金屬之間具有O. 12 μ m厚度的氮化硅鈍化層，氮化硅鈍化層與氮化鎵蓋帽層相接觸，柵極金屬為金，與氮化鎵蓋帽層形成肖特基接觸，源極金屬及漏極金屬為鎳，與氮化鎵蓋帽層形成歐姆接觸。摻雜濃度較高的GaN蓋帽層增加了 2-DEG的濃度，進而使AlGaN/GaN HEMT器件表現(xiàn)出更優(yōu)的性能，而Si3N4鈍化層保護著HEMT器件表面不受外界雜質(zhì)影響，同時還起到固定表面離子的作用，進而提高器件的性能。而GaN蓋帽層可以降低柵漏電流及提高器件的擊穿特性，所以本發(fā)明電性能更具優(yōu)勢。且由于HEMT是電壓控制器件，柵極電壓可以控制異質(zhì)結(jié)勢阱的深度，也可以控制勢阱中2-DEG的面密度，從而控制器件的工作電流；而跨導的大小反映了柵源電壓對柵極電流的控制作用，所以跨導大表明了器件的壓控能力強。
權(quán)利要求
1.高電子遷移率晶體管，包括柵極金屬、源極金屬、漏極金屬、基底、緩沖層、溝道層及勢壘層，其特征在于，所述基底上外延生長有插入層，插入層上外延生長有緩沖層，緩沖層上外延生長有溝道層，溝道層上外延生長有勢壘層，勢壘層上外延生長有蓋帽層，柵極金屬、源極金屬及漏極金屬分別位于蓋帽層上，柵極金屬與源極金屬之間及柵極金屬與漏極金屬之間具有鈍化層，鈍化層與蓋帽層相接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述高電子遷移率晶體管，其特征在于，所述基底為碳化硅材料，所述插入層為氮化鋁材料，其厚度為3nm，所述緩沖層為摻雜的氮化鎵材料，其厚度為3 μ m，所述溝道層為氮化鎵材料，其厚度為80nm，所述勢壘層為AlGaN材料，其厚度為30nm，Al(即鋁)的組分為O. 3，所述蓋帽層為氮化鎵材料，厚度為5nm，摻雜濃度為I X IO18CnT3到5 X IO18CnT3之間,所述鈍化層為氮化娃材料,厚度為O. 12 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述高電子遷移率晶體管，其特征在于，所述柵極金屬是金，與氮化鎵蓋帽層形成肖特基接觸，源極金屬及漏極金屬為鎳，與氮化鎵蓋帽層形成歐姆接觸。
全文摘要
本發(fā)明涉及微電子技術(shù)。本發(fā)明解決了現(xiàn)有高電子遷移率晶體管柵漏電流較大的問題，提供了一種高電子遷移率晶體管，其技術(shù)方案可概括為高電子遷移率晶體管，包括柵極金屬、源極金屬、漏極金屬、基底、緩沖層、溝道層及勢壘層，其特征在于，所述基底上外延生長有插入層，插入層上外延生長有緩沖層，緩沖層上外延生長有溝道層，溝道層上外延生長有勢壘層，勢壘層上外延生長有蓋帽層，柵極金屬、源極金屬及漏極金屬分別位于蓋帽層上，柵極金屬與源極金屬之間及柵極金屬與漏極金屬之間具有鈍化層，鈍化層與蓋帽層相接觸。本發(fā)明的有益效果是，提高器件的性能，適用于高電子遷移率晶體管。
文檔編號H01L29/778GK102856373SQ201210372508
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者唐武, 郭涵 申請人:電子科技大學