[实用新型]具有多金属栅结构的HEMT器件

说明书

本实用新型公开了具有多金属栅结构的HEMT器件。该器件包括AlGaN/GaN外延，AlGaN/GaN外延上表面的两端分别连接源漏电极，源漏电极靠近源极侧设置栅电极，栅电极第一层金属X采用电子束蒸发方式沉积，栅电极第二层金属Y采用磁控溅射方式沉积，栅电极第二层金属Y的功函数高于第一层金属X的功函数，无需光刻，栅电极剥离后形成的与(Al)GaN接触的金属结构为Y/X/Y。与(Al)GaN接触的是多金属栅结构，使得电场重新分布，降低了靠近漏极的栅极边缘的电场峰值，提高了器件的击穿电压；同时，较低的栅极边缘的电场峰值减弱了栅极注入电子以形成虚栅效应，降低了器件的电流崩塌，提高了器件的动态性能。

技术领域

本实用新型涉及半导体领域，特别涉及具有多金属栅结构的HEMT器件。

背景技术

GaN材料因具有高电子迁移率、低导通电阻、优异的散热能力以及高击穿等特性，广泛应用于高频功率放大器与高压功率开关等场合。目前GaN基HEMT器件的击穿电压远远没有达到GaN材料的理论极限值（3.4 MV/cm）,器件往往容易在栅漏之间击穿，如何降低靠近漏极一侧的栅极边缘的高电场峰值将有益于提高器件的击穿电压。目前最常见的方法是采用栅极场板或者源极场板来调节电场分布，从而降低靠近漏极一侧的栅极边缘的高电场峰值。另一方面，由于栅极注入电子导致的虚栅效应加剧了对于器件电流崩塌的影响，使得器件在应力条件下表现出较差的性能。目前普遍采用钝化工艺来减小势垒层上的表面态，抑制电流崩塌（R. Hao, et al, IEEE Electron Device Lett.,2017, 38(11)）；采用场板工艺来调制电场，从而减小表面态的做法也有相关的报道（H. Hanawa, et al, IEEEInternational Reliability Physics Symposium Proceedings., 2013）。有学者（A. K.Visvkarma, et al, Semicond. Sci. Technol., 2019， 34(10)）通过改变电子束沉积的角度来实现双层栅极金属工艺，形成了Ni/(Al)GaN与Ti/(Al)GaN栅极双接触界面，改变了栅极边缘电场分布，提高了器件的击穿电压与动态性能。

目前沉积金属的设备一般是电子束蒸发或者磁控溅射。磁控溅射设备主要是依靠氩离子轰击靶材，将材料的原子溅射出来至晶圆表面；而电子束蒸发设备主要是依靠加热，让材料融化，到达沸点后，材料的粒子一个个的脱离材料表面到达晶圆表面。对于磁控溅射设备而言，其溅射距离短，主要涉及到粒子之间的碰撞，有一个粒子运动的平均自由程要考虑，类似于一个点光源，各个粒子间角度大，因此溅射在晶圆表面上的材料的区域会比定义的光刻窗口要大；而电子束蒸发的腔体长，类似于平行的光源，金属材料会垂直的蒸发在晶圆表面上。

综上所述，双层栅极金属工艺有助于改善器件的击穿电压和动态性能。但上述提到的改变电子束沉积的角度的方法很难精确控制，且重复性差。

实用新型内容

本实用新型提出了具有多金属栅结构的HEMT器件，利用磁控溅射制备的第二层金属Y完全包裹住了利用电子束制备的第一层金属X，形成了YXY金属栅结构，调节了电场分布，降低了靠近漏极的栅极边缘的电场峰值，提高了器件的击穿电压；与此同时，较低的栅极边缘的电场峰值减弱了栅极注入电子以形成虚栅对于器件的电流崩塌的影响，提高了器件的动态性能。

本实用新型的目的至少通过如下技术方案之一实现的。

本实用新型提供了具有多金属栅结构的HEMT器件，所述器件包括AlGaN/GaN外延，AlGaN/GaN外延上表面的两端分别连接源漏电极，所述源漏电极靠近源极侧设置栅电极，所述栅电极第一层金属X采用电子束蒸发方式沉积，所述栅电极第二层金属Y采用磁控溅射方式沉积，所述栅电极第二层金属Y的功函数高于第一层金属X的功函数，无需额外的光刻步骤，所述栅电极剥离后形成的与(Al)GaN接触的金属结构为Y/X/Y。