[发明专利]具有栅极隔离物的增强型GaN高电子迁移率晶体管器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及增强型氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)器件的领域。具体地，本发明涉及用于提供具有栅极隔离物的增强型HEMT器件的方法和装置。

背景技术

氮化镓(GaN)半导体器件用作功率半导体器件日益受到欢迎，原因在于氮化镓(GaN)半导体器件具有承载大电流和支持高电压的能力。这些器件的开发通常旨在高功率/高频率应用。针对这类应用而制造的器件是基于表现出高电子迁移率的常规器件结构，且被称为异质结场效应晶体管(HFET)、高电子迁移率晶体管(HEMT)或调制掺杂场效应晶体管(MODFET)等多种名称。

GaN HEMT器件包括具有至少两个氮化物层的氮化物半导体。形成于该半导体或缓冲层上的不同材料导致这些层具有不同的带隙。在相邻氮化物层中的不同材料还导致极化，这有助于在这两层接合处附近，尤其在具有较窄带隙的层中形成导电二维电子气(2DEG)区。

导致极化的氮化物层通常包括与GaN层相邻的AlGaN阻挡层以便包括上述2DEG，其允许电荷流过该器件。该阻挡层可以是掺杂或无掺杂的。由于所述2DEG区在零栅偏压下，存在于栅极下方，所以大多数氮化物器件是常开型或耗尽型器件。如果在施加零栅偏压时在栅极下方的2DEG区被耗尽，即被移除，则该器件可以是增强型器件。增强型器件是常关型，并且由于它们提供的附加安全性以及由于它们更易于由简单、低成本的激励电路来控制，因而符合需要。为了传导电流，增强型器件需要在栅极施加正偏压。

在常规的增强型GaN晶体管中，通过利用单独的光掩模来限定栅极金属以及p-型GaN材料或p-型AlGaN材料。例如，图1(现有技术)示出了用两种不同的光掩模处理栅极金属与栅极pGaN。图1示例说明了常规的增强型GaN晶体管器件100，其包括可为蓝宝石或硅的衬底101、多个过渡层102、非掺杂的GaN材料103、非掺杂的AlGaN材料104、源极欧姆接触金属109、漏极欧姆接触金属110、p-型AlGaN或p-型GaN材料105、高度掺杂的p-型GaN材料106以及栅极金属111。

如图1中所示，栅极金属、p-型GaN或p-型AlGaN材料由两个单独的光掩模限定。第一掩模用于通过使硬掩模图案化并使p-型GaN选择性地生长或通过使p-型GaN图案化并被蚀刻来形成p-型GaN或p-型AlGaN。第二掩模用于通过使栅极金属图案化并剥离栅极金属或通过使栅极金属图案化并被蚀刻来形成栅极金属。所述两个掩模工艺导致比光/蚀刻最小CD更宽的栅极长度。这导致高的栅极电荷、更宽的单元间距和更高的Rdson(“导通电阻”)。常规的制造方法还会增加生产成本。另一个缺陷在于，最高的电场位于朝向漏极欧姆接触金属的p-型GaN材料或p-型AlGaN材料的栅极拐角处。这种高电场导致高的栅极泄漏电流和高的栅极可靠性危险。

希望提供具有自对准栅极的增强型GaN晶体管结构，其可避免现有技术的上述缺陷。还希望提供减小p-型GaN或AlGaN的栅极拐角处的高电场的特征。

发明内容

本说明书公开的实施方案涉及具有自对准的栅极隔离物、栅极金属材料和栅极化合物的增强型GaN晶体管，及其制备方法。利用单一光掩模对这些材料进行图案化和进行蚀刻，这样可降低生产成本。所述栅极隔离物和所述栅极化合物的界面比介电膜和所述栅极化合物的界面具有更低的泄漏，从而降低栅极泄漏。此外，使用欧姆接触金属层作为场板(field plate)来减小朝向漏极触点的掺杂的III-V栅极化合物拐角处的电场，这导致减小的栅极泄漏电流和改进的栅极可靠性。

附图说明

图1显示常规增强型GaN晶体管的横截面视图。

图2显示具有根据此处描述的本发明第一个实施方案形成的栅极隔离物的增强型GaN HEMT器件。

图3A-3H示意显示根据本发明第一实施方案的增强型GaN HEMT器件的形成。

图4显示具有根据本发明第二实施方案形成的栅极隔离物的增强型GaN HEMT器件。

图5A-5G示意显示根据本发明第二实施方案的增强型GaN HEMT器件的形成。

图6显示具有根据本发明第三实施方案形成的栅极隔离物的增强型GaN HEMT器件。

图7A-7H示意显示根据本发明第三实施方案的增强型GaN HEMT器件的形成。

图8显示具有根据本发明第四实施方案形成的栅极隔离物的增强型GaN HEMT器件。

图9A-9G示意显示根据本发明第四实施方案的增强型GaN HEMT器件的形成。