[发明专利]HEMT器件及其制造方法

说明书

本申请是于2008年6月5日提交的申请号为200810098656.6、名称为“HEMT器件及其制造方法”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及宽禁带半导体氮化镓HEMT（高电子迁移率晶体管）器件，具体来说，涉及利用复合介质材料结构降低氮化镓HEMT栅极漏电流的同时缓解电流崩塌效应的器件结构设计。

背景技术

第三代半导体氮化镓（GaN）的介质击穿电压远远高于第一代半导体硅（Si）或第二代半导体砷化镓（GaAs），高达3MV/cm，使其电子器件能承受很高的电压。氮化镓异质结结构的沟道具有很高的电子浓度和电子迁移率，这意味着氮化镓高电子迁移率晶体管（HEMT）的能在高频率导通高电流，并具有很低的导通电阻。另外，氮化镓是宽禁带半导体，能工作在较高的温度。这些特性使氮化镓HEMT特别适用于制造高频的高功率射频器件和高耐压的开关器件。

在AlGaN/GaN异质结HEMT中存在很高的极化效应，导致器件表面出现高密度的电子陷阱。电子陷阱的反应速度慢，从而引起电流崩塌效应。为应对电流崩塌效应，如今氮化镓HEMT一般采用SiN介质102等材料覆盖器件表面的钝化工艺（图1）。表面钝化减小电流崩塌效应的机制现在还不完全确定。SiN表面钝化技术带来的一个问题是由于SiN介质内有较高的漏电流，由此增加了栅极的漏电流，从而降低了器件的击穿电压和输入阻抗，并且会恶化器件的线性度。

试验发现，SiO₂介质内的漏电流很小。在栅极下放置一层SiO₂介质，相比金属肖特基接触可以大大减小栅极的泄露电流。这种器件被称为金属绝缘物场效应晶体管（MISFET）。可是SiO₂层和AlGaN层之间会形成很高密度的电子陷阱，加大电流崩塌效应。在这种MISFET上即使采用SiN表面钝化处理，电流崩塌效应依然存在。我们相信MISFET上的电流崩塌效应主要来自于栅极下SiO₂和AlGaN的界面电子陷阱。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了HEMT器件，以及用于制造HEMT器件的方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种HEMT器件，包括：在衬底上的半导体层；在上述半导体层上的隔离层；与上述半导体层接触的源极和漏极；在上述隔离层上的上述源极和漏极之间的整个区域上的第一介质层；以及在上述第一介质层上的栅极；其中，上述栅极为双层结构，其中上层为导电层，下层为第二介质层，上述第二介质层只存在于上述导电层之下，上述第一介质层包括可降低器件电流崩塌效应的介质材料。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于制造HEMT器件的方法，包括以下步骤：在衬底上沉积半导体层；在上述半导体层上沉积隔离层；形成与上述半导体层接触的源极和漏极；在上述隔离层上的上述源极和漏极之间的区域上沉积第一介质层；在上述第一介质层上沉积第二介质层；在上述第二介质层上形成栅极导体；以及将上述栅极导体作为掩模，蚀刻上述第二介质层，以形成由上述栅极导体和上述第二介质层构成的叠层栅极。

附图说明

相信通过以下结合附图对本发明具体实施方式的说明，能够使人们更好地了解本发明上述的特点、优点和目的，其中：

图1示出了以前的设计：氮化镓HEMT的表面钝化处理。

图2示出了以前的设计：氮化镓金属绝缘物场效应晶体管（MISFET）。

图3示出了本发明的低栅极漏电流、低电流崩塌效应氮化镓HEMT结构。

图4A-4D示出了制造本发明的氮化镓HEMT器件的工艺流程。

图5A-5E示出了本发明的一种变形：带场板的栅极结构，以及其制造工艺流程。

图6示出了本发明的一种变形：在AlGaN隔离层上刻槽的、带场板的栅极结构。

具体实施方式

下面就结合附图对本发明的各个优选实施例进行详细的说明。