[发明专利]凹栅槽的AlGaN/GaN HEMT多层场板器件及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料中微波功率器件技术领域，尤其涉及一种凹栅槽的铝镓氮/氮化镓高电子迁移率场效应管(AlGaN/GaN HEMT)多层场板器件及其制作方法。

背景技术

氮化镓(GaN)作为第三代宽禁带半导体材料，以其禁带宽度大(3.4eV)、击穿电压高(3.3MV/cm)、二维电子气浓度高(＞10¹³cm²)、饱和电子速度大(2.8×10⁷cm/s)等特性在国际上受到广泛关注。

目前，AlGaN/GaN HEMT器件的高频、高压、高温以及大功率特性使之在微波功率器件方面有着巨大的前景。

对于常规的AlGaN/GaN HEMT器件，通常的工艺步骤如图1所示，图1为目前制作常规AlGaN/GaN HEMT器件的方法流程图，该方法具体包括以下步骤：

步骤101：光学光刻，形成对准标记，蒸发标记金属；

步骤102：光学光刻源漏图形，并蒸发源漏金属；

步骤103：退火，使源漏金属与衬底材料形成良好的欧姆接触；

步骤104：有源区隔离；

步骤105：光学光刻制作栅线条；

步骤106：蒸发栅金属；

步骤107：金属布线；

步骤108：制作空气桥；

步骤109：测试分析。

但是，AlGaN/GaN HEMT微波功率器件中仍有很多问题没有解决，关键的两个问题是电流崩塌效应和过大的栅反向漏电，这不仅会导致击穿电压降低、跨导、截止频率和最大频率的降低；同时，由于引入了很大的噪声，会带来大的功率损耗以及效率的降低，影响器件的可靠性。

研究发现，这两个现象都和AlGaN的表面态有直接的关系。为了降低表面陷阱效应以达到抑制电流崩塌的作用，SiN被采用做为介质膜对器件进行钝化工艺处理。

钝化工艺的采用有效地抑制了电流崩塌效应，增大了器件微波功率输出的能力。但是，钝化工艺的采用同时也减小了器件的击穿电压。如何折衷处理电流崩塌与击穿电压的关系是使得AlGaN/GaN HEMT器件应用在高频高压大功率领域的重要课题。

为此，引入了栅连接场板的工艺。栅连接场板的引入起到了调制栅-漏间的表面态陷阱的作用，以起到抑制电流崩塌的作用；同时，场板的引入，使得栅-漏间的电场得到重新分布。未做场板前，栅-漏间电场强度最大点位于栅金属边缘，而栅-漏间的场板使得电场强度最大值区域向漏端扩张，峰值降低，大大提高了器件的击穿电压。但是，栅连接场板的加入增加了栅漏间的电容，同时也增加了耗尽区的长度，导致了增益的下降。

为了解决增益下降的问题，有以下两种改善措施：一种是，源连接场板的工艺的引进，在这种结构中，场板和沟道间的电容是漏-源电容，可以被输出匹配网络吸收，而栅场板场板结构带来的Miller反馈电容也不存在了，因此有效地同时提高了器件的输出功率和增益；另外一种则是凹栅槽工艺的引进，对栅图形部分的AlGaN外延层进行适当的刻蚀，减小AlGaN外延层的厚度，也可以有效地提高器件的增益。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种凹栅槽的AlGaN/GaNHEMT多层场板器件，以提高AlGaN/GaN HEMT器件的击穿特性，并在提高器件增益的同时，有效抑制AlGaN/GaN HEMT器件的电流崩塌现象。

本发明的另一个目的在于提供一种制作凹栅槽的AlGaN/GaN HEMT多层场板器件的方法，以提高AlGaN/GaN HEMT器件的击穿特性，并在提高器件增益的同时，有效抑制AlGaN/GaN HEMT器件的电流崩塌现象。

(二)技术方案

为达到上述一个目的，本发明提供了一种凹栅槽的AlGaN/GaN HEMT多层场板器件，该器件包括：

栅极，位于栅极两侧的源极和漏极；所述栅极、源极和漏极位于衬底材料顶层铝镓氮AlGaN外延层上；

在形成了栅极、源极和漏极的器件表面淀积的SiN介质膜；

在所述SiN介质膜上蒸发栅连接场板的图形；

在蒸发了栅连接场板的图形的器件表面二次淀积的SiN介质膜；

在二次淀积的SiN介质膜上蒸发源连接场板的图形。

优选地，所述源极、漏极分别与AlGaN外延层之间通过退火合金形成欧姆接触；所述栅极是通过在形成源极、漏极欧姆接触的AlGaN外延层上光刻栅图形，并对栅图形部分的AlGaN外延层进行刻蚀，然后蒸发栅金属形成的。