基于t形柵-漏復(fù)合場(chǎng)板的異質(zhì)結(jié)器件及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于T形柵-漏復(fù)合場(chǎng)板的異質(zhì)結(jié)器件及其制作方法，主要解決現(xiàn)有場(chǎng)板技術(shù)在實(shí)現(xiàn)高擊穿電壓時(shí)工藝復(fù)雜的問(wèn)題。其包括：襯底(1)、過(guò)渡層(2)、勢(shì)壘層(3)、源極(4)、肖特基漏極(5)、臺(tái)面(6)、柵極(7)、鈍化層(8)和保護(hù)層(13)。鈍化層(8)內(nèi)刻有柵槽(9)和漏槽(10)，鈍化層(8)與保護(hù)層(13)之間淀積有T形柵場(chǎng)板(11)和T形漏場(chǎng)板(12)；T形柵場(chǎng)板(11)與柵極(7)電氣連接，且下端完全填充在柵槽(9)內(nèi)；T形漏場(chǎng)板(12)與肖特基漏極(5)電氣連接，且下端完全填充在漏槽(10)內(nèi)。本發(fā)明具有制作工藝簡(jiǎn)單、正向特性與反向特性好及成品率高的優(yōu)點(diǎn)，可作為開(kāi)關(guān)器件。
【專利說(shuō)明】基于T形柵-漏復(fù)合場(chǎng)板的異質(zhì)結(jié)器件及其制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微電子【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及半導(dǎo)體器件，特別是基于T形柵-漏復(fù)合場(chǎng)板的 異質(zhì)結(jié)器件，可作為電力電子系統(tǒng)的基本器件。 技術(shù)背景
[0002] 功率半導(dǎo)體器件是電力電子系統(tǒng)的重要元件，是進(jìn)行電能處理的有效工具。近年 來(lái)，隨著能源和環(huán)境問(wèn)題的日益突出，研發(fā)新型高性能、低損耗功率器件已成為提高電能利 用率、節(jié)約能源、緩解能源危機(jī)的有效途徑之一。然而，在功率器件研究中，高速、高壓與低 導(dǎo)通電阻之間存在著嚴(yán)重的制約關(guān)系，合理、有效地改進(jìn)這種制約關(guān)系是提高器件整體性 能的關(guān)鍵。隨著市場(chǎng)不斷對(duì)功率系統(tǒng)提出更高效率、更小體積、更高頻率的要求，傳統(tǒng)Si基 半導(dǎo)體功率器件性能已逼近其理論極限。為了能進(jìn)一步減少芯片面積、提高工作頻率、提高 工作溫度、降低導(dǎo)通電阻、提高擊穿電壓、降低整機(jī)體積、提高整機(jī)效率，以氮化鎵為代表的 寬禁帶半導(dǎo)體材料，憑借其更大的禁帶寬度、更高的臨界擊穿電場(chǎng)和更高的電子飽和漂移 速度，且化學(xué)性能穩(wěn)定、耐高溫、抗輻射等突出優(yōu)點(diǎn)，在制備高性能功率器件方面脫穎而出， 應(yīng)用潛力巨大。特別是采用GaN基異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的高電子遷移率晶體管，即GaN基HEMT器件， 更是因其低導(dǎo)通電阻、高工作頻率等特性，能滿足下一代電子裝備對(duì)功率器件更大功率、更 高頻率、更小體積和更惡劣高溫工作的要求，在經(jīng)濟(jì)和軍事領(lǐng)域具有廣闊和特殊的應(yīng)用前 旦 -5^ 〇
[0003] 然而，常規(guī)GaN基HEMT器件結(jié)構(gòu)上存在固有缺陷，會(huì)導(dǎo)致器件溝道電場(chǎng)強(qiáng)度呈畸 形分布，尤其是在器件柵極靠近漏極附近存在極高電場(chǎng)峰值。這導(dǎo)致實(shí)際的GaN基HEMT 器件在施加正漏極電壓情況下，即正向關(guān)態(tài)，的正向擊穿電壓往往遠(yuǎn)低于理論期望值，且存 在電流崩塌、逆壓電效應(yīng)等可靠性問(wèn)題，嚴(yán)重制約了在電力電子領(lǐng)域中的應(yīng)用和發(fā)展。為 了解決以上問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外研究者們提出了眾多方法，而場(chǎng)板結(jié)構(gòu)是其中效果最為顯著、應(yīng)用 最為廣泛的一種。2000年美國(guó)UCSB的N. Q. Zhang等人首次將場(chǎng)板結(jié)構(gòu)成功應(yīng)用于GaN 基HEMT功率器件中，研制出交疊柵功率器件，飽和輸出電流為500mA/mm，關(guān)態(tài)擊穿電壓可 達(dá)570V，這是當(dāng)時(shí)所報(bào)道擊穿電壓最高的GaN器件，參見(jiàn)High breakdown GaN HEMT with overlapping gate structure, IEEE Electron Device Letters, Vol. 21, No. 9, pp. 421-42 3,2000。隨后，各國(guó)研究機(jī)構(gòu)紛紛展開(kāi)了相關(guān)的研究工作，而美國(guó)和日本是該領(lǐng)域中的主要 領(lǐng)跑者。在美國(guó)，主要是UCSB、南卡大學(xué)、康奈爾大學(xué)以及著名的電力電子器件制造商IR 公司等從事該項(xiàng)研究。日本相對(duì)起步較晚，但他們對(duì)這方面的工作非常重視，資金投入力度 大，從事機(jī)構(gòu)眾多，包括：東芝、古河、松下、豐田和富士等大公司。隨著研究的深入，研究者 們發(fā)現(xiàn)相應(yīng)地增加場(chǎng)板長(zhǎng)度，可以提高器件擊穿電壓。但場(chǎng)板長(zhǎng)度的增加會(huì)使場(chǎng)板效率，即 擊穿電壓比場(chǎng)板長(zhǎng)度，不斷減小，也就是場(chǎng)板提高器件擊穿電壓的能力隨著場(chǎng)板長(zhǎng)度的增 加逐漸趨于飽和，參見(jiàn)Enhancement of breakdown voltage in AlGaN/GaN high electron mobility transistors using a field plate, IEEE Transactions on Electron Devices ，Vol. 48, No. 8, pp. 1515-1521，2001,以及 Development and characteristic analysis of a field-plated Al203/AlInN/GaN MOS HEMT, Chinese Physics B, Vol. 20, No. 1, pp. 017203 1-0172035,2011。因此，為了進(jìn)一步提高器件擊穿電壓，同時(shí)兼顧場(chǎng)板效率，2004年UCSB的 H. L. Xing等人提出了一種雙層場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，他們研制的雙層?xùn)艌?chǎng)板GaN基HEMT器件可獲得 高達(dá)900V的擊穿電壓，最大輸出電流700mA/mm，參見(jiàn)High breakdown voltage AlGaN-GaN HEMTs achieved by multiple field plates, IEEE Electron Device Letters, Vol. 25, No. 4, pp. 161-163, 2004。而且這種雙層場(chǎng)板結(jié)構(gòu)已成為當(dāng)前國(guó)際上用來(lái)改善GaN基功率器件擊 穿特性，提高器件整體性能的主流場(chǎng)板技術(shù)。
[0004] 在實(shí)際應(yīng)用中，研究者們還發(fā)現(xiàn)在電動(dòng)汽車、功率管理系統(tǒng)、S類功率放大器等 許多【技術(shù)領(lǐng)域】中，往往需要功率器件具有很強(qiáng)的反向阻斷，即反向關(guān)態(tài)，能力，也就是希望 器件在關(guān)態(tài)下具有很高的負(fù)的漏極擊穿電壓，即反向擊穿電壓。而通常的單層或雙層場(chǎng) 板都是與柵極或源極相連，因此當(dāng)器件漏極施加非常低的反向電壓時(shí)，器件柵極便會(huì)正向 開(kāi)啟，并通過(guò)很大柵電流，從而導(dǎo)致器件失效。因此，為了改善功率器件的反向阻斷能力， 2009年Eldad Bahat-Treidel等人提出了一種采用肖特基漏極的功率器件，參見(jiàn)AlGaN/ GaN HEMT With Integrated Recessed Schottky-Drain Protection Diode, IEEE Electron Device Letters，Vol.30，No.9，pp. 901-903, 2009。然而，肖特基漏極在提高器件反向阻 斷特性方面的能力十分有限，因此為了更有效地改善功率器件的反向阻斷能力，研究者們 將場(chǎng)板技術(shù)引入到了器件漏極，形成了漏場(chǎng)板結(jié)構(gòu)。因此，為了兼顧功率器件的正向和反 向阻斷能力，2005年Wataru Saito等人提出了一種采用源場(chǎng)板和漏場(chǎng)板的復(fù)合場(chǎng)板功率 器件，也就是源-漏復(fù)合場(chǎng)板功率器件，參見(jiàn)Design optimization of high breakdown voltage AlGaN-GaN power HEMT on an insulating substrate for R0NA_VB tradeoff characteristics, IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 52, No. 1, pp. 106-111, 2 005。 然而，由于單層的源場(chǎng)板和漏場(chǎng)板在提高器件擊穿電壓方面的能力仍然有限，因此將雙 層場(chǎng)板結(jié)構(gòu)與源-漏復(fù)合場(chǎng)板功率器件相結(jié)合，也就是采用雙層場(chǎng)板結(jié)構(gòu)的源場(chǎng)板和雙層 場(chǎng)板結(jié)構(gòu)的漏場(chǎng)板而構(gòu)成源-漏復(fù)合雙層場(chǎng)板功率器件，可以實(shí)現(xiàn)器件正向和反向擊穿電 壓的進(jìn)一步提升，這具有較大的應(yīng)用潛力。然而，雙層場(chǎng)板HEMT功率器件的工藝復(fù)雜，制造 成本更高，每一層場(chǎng)板的制作都需要光刻、淀積金屬、淀積鈍化介質(zhì)等工藝步驟。而且要優(yōu) 化各層場(chǎng)板下介質(zhì)材料厚度以實(shí)現(xiàn)擊穿電壓最大化，必須進(jìn)行繁瑣的工藝調(diào)試和優(yōu)化，因 此大大增加了器件制造的難度，降低了器件的成品率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、正向和反向擊 穿電壓高、場(chǎng)板效率高和可靠性高的基于T形柵-漏復(fù)合場(chǎng)板的異質(zhì)結(jié)器件及其制作方法， 以減小器件制作難度，改善器件的正向擊穿特性和反向擊穿特性，提高器件成品率。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的器件結(jié)構(gòu)采用GaN基寬禁帶半導(dǎo)體材料構(gòu)成的 異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，自下而上包括：襯底、過(guò)渡層、勢(shì)壘層、鈍化層和保護(hù)層，勢(shì)壘層的上面淀積有 源極、肖特基漏極及柵極，勢(shì)壘層的側(cè)面刻有臺(tái)面，且臺(tái)面深度大于勢(shì)壘層厚度，其特征在 于：
[0007] 鈍化層內(nèi)刻有柵槽和漏槽，柵槽靠近柵極，漏槽靠近肖特基漏極；
[0008] 鈍化層與保護(hù)層之間淀積有T形柵場(chǎng)板和T形漏場(chǎng)板；
[0009] 所述T形柵場(chǎng)板與柵極電氣連接，且下端完全填充在柵槽內(nèi)；
[0010] 所述T形漏場(chǎng)板與肖特基漏極電氣連接，且下端完全填充在漏槽內(nèi)。
[0011] 作為優(yōu)選，所述的柵槽的深度Si與漏槽的深度s2相等，且均為0.43?11.4 iim， 柵槽的寬度匕與漏槽的寬度b2相等，且均為0. 81?10. 2 y m。
[0012] 作為優(yōu)選，所述的柵槽的底部與勢(shì)壘層之間的距離屯和漏槽的底部與勢(shì)壘層之間 的距尚d 2相等，且均為0. 098?1. 74 u m。
[0013] 作為優(yōu)選，所述的T形柵場(chǎng)板靠近肖特基漏極一側(cè)邊緣與柵槽靠近肖特基漏極一 側(cè)邊緣之間的距離q為0. 98?12. 2 ii m。
[0014] 作為優(yōu)選，所述的T形漏場(chǎng)板靠近柵極一側(cè)邊緣與漏槽靠近柵極一側(cè)邊緣之間的 距離 c2 為 0? 98 ?12. 2 u m。
[0015] 作為優(yōu)選，所述的T形柵場(chǎng)板靠近肖特基漏極一側(cè)邊緣與T形漏場(chǎng)板靠近柵極一 側(cè)邊緣之間的距離L為1?9 y m。
[0016] 作為優(yōu)選，所述的柵槽靠近柵極一側(cè)邊緣與柵極靠近肖特基漏極一側(cè)邊緣之間的 距離和漏槽靠近肖特基漏極一側(cè)邊緣與肖特基漏極靠近柵極一側(cè)邊緣之間的距離a2相 等，柵槽靠近柵極一側(cè)邊緣與柵極靠近肖特基漏極一側(cè)邊緣之間的距離％為Sl X (屯)5，其 中Sl為柵槽的深度，屯為柵槽底部與勢(shì)壘層之間的距離；漏槽靠近肖特基漏極一側(cè)邊緣與 肖特基漏極靠近柵極一側(cè)邊緣之間的距離a 2為s2X (d2)°_5,其中s2為漏槽的深度，d2為漏 槽底部與勢(shì)壘層之間的距離。
[0017] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明制作基于T形柵-漏復(fù)合場(chǎng)板的異質(zhì)結(jié)器件的方法，包括 如下過(guò)程：
[0018] 第一步，在襯底上外延GaN基寬禁帶半導(dǎo)體材料，形成過(guò)渡層；
[0019] 第二步，在過(guò)渡層上外延GaN基寬禁帶半導(dǎo)體材料，形成勢(shì)壘層；
[0020] 第三步，在勢(shì)壘層上第一次制作掩膜，利用該掩膜在勢(shì)壘層的左端淀積金屬，再在 N2氣氛中進(jìn)行快速熱退火，制作源極；
[0021] 第四步，在勢(shì)壘層上第二次制作掩膜，利用該掩膜在勢(shì)壘層的右端淀積金屬，制作 肖特基漏極；
[0022] 第五步，在勢(shì)壘層上第三次制作掩膜，利用該掩膜在源極左側(cè)與肖特基漏極右側(cè) 的勢(shì)壘層上進(jìn)行刻蝕，且刻蝕區(qū)深度大于勢(shì)壘層厚度，形成臺(tái)面；
[0023] 第六步，在勢(shì)壘層上第四次制作掩膜，利用該掩膜在源極與肖特基漏極之間的勢(shì) 壘層上淀積金屬，制作柵極；
[0024] 第七步，分別在源極上部、肖特基漏極上部、柵極上部及勢(shì)壘層的其他區(qū)域上部淀 積鈍化層；
[0025] 第八步，在鈍化層上第五次制作掩膜，利用該掩膜在柵極與肖特基漏極之間的 鈍化層內(nèi)進(jìn)行刻蝕，以制作相同深度與相同寬度的柵槽和漏槽，且柵槽靠近柵極，漏槽靠 近肖特基漏極，柵槽靠近柵極一側(cè)邊緣與柵極靠近肖特基漏極一側(cè)邊緣之間的距離為 SlX (d，5,其中Sl為柵槽的深度，屯為柵槽底部與勢(shì)壘層之間的距離，漏槽靠近肖特基漏 極一側(cè)邊緣與肖特基漏極靠近柵極一側(cè)邊緣之間的距離a 2為s2X (d2)°_5,其中s2為漏槽的 深度，d2為漏槽底部與勢(shì)壘層之間的距離；
[0026] 第九步，在鈍化層上第六次制作掩膜，利用該掩膜在柵槽內(nèi)、漏槽內(nèi)以及柵極與肖 特基漏極之間的鈍化層上淀積金屬，所淀積金屬完全填充柵槽和漏槽，以制作厚度相同的T 形柵場(chǎng)板和T形漏場(chǎng)板，并將T形柵場(chǎng)板與柵極電氣連接，將T形漏場(chǎng)板與肖特基漏極電氣 連接；
[0027] 第十步，在T形柵場(chǎng)板上部、T形漏場(chǎng)板上部和鈍化層的其它區(qū)域上部淀積絕緣介 質(zhì)材料，形成保護(hù)層，完成整個(gè)器件的制作。
[0028] 本發(fā)明器件與采用傳統(tǒng)柵場(chǎng)板和漏場(chǎng)板的異質(zhì)結(jié)器件比較具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0029] 1.進(jìn)一步提高了器件的正向和反向擊穿電壓。
[0030] 本發(fā)明由于采用T形柵場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，使器件在處于正向關(guān)態(tài)的工作狀態(tài)時(shí)，勢(shì)壘層 表面電勢(shì)從柵極到肖特基漏極逐漸升高，從而增加了勢(shì)壘層中耗盡區(qū)，即高阻區(qū)，的面積， 改善了耗盡區(qū)的分布，促使柵極與肖特基漏極之間勢(shì)壘層中的耗盡區(qū)承擔(dān)更大的正漏源電 壓，從而大大提高了器件的正向擊穿電壓；而且本發(fā)明由于采用T形漏場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，使器件在 處于反向關(guān)態(tài)的工作狀態(tài)時(shí)，勢(shì)壘層表面電勢(shì)從肖特基漏極到柵極逐漸升高，從而增加了 勢(shì)壘層中耗盡區(qū)，即高阻區(qū)，的面積，改善了耗盡區(qū)的分布，促使柵極與肖特基漏極之間勢(shì) 壘層中的耗盡區(qū)承擔(dān)更大的負(fù)漏源電壓，從而大大提高了器件的反向擊穿電壓。
[0031] 2.進(jìn)一步減小了柵極泄漏電流，提高了器件在正向關(guān)態(tài)時(shí)可靠性。
[0032] 本發(fā)明由于采用T形柵場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，使器件在處于正向關(guān)態(tài)的工作狀態(tài)時(shí)，器件勢(shì) 壘層耗盡區(qū)中電場(chǎng)線的分布得到了更有效的調(diào)制，器件中柵極靠近肖特基漏極一側(cè)邊緣、 T形柵場(chǎng)板靠近肖特基漏極一側(cè)邊緣以及柵槽靠近肖特基漏極一側(cè)邊緣都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電 場(chǎng)峰值，而且通過(guò)調(diào)整T形柵場(chǎng)板下方的鈍化層的厚度、柵槽深度和寬度、柵槽靠近柵極一 側(cè)邊緣與柵極靠近肖特基漏極一側(cè)邊緣之間的距離以及柵槽靠近肖特基漏極一側(cè)邊緣與 T形柵場(chǎng)板靠近肖特基漏極一側(cè)邊緣之間的距離，可以使得上述各個(gè)電場(chǎng)峰值相等且小于 GaN基寬禁帶半導(dǎo)體材料的擊穿電場(chǎng)，從而最大限度地減少了柵極靠近肖特基漏極一側(cè)的 邊緣所收集的電場(chǎng)線，有效地降低了該處的電場(chǎng)，大大減小了柵極泄漏電流，使得器件在正 向關(guān)態(tài)時(shí)的可靠性和擊穿特性均得到了顯著增強(qiáng)。
[0033] 3.進(jìn)一步減小了柵極泄漏電流，提高了器件在反向關(guān)態(tài)時(shí)可靠性。
[0034] 本發(fā)明由于采用T形漏場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，使器件在處于反向關(guān)態(tài)的工作狀態(tài)時(shí)，器件勢(shì) 壘層耗盡區(qū)中電場(chǎng)線的分布也得到了更有效的調(diào)制，器件中肖特基漏極靠近柵極一側(cè)邊 緣、T形漏場(chǎng)板靠近柵極一側(cè)邊緣以及漏槽靠近柵極一側(cè)邊緣都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)峰值，而且 通過(guò)調(diào)整T形漏場(chǎng)板下方的鈍化層的厚度、漏槽深度和寬度、漏槽靠近肖特基漏極一側(cè)邊 緣與肖特基漏極靠近柵極一側(cè)邊緣之間的距離以及漏槽靠近柵極一側(cè)邊緣與T形漏場(chǎng)板 靠近柵極一側(cè)邊緣之間的距離，可以使得上述各個(gè)電場(chǎng)峰值相等且小于GaN基寬禁帶半導(dǎo) 體材料的擊穿電場(chǎng)，從而最大限度地減少了柵極靠近肖特基漏極一側(cè)的邊緣所收集的電場(chǎng) 線，有效地降低了該處的電場(chǎng)，大大減小了柵極泄漏電流，使得器件在反向關(guān)態(tài)時(shí)的可靠性 和擊穿特性均得到了顯著增強(qiáng)。
[0035] 4?工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，提高了成品率。
[0036] 本發(fā)明器件結(jié)構(gòu)中T形柵場(chǎng)板和T形漏場(chǎng)板的制作只需一步工藝便可完成，避免 了傳統(tǒng)的堆層場(chǎng)板結(jié)構(gòu)所帶來(lái)的工藝復(fù)雜化問(wèn)題，大大提高了器件的成品率。
[0037] 仿真結(jié)果表明，本發(fā)明器件的正向擊穿電壓和反向擊穿電壓分別遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于采用傳 統(tǒng)柵場(chǎng)板和漏場(chǎng)板的異質(zhì)結(jié)器件的正向擊穿電壓和反向擊穿電壓。
[0038] 以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容和效果。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0039] 圖1是采用傳統(tǒng)柵場(chǎng)板和漏場(chǎng)板的異質(zhì)結(jié)器件的結(jié)構(gòu)圖；
[0040] 圖2是本發(fā)明基于T形柵-漏復(fù)合場(chǎng)板的異質(zhì)結(jié)器件的結(jié)構(gòu)圖；
[0041] 圖3是本發(fā)明基于T形柵-漏復(fù)合場(chǎng)板的異質(zhì)結(jié)器件的制作流程圖；
[0042] 圖4是對(duì)傳統(tǒng)器件及本發(fā)明器件仿真所得的正向關(guān)態(tài)時(shí)勢(shì)壘層中電場(chǎng)曲線圖；
[0043] 圖5是對(duì)傳統(tǒng)器件及本發(fā)明器件仿真所得的反向關(guān)態(tài)時(shí)勢(shì)壘層中電場(chǎng)曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0044] 參照?qǐng)D2,本發(fā)明是基于GaN基寬禁帶半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，其包括：襯底1、過(guò)渡層 2、勢(shì)壘層3、源極4、肖特基漏極5、臺(tái)面6、柵極7、鈍化層8、柵槽9、漏槽10、T形柵場(chǎng)板11、 T形漏場(chǎng)板12與保護(hù)層13。襯底1、過(guò)渡層2與勢(shì)壘層3為自下而上分布；源極4和肖特 基漏極5淀積在勢(shì)壘層3上，柵極7淀積在源極4和肖特基漏極5之間的勢(shì)壘層3上；臺(tái)面 6制作在源極左側(cè)與肖特基漏極右側(cè)，該臺(tái)面深度大于勢(shì)壘層厚度；鈍化層8分別覆蓋在源 極上部、肖特基漏極上部、柵極上部及勢(shì)壘層的其他區(qū)域上部；柵槽9和漏槽10位于柵極與 肖特基漏極之間的鈍化層8內(nèi)，柵槽靠近柵極，漏槽靠近肖特基漏極；柵槽與漏槽具有相同 深度和相同寬度，柵槽的深度Si與漏槽的深度s 2均為0. 43?11. 4 y m，柵槽的寬度h與漏 槽的寬度b2均為0. 81?10. 2 y m，柵槽底部和勢(shì)壘層之間的距離屯與漏槽底部和勢(shì)壘層 之間的距離d2相等，且均為0. 098?1. 74 y m ;柵槽靠近柵極一側(cè)邊緣與柵極靠近肖特基漏 極一側(cè)邊緣之間的距離％和漏槽靠近肖特基漏極一側(cè)邊緣與肖特基漏極靠近柵極一側(cè)邊 緣之間的距離a 2相等，柵槽靠近柵極一側(cè)邊緣與柵極靠近肖特基漏極一側(cè)邊緣之間的距離 為SlX (屯廣5,其中Sl為柵槽的深度，屯為柵槽底部與勢(shì)壘層之間的距離；漏槽靠近肖特 基漏極一側(cè)邊緣與肖特基漏極靠近柵極一側(cè)邊緣之間的距離a2為s2X (d2)°_5,其中s2為漏 槽的深度，d2為漏槽底部與勢(shì)壘層之間的距離；T形柵場(chǎng)板11和T形漏場(chǎng)板12淀積在鈍化 層8與保護(hù)層13之間，該T形柵場(chǎng)板與柵極7電氣連接，且下端完全填充在柵槽9內(nèi)，該T 形漏場(chǎng)板與肖特基漏極5電氣連接，且下端完全填充在漏槽10內(nèi)；T形柵場(chǎng)板靠近肖特基 漏極一側(cè)邊緣與柵槽靠近肖特基漏極一側(cè)邊緣之間的距離 Cl為0. 98?12. 2 y m，T形漏場(chǎng) 板靠近柵極一側(cè)邊緣與漏槽靠近柵極一側(cè)邊緣之間的距離c2為0. 98?12. 2 y m，T形柵場(chǎng) 板靠近肖特基漏極一側(cè)邊緣與T形漏場(chǎng)板靠近柵極一側(cè)邊緣之間的距離L為1?9 y m ;保 護(hù)層13分別覆蓋T形柵場(chǎng)板11上部、T形漏場(chǎng)板12上部以及鈍化層的其它區(qū)域上部。
[0045] 上述器件的襯底1采用藍(lán)寶石或碳化硅或硅材料；過(guò)渡層2由若干層相同或不同 的GaN基寬禁帶半導(dǎo)體材料組成，其厚度為1?5 y m ;勢(shì)壘層3由若干層相同或不同的GaN 基寬禁帶半導(dǎo)體材料組成，其厚度為5?50nm ;鈍化層8和保護(hù)層13均采用Si02、SiN、 A1203、Sc 203、Hf02、Ti02中的任意一種或其它絕緣介質(zhì)材料，鈍化層的厚度為柵槽深度和柵 槽底部與勢(shì)壘層之間的距離之和Si+di或漏槽的深度和漏槽底部與勢(shì)壘層之間的距離之和 s 2+d2，其中Si+di與s2+d2相等，即0. 528?13. 14iim ;保護(hù)層的厚度為0. 51?7. 6iim ;T 形柵場(chǎng)板11和T形漏場(chǎng)板12均采用三層不同金屬的組合構(gòu)成，其厚度相同且均為0. 43? 11. 4 u m〇
[0046] 參照?qǐng)D3,本發(fā)明制作基于T形柵-漏復(fù)合場(chǎng)板的異質(zhì)結(jié)器件的過(guò)程，給出如下三 種實(shí)施例：
[0047] 實(shí)施例一：制作襯底為藍(lán)寶石，鈍化層為A1203，保護(hù)層為SiN，T形柵場(chǎng)板和T形漏 場(chǎng)板為Ti/Mo/Au金屬組合的基于T形柵-漏復(fù)合場(chǎng)板的異質(zhì)結(jié)器件。
[0048] 步驟1.在藍(lán)寶石襯底1上自下而上外延GaN材料制作過(guò)渡層2,如圖3a。
[0049] 使用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在藍(lán)寶石襯底1上外延厚度為1 U m的未摻雜 過(guò)渡層2,該過(guò)渡層自下而上由厚度分別為30nm和0. 97 y m的GaN材料構(gòu)成。外延下層GaN 材料采用的工藝條件為：溫度為530°C，壓強(qiáng)為45T〇rr，氫氣流量為440〇 SCCm，氨氣流量為 440〇SCCm，鎵源流量為22 y mol/min ;外延上層GaN材料采用的工藝條件為：溫度為960°C， 壓強(qiáng)為45Torr，氫氣流量為4400sccm，氨氣流量為4400sccm，鎵源流量為120iimol/min。
[0050] 步驟2.在GaN過(guò)渡層2上淀積未摻雜的Ala5Gaa5N制作勢(shì)壘層3,如圖3b。
[0051] 使用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在GaN過(guò)渡層2上淀積厚度為5nm，且鋁組分為 〇. 5的未摻雜Ala5Gaa5N勢(shì)壘層3,其采用的工藝條件為：溫度為980°C，壓強(qiáng)為45T 〇rr，氫 氣流量為4400sccm，氨氣流量為4400sccm，鎵源流量為35 ii mol/min，鋁源流量為7 ii mol/ min〇
[0052] 步驟3.在勢(shì)魚(yú)層3的左端淀積金屬Ti/Al/Ni/Au制作源極4,如圖3c。
[0053] 在AlyGayN勢(shì)壘層3上第一次制作掩膜，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在其左端淀積金 屬，再在N 2氣氛中進(jìn)行快速熱退火，制作源極4,其中所淀積的金屬為Ti/Al/Ni/Au金屬組 合，即自下而上分別為 Ti、Al、Ni 與 Au，其厚度為 0? 018 ii m/0. 135 ii m/0. 046 ii m/0. 052 ii m。 淀積金屬采用的工藝條件為：真空度小于1. 8Xl(T3Pa，功率范圍為200?1000W，蒸發(fā)速率 小于3A/s;快速熱退火采用的工藝條件為：溫度為850°C，時(shí)間為35s。
[0054] 步驟4.在勢(shì)壘層3的右端淀積金屬Ni/Au制作肖特基漏極5,如圖3d。
[0055] 在Ala5Gaa5N勢(shì)壘層3上第二次制作掩膜，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在其右端淀積金 屬，制作肖特基漏極5,其中所淀積的金屬為Ni/Au金屬組合，即下層為Ni、上層為Au，其厚 度為0.04411111/0.2711111。淀積金屬采用的工藝條件為 ：真空度小于1.8\101^，功率范圍 為200?1000W，蒸發(fā)速率小于3A/s。
[0056] 步驟5.在源極左邊與肖特基漏極右邊的勢(shì)壘層上進(jìn)行刻蝕制作臺(tái)面6,如圖3e。
[0057] 在Ala5Gaa5N勢(shì)壘層3上第三次制作掩膜，使用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在源極左邊與 肖特基漏極右邊的勢(shì)壘層上進(jìn)行刻蝕，形成臺(tái)面6,刻蝕深度為10nm?？涛g采用的工藝條件 為：(：1 2流量為15sccm，壓強(qiáng)為lOmTorr，功率為100W。
[0058] 步驟6.在源極與肖特基漏極之間的勢(shì)壘層上淀積金屬Ni/Au制作柵極7,如圖 3f〇
[0059] 在Ala5Gaa5N勢(shì)壘層上第四次制作掩膜，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在源極與肖特基漏 極之間的勢(shì)壘層上淀積金屬，制作柵極7,其中所淀積的金屬為Ni/Au金屬組合，即下層 為Ni、上層為Au，其厚度為0. 044 y m/0. 27 y m。淀積金屬采用的工藝條件為：真空度小于 1.8X10_3Pa，功率范圍為200?1000W，蒸發(fā)速率小于3A/s。
[0060] 步驟7.在源極上部、肖特基漏極上部、柵極上部以及勢(shì)壘層的其他區(qū)域上部淀積 鈍化層8,如圖3g。
[0061] 使用原子層淀積技術(shù)分別覆蓋源極上部、肖特基漏極上部、柵極上部以及勢(shì)壘層 的其他區(qū)域上部，完成淀積厚度為0. 528 i! m的A1203鈍化層8。淀積鈍化層采用的工藝條 件為：以TMA和H20為反應(yīng)源，載氣為N 2，載氣流量為20〇SCCm，襯底溫度為300°C，氣壓為 700Pa〇
[0062] 步驟8.在柵極7與肖特基漏極5之間的鈍化層內(nèi)進(jìn)行刻蝕制作柵槽9和漏槽10， 如圖3h。
[0063] 在鈍化層8上第五次制作掩膜，使用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在柵極7與肖特基漏極5 之間的鈍化層內(nèi)進(jìn)行刻蝕，以制作相同深度、相同寬度的柵槽9和漏槽10,柵槽靠近柵極， 漏槽靠近肖特基漏極，柵槽與漏槽的深度均為〇. 43 y m，寬度均為0. 81 y m，柵槽的底部和 漏槽的底部與勢(shì)壘層之間的距離均為0.098 ym，柵槽靠近柵極一側(cè)邊緣與柵極靠近肖特基 漏極一側(cè)邊緣之間的距離和漏槽靠近肖特基漏極一側(cè)邊緣與肖特基漏極靠近柵極一側(cè)邊 緣之間的距離均為0. 135 y m。刻蝕采用的工藝條件為：CF4流量為45SCCm，02流量為5 SCCm， 壓強(qiáng)為15mTorr，功率為250W。
[0064] 步驟9.在柵槽9內(nèi)、漏槽10內(nèi)以及柵極7與肖特基漏極5之間的鈍化層上淀積 金屬Ti/Mo/Au制作T形柵場(chǎng)板11和T形漏場(chǎng)板12,如圖3i。
[0065] 在鈍化層8上第六次制作掩膜，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在柵槽9內(nèi)、漏槽10內(nèi)以及 柵極7和肖特基漏極5之間的鈍化層上淀積金屬形成T形柵場(chǎng)板11和T形漏場(chǎng)板12,并將 T形柵場(chǎng)板與柵極電氣連接，將T形漏場(chǎng)板與肖特基漏極電氣連接。所淀積的金屬為Ti/Mo/ Au金屬組合，即下層為Ti、中層為Mo、上層為Au，其厚度為0. 18iim/0. 16iim/0. 09iim。其中 所淀積金屬要完全填充柵槽9和漏槽10, T形柵場(chǎng)板靠近肖特基漏極一側(cè)邊緣與柵槽靠近 肖特基漏極一側(cè)邊緣之間的距離為〇. 98 y m，T形漏場(chǎng)板靠近柵極一側(cè)邊緣與漏槽靠近柵 極一側(cè)邊緣之間的距離為0. 98 y m，T形柵場(chǎng)板靠近肖特基漏極一側(cè)邊緣與T形漏場(chǎng)板靠近 柵極一側(cè)邊緣之間的距離為1 U m。淀積金屬采用的工藝條件為：真空度小于1. 8X l(T3Pa， 功率范圍為200?1000W，蒸發(fā)速率小于3A/s。
[0066] 步驟10.在T形柵場(chǎng)板11上部、T形漏場(chǎng)板12上部和鈍化層8的其它區(qū)域上部 淀積SiN制作保護(hù)層13,如圖3j。
[0067] 使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)在T形柵場(chǎng)板11上部、T形漏場(chǎng)板12上部 和鈍化層8的其它區(qū)域上部淀積SiN形成保護(hù)層13,其厚度為0. 51 y m，從而完成整個(gè)器件 的制作，淀積保護(hù)層采用的工藝條件為：氣體為NH3、N2及SiH4，氣體流量分別為2. 5SCCm、 950sccm和250sccm，溫度、RF功率和壓強(qiáng)分別為300°C、25W和950mTorr。
[0068] 實(shí)施例二：制作襯底為碳化硅，鈍化層為SiN，保護(hù)層為Si02, T形柵場(chǎng)板和T形漏 場(chǎng)板為Ti/Ni/Au金屬組合的基于T形柵-漏復(fù)合場(chǎng)板的異質(zhì)結(jié)器件。
[0069] 步驟一.在碳化硅襯底1上自下而上外延A1N與GaN材料制作過(guò)渡層2,如圖3a。
[0070] 1. 1)使用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在碳化硅襯底1上外延厚度為50nm 的未摻雜A1N材料；其外延的工藝條件為：溫度為1000°C，壓強(qiáng)為45T 〇rr，氫氣流量為 4600sccm，氨氣流量為4600sccm，錯(cuò)源流量為5iimol/min ;
[0071] 1. 2)使用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在A1N材料上外延厚度為2. 45 y m的GaN 材料，完成過(guò)渡層2的制作；其外延的工藝條件為：溫度為1000°C，壓強(qiáng)為45T〇rr，氫氣流 量為4600sccm，氨氣流量為4600sccm，鎵源流量為120iimol/min。
[0072] 本步驟的外延不局限于金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積技術(shù)，也可以采用分子束外延技 術(shù)或氫化物氣相外延技術(shù)。
[0073] 步驟二.在過(guò)渡層2上自下而上外延Al(l.3Ga(l.7N和GaN材料制作勢(shì)壘層3,如圖 3b 〇
[0074] 2. 1)使用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在過(guò)渡層2上淀積厚度為27nm、鋁組分為 0. 3的AluGa^N材料；其外延的工藝條件為：溫度為1KKTC，壓強(qiáng)為45T〇rr，氫氣流量為 4600sccm，氨氣流量為4600sccm，鎵源流量為16 y mol/min，錯(cuò)源流量為8 y mol/min ;
[0075] 2. 2)使用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在AlQ.3GaQ.7N材料上外延厚度為3nm的 GaN材料，完成勢(shì)壘層3的制作；其外延的工藝條件為：溫度為1200°C，壓強(qiáng)為40Torr，氫氣 流量為4100sccm，氨氣流量為4100sccm，鎵源流量為11 y mol/min。
[0076] 本步驟的外延不局限于金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積技術(shù)，也可以采用分子束外延技 術(shù)或氫化物氣相外延技術(shù)。
[0077] 步驟三.在勢(shì)魚(yú)層3的左端淀積金屬Ti/Al/Ni/Au制作源極4,如圖3c。
[0078] 3. 1)在勢(shì)壘層3上第一次制作掩膜，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在其左端淀積金屬， 其中所淀積的金屬為Ti/Al/Ni/Au金屬組合，即自下而上分別為Ti、Al、Ni與Au，其厚度 為0. 018iim/0. 135iim/0. 046iim/0. 052iim。淀積金屬采用的工藝條件為：真空度小于 1.8X10_3Pa，功率范圍為200?1000W，蒸發(fā)速率小于3A/s;
[0079] 3. 2)在N2氣氛中進(jìn)行快速熱退火，完成源極4的制作，快速熱退火采用的工藝條 件為：溫度為850°C，時(shí)間為35s。
[0080] 本步驟的金屬淀積不局限于電子束蒸發(fā)技術(shù)，也可以采用濺射技術(shù)。
[0081] 步驟四.在勢(shì)壘層3的右端淀積金屬Ni/Au制作肖特基漏極5,如圖3d。
[0082] 在勢(shì)壘層3上第二次制作掩膜，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在其右端淀積金屬，制作 肖特基漏極5,其中所淀積的金屬為Ni/Au金屬組合，即下層為Ni、上層為Au，其厚度為 0.044iim/0.27iim。淀積金屬采用的工藝條件為：真空度小于1.8Xl(T 3Pa，功率范圍為 200?1000W，蒸發(fā)速率小于3A/s。
[0083] 本步驟的金屬淀積不局限于電子束蒸發(fā)技術(shù)，也可以采用濺射技術(shù)。
[0084] 步驟五.在源極左邊與肖特基漏極右邊的勢(shì)壘層上進(jìn)行刻蝕制作臺(tái)面6,如圖3e。
[0085] 在勢(shì)壘層3上第三次制作掩膜，使用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在源極左邊與肖特基漏極 右邊的勢(shì)壘層上進(jìn)行刻蝕，形成臺(tái)面6,刻蝕深度為100nm?？涛g采用的工藝條件為：(：1 2流 量為15sccm，壓強(qiáng)為lOmTorr，功率為100W。
[0086] 本步驟的刻蝕不局限于反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)，也可以采用濺射技術(shù)或等離子體刻蝕 技術(shù)。
[0087] 步驟六.在源極與肖特基漏極之間的勢(shì)壘層上淀積金屬Ni/Au制作柵極7,如圖 3f〇
[0088] 在勢(shì)壘層上第四次制作掩膜，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在源極與肖特基漏極之間的勢(shì) 壘層上淀積金屬，制作柵極7,其中所淀積的金屬為Ni/Au金屬組合，即下層為Ni、上層為 Au，其厚度為0. 044 y m/0. 27 y m，淀積金屬采用的工藝條件為：真空度小于1. 8 X l(T3Pa，功 率范圍為200?1000W，蒸發(fā)速率小于3A/s。
[0089] 本步驟的金屬淀積不局限于電子束蒸發(fā)技術(shù)，也可以采用濺射技術(shù)。
[0090] 步驟七.在源極上部、肖特基漏極上部、柵極上部以及勢(shì)壘層的其他區(qū)域上部淀 積鈍化層8,如圖3g。
[0091] 使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)分別覆蓋源極上部、肖特基漏極上部、柵極 上部以及勢(shì)壘層的其他區(qū)域上部，完成淀積厚度為6. 3 的SiN鈍化層8 ;其采用的工藝 條件為：氣體為NH3、N2及SiH4，氣體流量分別為2. 5sccm、950sccm和250sccm，溫度、RF功 率和壓強(qiáng)分別為300°C、25W和950mTorr。
[0092] 本步驟的鈍化層的淀積不局限于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)，也可以采用蒸 發(fā)技術(shù)或原子層淀積技術(shù)或溉射技術(shù)或分子束外延技術(shù)。
[0093] 步驟八.在柵極7與肖特基漏極5之間的鈍化層內(nèi)進(jìn)行刻蝕制作柵槽9和漏槽 10,如圖3h。
[0094] 在鈍化層8上第五次制作掩膜，使用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在柵極7與肖特基漏極5 之間的鈍化層內(nèi)進(jìn)行刻蝕，以制作相同深度、相同寬度的柵槽9和漏槽10,柵槽靠近柵極， 漏槽靠近肖特基漏極，柵槽與漏槽的深度均為5.8 iim，寬度均為5.4 iim，柵槽的底部和漏 槽的底部與勢(shì)壘層之間的距離均為〇. 5 y m，柵槽靠近柵極一側(cè)邊緣與柵極靠近肖特基漏極 一側(cè)邊緣之間的距離和漏槽靠近肖特基漏極一側(cè)邊緣與肖特基漏極靠近柵極一側(cè)邊緣之 間的距離均為4. 101 y m?？涛g采用的工藝條件為：CF4流量為45SCCm，02流量為5 SCCm，壓 強(qiáng)為15mTorr，功率為250W。
[0095] 本步驟的刻蝕不局限于反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)，也可以采用濺射技術(shù)或等離子體刻蝕 技術(shù)。
[0096] 步驟九.在柵槽9內(nèi)、漏槽10內(nèi)以及柵極7和肖特基漏極5之間的鈍化層上淀積 金屬Ti/Ni/Au制作T形柵場(chǎng)板11和T形漏場(chǎng)板12,如圖3i。
[0097] 在鈍化層8上第六次制作掩膜，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在柵槽9內(nèi)、漏槽10內(nèi)以及 柵極7和肖特基漏極5之間的鈍化層上淀積金屬形成T形柵場(chǎng)板11和T形漏場(chǎng)板12,并將 T形柵場(chǎng)板與柵極電氣連接，將T形漏場(chǎng)板與肖特基漏極電氣連接。所淀積的金屬為Ti/Ni/ Au金屬組合，即下層為Ti、中層為Ni、上層為Au，其厚度為2. 9 y m/2. 4 y m/0. 5 y m。其中所 淀積金屬要完全填充柵槽9和漏槽10, T形柵場(chǎng)板靠近肖特基漏極一側(cè)邊緣與柵槽靠近肖 特基漏極一側(cè)邊緣之間的距離為7. 9 y m，T形漏場(chǎng)板靠近柵極一側(cè)邊緣與漏槽靠近柵極一 側(cè)邊緣之間的距離為7. 9 y m，T形柵場(chǎng)板靠近肖特基漏極一側(cè)邊緣與T形漏場(chǎng)板靠近柵極 一側(cè)邊緣之間的距離為6. 8 iim。淀積金屬采用的工藝條件為：真空度小于1. 8 Xl(T3Pa，功 率范圍為200?1000W，蒸發(fā)速率小于3A/S。
[0098] 本步驟的金屬淀積不局限于電子束蒸發(fā)技術(shù)，也可以采用濺射技術(shù)。
[0099] 步驟十.在T形柵場(chǎng)板11上部、T形漏場(chǎng)板12上部和鈍化層8的其它區(qū)域上部 淀積Si0 2制作保護(hù)層13,如圖3j。
[0100] 使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)在T形柵場(chǎng)板11上部、T形漏場(chǎng)板12上部 和鈍化層8的其它區(qū)域上部淀積Si0 2形成保護(hù)層13,其厚度為4. 3 y m，從而完成整個(gè)器件 的制作，其采用的工藝條件為：N20流量為85〇SCCm，SiH 4流量為20〇SCCm，溫度為250°C，RF 功率為25W，壓強(qiáng)為llOOmTorr。
[0101] 本步驟的保護(hù)層的淀積不局限于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)，也可以采用蒸 發(fā)技術(shù)或原子層淀積技術(shù)或溉射技術(shù)或分子束外延技術(shù)。
[0102] 實(shí)施例三：制作襯底為硅，鈍化層為Si02，保護(hù)層為SiN，T形柵場(chǎng)板和T形漏場(chǎng)板 為Ti/Pt/Au金屬組合的基于T形柵-漏復(fù)合場(chǎng)板的異質(zhì)結(jié)器件。
[0103] 步驟A.在硅襯底1上自下而上外延A1N與GaN材料制作過(guò)渡層2,如圖3a。
[0104] A1)使用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在溫度為800°C，壓強(qiáng)為40Torr，氫氣流量 為4000sccm，氨氣流量為4000sccm，鋁源流量為25 ii mol/min的工藝條件下，在硅襯底1上 外延厚度為200nm的A1N材料；
[0105] A2)使用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在溫度為980°C，壓強(qiáng)為45Torr，氫氣流量 為4000sccm，氨氣流量為4000sccm，鎵源流量為120 ii mol/min的工藝條件下，在A1N材料 上外延厚度為4. 8 y m的GaN材料，完成過(guò)渡層2的制作。
[0106] 步驟B.在過(guò)渡層上自下而上淀積八1(|.16&(|. !^與GaN材料制作勢(shì)壘層3,如圖3b。
[0107] B1)使用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在溫度為1000°C，壓強(qiáng)為40Torr，氫氣流 量為4000sccm，氨氣流量為4000sccm，鎵源流量為12iimol/min，錯(cuò)源流量為12iimol/min 的工藝條件下，在過(guò)渡層2上外延厚度為46nm、鋁組分為0. 1的AlaiGaa9N材料；
[0108] B2)使用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在溫度為1000°C，壓強(qiáng)為40Torr，氫氣流 量為4000sccm，氨氣流量為4000sccm，鎵源流量為3 y mol/min的工藝條件下，在Ala iGa^N 材料上外延厚度為4nm的GaN材料，完成勢(shì)壘層3的制作。
[0109] 步驟C.在勢(shì)魚(yú)層3的左端淀積金屬Ti/Al/Ni/Au制作源極4,如圖3c。
[0110] Cl)在勢(shì)魚(yú)層3上第一次制作掩膜，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在真空度小于 1. 8X10_3Pa，功率范圍為200?1000W，蒸發(fā)速率小于3A/s的工藝條件下，在其左端淀積金 屬，其中所淀積的金屬為Ti/Al/Ni/Au金屬組合，即自下而上分別為Ti、Al、Ni與Au，其厚 度為 0? 018 u m/0. 135 u m/0. 046 u m/0. 052 u m ;
[0111] C2)在隊(duì)氣氛，溫度為850°C，時(shí)間為35s的工藝條件下進(jìn)行快速熱退火，完成源 極4的制作。
[0112] 步驟D.在勢(shì)壘層3的右端淀積金屬Ni/Au制作肖特基漏極5,如圖3d。
[0113] 在勢(shì)壘層3上第二次制作掩膜，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在真空度小于1. 8 X l(T3Pa， 功率范圍為200?1000W，蒸發(fā)速率小于3A/s的工藝條件下，在勢(shì)壘層3的右端淀積金屬， 制作肖特基漏極5,其中所淀積的金屬為Ni/Au金屬組合，即下層為Ni、上層為Au，其厚度為 0. 044 u m/0. 27 u m〇
[0114] 步驟E.在源極左邊與肖特基漏極右邊的勢(shì)壘層上進(jìn)行刻蝕制作臺(tái)面6,如圖3e。
[0115] 在勢(shì)壘層3上第三次制作掩膜，使用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在Cl2流量為15s CCm，壓強(qiáng) 為lOmTorr，功率為100W的工藝條件下，源極左邊與肖特基漏極右邊的勢(shì)壘層上進(jìn)行刻蝕， 形成臺(tái)面6,刻蝕深度為200nm。
[0116] 步驟F.在源極與肖特基漏極之間的勢(shì)壘層上淀積金屬Ni/Au制作柵極7,如圖 3f〇
[0117] 在勢(shì)壘層上第四次制作掩膜，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在真空度小于1. 8 X l(T3Pa，功 率范圍為200?1000W，蒸發(fā)速率小于3A/s的工藝條件下，在源極與肖特基漏極之間的勢(shì)壘 層上淀積金屬，制作柵極7,其中所淀積的金屬為Ni/Au金屬組合，即下層為Ni、上層為Au， 其厚度為 〇? 044 i! m/0. 27 i! m。
[0118] 步驟G.在源極上部、肖特基漏極上部、柵極上部以及勢(shì)壘層的其他區(qū)域上部淀積 鈍化層8,如圖3g。
[0119] 使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)在氣體為N20及SiH4，氣體流量分別為 850sccm和200sccm，溫度為250°C，RF功率25W，壓強(qiáng)為llOOmTorr的工藝條件下，在源極 上部、肖特基漏極上部、柵極上部以及勢(shì)壘層的其他區(qū)域上部淀積厚度為13. 14 y m的Si02 鈍化層8。
[0120] 步驟H.在柵極7與肖特基漏極5之間的鈍化層內(nèi)進(jìn)行刻蝕制作柵槽9和漏槽10， 如圖3h。
[0121] 在鈍化層8上第五次制作掩膜，使用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在CF4流量為45s CCm，02流 量為5SCCm，壓強(qiáng)為15mTorr，功率為250W的工藝條件下，在柵極7與肖特基漏極5之間的 鈍化層內(nèi)進(jìn)行刻蝕，以制作相同深度、相同寬度的柵槽9和漏槽10,柵槽靠近柵極，漏槽靠 近肖特基漏極，柵槽與漏槽的深度均為11.4 iim，寬度均為10. 2 iim，柵槽的底部和漏槽的 底部與勢(shì)壘層之間的距離均為1. 74 y m，柵槽靠近柵極一側(cè)邊緣與柵極靠近肖特基漏極一 側(cè)邊緣之間的距離和漏槽靠近肖特基漏極一側(cè)邊緣與肖特基漏極靠近柵極一側(cè)邊緣之間 的距離均為15. 038 u m。
[0122] 步驟I.在柵槽9內(nèi)、漏槽10內(nèi)以及柵極7和肖特基漏極5之間的鈍化層上淀積 金屬Ti/Pt/Au制作T形柵場(chǎng)板11和T形漏場(chǎng)板12,如圖3i。
[0123] 在鈍化層8上第六次制作掩膜，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在真空度小于1. 8 Xl(T3Pa， 功率范圍為200?1000W，蒸發(fā)速率小于3A/S的工藝條件下，在柵槽9內(nèi)、漏槽10內(nèi)以及柵 極7與肖特基漏極5之間的鈍化層上淀積金屬形成T形柵場(chǎng)板11和T形漏場(chǎng)板12,并將T 形柵場(chǎng)板與柵極電氣連接，將T形漏場(chǎng)板與肖特基漏極電氣連接。所淀積的金屬為Ti/Pt/ Au金屬組合，即下層為Ti、中層為Pt、上層為Au，其厚度為5. 8 y m/4. 7 y m/0. 9 y m。其中所 淀積金屬要完全填充柵槽9和漏槽10, T形柵場(chǎng)板靠近肖特基漏極一側(cè)邊緣與柵槽靠近肖 特基漏極一側(cè)邊緣之間的距離為12.2 ym，T形漏場(chǎng)板靠近柵極一側(cè)邊緣與漏槽靠近柵極 一側(cè)邊緣之間的距離為12. 2 y m，T形柵場(chǎng)板靠近肖特基漏極一側(cè)邊緣與T形漏場(chǎng)板靠近柵 極一側(cè)邊緣之間的距離為9 y m。
[0124] 步驟J.在T形柵場(chǎng)板11上部、T形漏場(chǎng)板12上部和鈍化層8的其它區(qū)域上部淀 積SiN制作保護(hù)層13,如圖3j。
[0125] 使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)在氣體為NH3、N2及SiH 4，氣體流量分別為 2. 5sccm、950sccm和250sccm，溫度、RF功率和壓強(qiáng)分別為300°C、25W和950mTorr的工藝 條件下，在T形柵場(chǎng)板11上部、T形漏場(chǎng)板12上部和鈍化層8的其它區(qū)域上部淀積SiN制 作保護(hù)層13,其厚度為7. 6 ym，從而完成整個(gè)器件的制作。
[0126] 本發(fā)明的效果可通過(guò)以下仿真進(jìn)一步說(shuō)明。
[0127] 仿真1 :在肖特基漏極加正壓的情況下，對(duì)采用傳統(tǒng)柵場(chǎng)板和漏場(chǎng)板的異質(zhì)結(jié)器 件與本發(fā)明器件的勢(shì)壘層中電場(chǎng)進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖4,其中傳統(tǒng)柵場(chǎng)板有效長(zhǎng)度U與本發(fā) 明T形柵場(chǎng)板有效總長(zhǎng)度相等。
[0128] 由圖4可以看出：在肖特基漏極加正壓的情況下，采用傳統(tǒng)柵場(chǎng)板和漏場(chǎng)板的異 質(zhì)結(jié)器件在勢(shì)壘層中的電場(chǎng)曲線只形成了 2個(gè)近似相等的電場(chǎng)峰值，其在勢(shì)壘層中的電場(chǎng) 曲線所覆蓋的面積很小，而本發(fā)明器件在勢(shì)壘層中的電場(chǎng)曲線形成了 3個(gè)近似相等的電場(chǎng) 峰值，使得本發(fā)明器件在勢(shì)壘層中的電場(chǎng)曲線所覆蓋的面積大大增加，由于在勢(shì)壘層中的 電場(chǎng)曲線所覆蓋的面積近似等于器件的正向擊穿電壓，說(shuō)明本發(fā)明器件的正向擊穿電壓遠(yuǎn) 遠(yuǎn)大于采用傳統(tǒng)柵場(chǎng)板和漏場(chǎng)板的異質(zhì)結(jié)器件的正向擊穿電壓。
[0129] 仿真2 :在肖特基漏極加負(fù)壓的情況下，對(duì)采用傳統(tǒng)柵場(chǎng)板和漏場(chǎng)板的異質(zhì)結(jié)器 件與本發(fā)明器件的勢(shì)壘層中電場(chǎng)進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖5,其中傳統(tǒng)漏場(chǎng)板有效長(zhǎng)度L 2與本發(fā) 明T形漏場(chǎng)板有效總長(zhǎng)度相等。
[0130] 由圖5可以看出：在肖特基漏極加負(fù)壓的情況下，采用傳統(tǒng)柵場(chǎng)板和漏場(chǎng)板的異 質(zhì)結(jié)器件在勢(shì)壘層中的電場(chǎng)曲線只形成了 2個(gè)近似相等的電場(chǎng)峰值，其在勢(shì)壘層中的電場(chǎng) 曲線所覆蓋的面積很小，而本發(fā)明器件在勢(shì)壘層中的電場(chǎng)曲線形成了 3個(gè)近似相等的電場(chǎng) 峰值，使得本發(fā)明器件在勢(shì)壘層中的電場(chǎng)曲線所覆蓋的面積大大增加，由于在勢(shì)壘層中的 電場(chǎng)曲線所覆蓋的面積近似等于器件的反向擊穿電壓，說(shuō)明本發(fā)明器件的反向擊穿電壓遠(yuǎn) 遠(yuǎn)大于采用傳統(tǒng)柵場(chǎng)板和漏場(chǎng)板的異質(zhì)結(jié)器件的反向擊穿電壓。
[0131] 對(duì)于本領(lǐng)域的專業(yè)人員來(lái)說(shuō)，在了解了本
【發(fā)明內(nèi)容】
和原理后，能夠在不背離本發(fā) 明的原理和范圍的情況下，根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種修正和改變，但是 這些基于本發(fā)明的修正和改變?nèi)栽诒景l(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于T形柵-漏復(fù)合場(chǎng)板的異質(zhì)結(jié)器件，自下而上包括：襯底（1)、過(guò)渡層（2)、 勢(shì)壘層（3)、鈍化層（8)和保護(hù)層（13)，勢(shì)壘層的上面淀積有源極（4)、肖特基漏極（5)及柵 極（7)，勢(shì)壘層的側(cè)面刻有臺(tái)面￠)，且臺(tái)面深度大于勢(shì)壘層厚度，其特征在于： 鈍化層⑶內(nèi)刻有柵槽（9)和漏槽（10); 鈍化層（8)與保護(hù)層（13)之間淀積有T形柵場(chǎng)板（11)和T形漏場(chǎng)板（12); 所述T形柵場(chǎng)板（11)與柵極（7)電氣連接，且下端完全填充在柵槽（9)內(nèi)； 所述T形漏場(chǎng)板（12)與肖特基漏極（5)電氣連接，且下端完全填充在漏槽（10)內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于T形柵-漏復(fù)合場(chǎng)板的異質(zhì)結(jié)器件，其特征在于柵 槽靠近柵極，漏槽靠近肖特基漏極，柵槽的深度Sl與漏槽的深度s2相等，且均為0. 43? 11. 4 y m，柵槽的寬度h與漏槽的寬度b2相等，且均為0. 81?10. 2 y m ;柵槽的底部與勢(shì)壘 層之間的距離屯和漏槽的底部與勢(shì)壘層之間的距離d2相等，且均為0. 098?1. 74 y m。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于T形柵-漏復(fù)合場(chǎng)板的異質(zhì)結(jié)器件，其特征在于T形柵 場(chǎng)板靠近肖特基漏極一側(cè)邊緣與柵槽靠近肖特基漏極一側(cè)邊緣之間的距離Cl為0. 98? 12. 2 y m ;T形漏場(chǎng)板靠近柵極一側(cè)邊緣與漏槽靠近柵極一側(cè)邊緣之間的距離c2為0. 98? 12. 2 y m ;所述的T形柵場(chǎng)板靠近肖特基漏極一側(cè)邊緣與T形漏場(chǎng)板靠近柵極一側(cè)邊緣之間 的距離L為1?9 u m。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于T形柵-漏復(fù)合場(chǎng)板的異質(zhì)結(jié)器件，其特征在于柵槽靠 近柵極一側(cè)邊緣與柵極靠近肖特基漏極一側(cè)邊緣之間的距離％和漏槽靠近肖特基漏極一 側(cè)邊緣與肖特基漏極靠近柵極一側(cè)邊緣之間的距離&相等，柵槽靠近柵極一側(cè)邊緣與柵極 靠近肖特基漏極一側(cè)邊緣之間的距離ai為SlX (屯廣5,其中Sl為柵槽的深度，屯為柵槽底 部與勢(shì)壘層之間的距離；漏槽靠近肖特基漏極一側(cè)邊緣與肖特基漏極靠近柵極一側(cè)邊緣之 間的距離a2為s2X (d2)°_5,其中s2為漏槽的深度，d2為漏槽底部與勢(shì)壘層之間的距離。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于T形柵-漏復(fù)合場(chǎng)板的異質(zhì)結(jié)器件，其特征在于襯底（1) 采用藍(lán)寶石或碳化硅或硅材料。
6. -種制作基于T形柵-漏復(fù)合場(chǎng)板的異質(zhì)結(jié)器件的方法，包括如下步驟： 第一步，在襯底（1)上外延GaN基寬禁帶半導(dǎo)體材料，形成過(guò)渡層（2); 第二步，在過(guò)渡層上外延GaN基寬禁帶半導(dǎo)體材料，形成勢(shì)壘層（3); 第三步，在勢(shì)壘層上第一次制作掩膜，利用該掩膜在勢(shì)壘層的左端淀積金屬，再在N2氣 氛中進(jìn)行快速熱退火，制作源極（4); 第四步，在勢(shì)壘層上第二次制作掩膜，利用該掩膜在勢(shì)壘層的右端淀積金屬，制作肖特 基漏極（5); 第五步，在勢(shì)壘層上第三次制作掩膜，利用該掩膜在源極左側(cè)與肖特基漏極右側(cè)的勢(shì) 壘層（3)上進(jìn)行刻蝕，且刻蝕區(qū)深度大于勢(shì)壘層厚度，形成臺(tái)面（6); 第六步，在勢(shì)壘層上第四次制作掩膜，利用該掩膜在源極與肖特基漏極之間的勢(shì)壘層 上淀積金屬，制作柵極（7); 第七步，分別在源極（4)上部、肖特基漏極（5)上部、柵極（7)上部及勢(shì)壘層的其他區(qū) 域上部淀積鈍化層（8); 第八步，在鈍化層上第五次制作掩膜，利用該掩膜在柵極（7)與肖特基漏極（5)之間的 鈍化層內(nèi)進(jìn)行刻蝕，以制作相同深度與相同寬度的柵槽（9)和漏槽（10)，且柵槽靠近柵極， 漏槽靠近肖特基漏極，柵槽靠近柵極一側(cè)邊緣與柵極靠近肖特基漏極一側(cè)邊緣之間的距離 為Six (屯廣5,其中Sl為柵槽的深度，屯為柵槽底部與勢(shì)壘層之間的距離，漏槽靠近肖特 基漏極一側(cè)邊緣與肖特基漏極靠近柵極一側(cè)邊緣之間的距離a2為s2X (d2)°_5,其中s2為漏 槽的深度，d2為漏槽底部與勢(shì)壘層之間的距離； 第九步，在鈍化層上第六次制作掩膜，利用該掩膜在柵槽（9)內(nèi)、漏槽（10)內(nèi)以及柵極 與肖特基漏極之間的鈍化層（8)上淀積金屬，所淀積金屬完全填充柵槽（9)和漏槽（10)，以 制作厚度相同的T形柵場(chǎng)板（11)和T形漏場(chǎng)板（12)，并將T形柵場(chǎng)板與柵極電氣連接，將 T形漏場(chǎng)板與肖特基漏極電氣連接； 第十步，在T形柵場(chǎng)板上部、T形漏場(chǎng)板上部和鈍化層的其它區(qū)域上部淀積絕緣介質(zhì)材 料，形成保護(hù)層（13)，完成整個(gè)器件的制作。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于第九步中在柵槽（9)內(nèi)、漏槽（10)內(nèi)以及 柵極和肖特基漏極之間的鈍化層（8)上淀積的金屬，采用三層金屬組合Ti/Mo/Au，即下層 為Ti、中層為Mo、上層為Au，其厚度為0? 18?5. 8 ii m/0. 16?4. 7 ii m/0. 09?0? 9 ii m。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于第九步中在柵槽（9)內(nèi)、漏槽（10)內(nèi)以及 柵極和肖特基漏極之間的鈍化層（8)上淀積的金屬，采用三層金屬組合Ti/Ni/Au，即下層 為Ti、中層為Ni、上層為Au，其厚度為0? 18?5. 8iim/0. 16?4. 7iim/0. 09?0? 9iim。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于第九步中在柵槽（9)內(nèi)、漏槽（10)內(nèi)以 及柵極和肖特基漏極之間的鈍化層（8)上淀積的金屬，進(jìn)一步采用三層金屬組合Ti/Pt/ Au，即下層為Ti、中層為Pt、上層為Au，其厚度為0. 18?5. 8iim/0. 16?4. 7iim/0. 09? 0? 9 u m〇
【文檔編號(hào)】H01L29/778GK104409493SQ201410658903
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】毛維, 佘偉波, 葛安奎, 楊翠, 馬京立, 郝躍 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)