[发明专利]AlGaN/GaN绝缘栅高电子迁移率晶体管及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及半导体器件，具体的说是一种采用透明物质ZnO作栅和源漏自对准技术的短沟道AlGaN/GaN绝缘栅高电子迁移率晶体管的结构及实现方法，用于作为高速器件和高频器件。 

背景技术

与其他半导体材料的参数比较，GaN材料具有明显的优点，其禁带宽度最宽，饱和电子速度也优于其他半导体材料，并具有很大的击穿场强和较高的热导率。电荷载流子速度场特性是器件工作的基础，高饱和速度导致大电流和高频率，高的击穿场强对器件大功率应用至关重要，同时，由于GaN基材料与生俱来的极化特性，AlGaN/GaN异质结本身就存在高浓度二维电子气沟道，所以GaN材料是制造高温高频及大功率器件的优选材料。在GaN材料适合制作的功率器件中，AlGaN/GaN HEMT是最具代表性的典型器件。自1993年人们制作出第一支HEMT样管至今，高电子迁移率晶体管已得到了很大的发展。2001年VinayakTilak等人制造的SiC衬底AlGaN/GaN HEMT获得了10.7W/mm10GHz和6.6W/mm20GHz的功率密度。参见文献Moon J S，Micovic M，Janke P，Hashimoto P，et al，“GaN/AlGaN HEMTs operating at 20GHz with continuous-wave power density＞6W/mm”，Electron.Lett，2001，37(8)：528和Kumar V，Lu W，Khan F A，et al.“High performance 0.25μm.gate-length AlGaN/GaN HEMTs onsapphire with transconductance of over 400mS/mm”，Electronics Letters，2002，38(5)：252。后来人们研制出功率密度达到11.7W/mm10GHz的SiC衬底AlGaN/GaNHEMT器件。在HEMT发展过程中，人们发现AlGaN/GaN HEMT特性的进一步提高紧密依赖于材料特性的改善和器件沟长及寄生电阻的减小。 

为了减小源漏寄生电阻，Ching-Hui Chen et al.对i-GaN源漏区域进行了n⁺-GaN的再生长，从而降低了源漏区域及欧姆接触电阻接触。参见文献Chen C H，Keller S，Parish G，et al，“High-transconductance self-aligned AlGaN/GaNmodulation-doped field-effect transistors with regrown ohmic contacts”，AppliedPhysics Letters，1998，73(21)：3147。然而这种再生长的方法在器件的生成过程中引入了多个附加工艺步骤，将器件的生长工艺复杂化，且在原生长与再生长材料界面易形成缺陷。 

Lee J.at al.采用T型栅对源漏进行了自对准金属淀积，从而得到0.25μm 栅长的AlGaN/GaN HEMT器件。该器件表现出较好的关断特性，通过测量得到跨导Gm为146mS/mm，器件截止频率f_T为38.8GHz，最大振荡频率f_max为130GHz。与截止频率f_T为15GHz，最大振荡频率f_max为35GHz的非自对准工艺器件相比，自对准工艺使器件频率特性得到大幅提高。参见文献Lee J，Liu D，KimH，et al.“Self-aligned AlGaN/GaN high electron mobility transistors”，ElectronicsLetters，2004，40(19)。这是人们在源漏区再生长后第一次应用自对准理念来实现器件的生成。这种自对准工艺过程中采用的先栅后源漏的制作顺序，是以高温(750℃)应力能够改善肖特基栅特性为基础的。然而，其很多研究者发现，欧姆接触的高温退火会严重影响肖特基栅特性，甚至会使栅金属最终形成欧姆接触，从而造成器件工艺的完全实效。因此，要应用栅的自对准工艺方法，一定要解决欧姆接触高温退火与肖特基栅特性退化相矛盾这个问题。然而，无论是2004年Lee J.at al.提出的T型栅源漏自对准金属淀积还是2008年Kumar V.et al.提出的改变欧姆接触金属系统工艺方法，都存在着一个共同的问题，即实际的器件沟长并不等于工艺制备得到的栅长，而是大于器件栅长，还要包括T型栅的两翼延伸部分。