一種場效應晶體管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種場效應晶體管，涉及半導體器件【技術領域】，為了能夠使器件同時具備高擊穿電壓和高飽和輸出電流而發(fā)明。該場效應晶體管，包括：襯底，形成于所述襯底上方的溝道層，形成于所述溝道層上方的勢壘層，形成于所述勢壘層上方的源極、漏極、柵極，所述源極和所述漏極分別位于所述柵極的兩側，以及形成于所述柵極和所述漏極之間的至少一個歐姆接觸金屬條。本發(fā)明主要應用在使用三五族化合物半導體的場效應晶體管。
【專利說明】一種場效應晶體管

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體器件【技術領域】，尤其涉及一種使用三五族化合物半導體的場效應晶體管。

【背景技術】
[0002]本領域內公知的，三五族化合物半導體具有禁帶寬度大、高擊穿電場、高飽和輸出電流、高電子遷移速率等優(yōu)點，以其作為材料而獲得的場效應晶體管(Field EffectTransistor, FET)被廣泛應用在通信基站、航空航天、汽車電子化、以及軍用的雷達、電子對抗、軍用衛(wèi)星通訊等系統(tǒng)中。其中，這種三五族化合物場效應晶體管的高擊穿電壓、高飽和輸出電流是影響上述各系統(tǒng)性能提高以及降低產(chǎn)業(yè)化成本的重要因素。
[0003]目前，高擊穿電壓和高飽和輸出電流都會受到三五族化合物場效應晶體管結構中柵極到漏極之間的距離限制，例如對于氮化鎵(GaN，屬于一種三五族化合物)基高電子遷移率晶體管(High Electron Mobility Transistors, HEMT)器件,其所能達到的最大飽和輸出電流與器件的最大飽和漏電流有直接關系，而最大飽和漏電流與器件結構中的源極和漏極之間的距離有關，如圖1所示(其中縱坐標表示器件的飽和漏電流，2μπι、4μπι、6 μ m...30 μ m表示源漏極之間的距離)，飽和漏電流隨源極和漏極之間的距離增大而減小，這是因為電子在溝道中的運動過程是電子不斷從電場獲得能量而被不斷加速運動的過程，當電子在溝道運動中所獲得的能量達到一定值時，一部分電子會變成熱電子并被散射到更高的能級，熱電子在高能級中具有較大的有效質量和較低的遷移率，從而使器件結構所能達到的最大飽和漏電流降低。
[0004]對于該HEMT器件所能達到的最大擊穿電壓，其大小可以由峰值電場(該峰值電場產(chǎn)生在柵極下方且靠近漏極的邊緣處)的大小來直接決定，而柵極與漏極之間的距離可以決定該峰值電場的大小，越長的柵漏距離越能夠削弱該峰值電場，擊穿電壓越大，不難看出，高的擊穿電壓需要更長的柵漏距離，但長的柵漏距離又會使最大飽和漏電流減少，因此使器件同時具備高擊穿電壓和高飽和輸出電流具有很重要的研究意義。


【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的實施例提供了一種場效應晶體管，能夠使器件同時具備高擊穿電壓和高飽和輸出電流。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明的實施例采用如下技術方案:
[0007]本發(fā)明實施例提供了一種場效應晶體管，包括:
[0008]襯底；
[0009]溝道層，形成于所述襯底的上方；
[0010]勢壘層，形成于所述溝道層的上方；
[0011]源極、漏極、柵極，形成于所述勢壘層的上方，所述源極和所述漏極分別位于所述柵極的兩側；
[0012]至少一個歐姆接觸金屬條，形成于所述柵極和所述漏極之間。
[0013]優(yōu)選地，所述歐姆接觸金屬條的兩側與所述溝道層中的二維電子氣直接接觸，所述二維電子氣形成于所述溝道層中靠近其與所述勢壘層接觸部分的上側邊緣處。
[0014]優(yōu)選地，所述場效應晶體管包括兩個以上且相互平行的所述歐姆金屬條。
[0015]進一步地，所述場效應晶體管還包括:
[0016]至少一層柵絕緣層，形成于所述柵極和所述勢壘層之間。
[0017]優(yōu)選地，所述柵絕緣層覆蓋所述柵極和所述漏極之間的全部區(qū)域或部分區(qū)域。
[0018]可選地，所述場效應晶體管包括兩層以上所述柵絕緣層。
[0019]優(yōu)選地，所述柵絕緣層的介電常數(shù)大于9。
[0020]優(yōu)選地，所述柵絕緣層的材料為Ti02。
[0021]本發(fā)明實施例提供的場效應晶體管，包括:襯底，形成于所述襯底上方的溝道層，形成于所述溝道層上方的勢壘層，形成于所述勢壘層上方的源極、漏極、柵極，所述源極和所述漏極分別位于所述柵極的兩側，以及形成于所述柵極和所述漏極之間的至少一個歐姆接觸金屬條，這樣可以看出，相比具有同一結構且具有相同高擊穿電壓的器件，本發(fā)明可以器件結構中的柵、漏極之間的距離劃分為至少兩段距離，這樣溝道內電子運動的路徑長度便縮短為每一段的距離，由于短的電子流動路徑可以有效地降低電子在運動過程中獲得足夠能量而變成熱電子的幾率，因此可以使器件獲得更高的飽和輸出電流；同時，還由于源、漏極之間的距離沒有發(fā)生變化，因此在可以保證器件獲得高飽和輸出電流的同時還可以保證具有聞的擊穿電壓。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1為氣化嫁基聞電子遷移率晶體結構中飽和漏電流與源漏距尚的關系不意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明實施例提供的GaN基HEMT器件的結構示意圖；
[0025]圖3-圖5為本發(fā)明實施例提供的具有柵絕緣層的GaN基HEMT器件的結構示意圖。
[0026]附圖標記:
[0027]1-襯底，2-溝道層，3-勢壘層，4-柵極，5-源極，6-漏極，7-歐姆接觸金屬條，8-二維電子氣，9-柵絕緣層

【具體實施方式】
[0028]根據(jù)【背景技術】的部分內容所述，我們可以知道，短的柵漏距離雖然可以提高器件的最大飽和輸出電流，但是會降低器件的最大擊穿電壓；反之，雖然能夠提高器件的最大擊穿電壓，但是會降低器件的最大飽和輸出電流，這樣導致器件不能同時具備高的飽和輸出電流和高的擊穿電壓，為此，本發(fā)明提供了一種場效應晶體管，包括:襯底1，形成于所述襯底I上方的溝道層2，形成于所述溝道層2上方的勢壘層3，形成于所述勢壘層3上方的源極5、漏極6、柵極4，所述源極5和所述漏極6分別位于所述柵極4的兩側，以及形成于所述柵極4和所述漏極6之間的至少一個歐姆接觸金屬條7，可以看出，相比具有同一結構且具有相同高擊穿電壓的器件，本發(fā)明可以器件結構中的柵、漏極之間的距離劃分為至少兩段距離，這樣溝道內電子運動的路徑長度便縮短為每一段的距離，由于短的電子流動路徑可以有效地降低電子在運動過程中獲得足夠能量而變成熱電子的幾率，因此可以使器件獲得更高的飽和輸出電流；同時，還由于源、漏極之間的距離沒有發(fā)生變化，因此在可以保證器件獲得高飽和輸出電流的同時還可以保證具有高的擊穿電壓。
[0029]為了本領域內的技術人員更好地理解本發(fā)明，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖2-5，以及能夠實現(xiàn)同時具備高飽和輸出電流和高擊穿電壓的氮化鎵基高電子遷移率晶體管(以下均簡稱為GaN基HEMT)進行清楚、完整地描述，可以理解的是，本發(fā)明還可以適用于除GaN基HEMT之外的其它三五族化合物場效應晶體管。
[0030]很顯然，下面描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0031]而且，在本發(fā)明實施例提供的附圖中，所示的器件結構的剖面圖會不按照般比例作局部放大法，且所述示意圖也僅是示例性說明，其在此不應限制本發(fā)明保護的范圍。另夕卜，在實際制作中應包含長度、寬度以及深度的三維空間尺寸。
[0032]圖2為本發(fā)明實施例提供的GaN基HEMT的結構示意圖，參照圖2，該GaN基HEMT包括襯底I，形成于所述襯底I上方的溝道層2 (也可以稱為GaN溝道層2)，形成于所述溝道層上方的勢壘層3 (也可以稱為AlGaN勢壘層3)，形成于所述勢壘層3上方的源極5、漏極6、柵極4，所述源極5和所述漏極6分別位于所述柵極4的兩側，以及形成于所述柵極4和所述漏極6之間的至少一個歐姆接觸金屬條7，其中GaN溝道層2、AlGaN勢壘層3構成襯底I上的異質結結構，源極5、漏極6以及歐姆接觸金屬條7分別與AlGaN勢壘層3形成歐姆接觸結構，柵極4與AlGaN勢壘層3形成肖特基接觸結構。
[0033]其中，襯底I可以選用藍寶石(Al2O3)、Si或SiC等其它熱導率較高的晶體材料，源極5、漏極6、歐姆接觸金屬條7可以選用Ti/Al/Ni (Pt、Mo、T1、Ir等)/Au等歐姆接觸金屬，柵極4可以選用Ni/Au、Pt/Au、Pt/Ti/Au、Ni/Pt/Au等肖特基接觸金屬。
[0034]相比具有同一結構且具有相同高擊穿電壓的器件，當柵、漏極之間設置一個歐姆接觸金屬條7時(未圖示)，溝道內的電子運動路徑為柵極4到歐姆接觸金屬條7的距離和歐姆接觸金屬條7到漏極6的距離，相當于對這兩段短距離的電子運動路徑進行了串聯(lián)，由于這兩段的距離均小于柵、漏極之間的距離，這樣相對較短的電子流動路徑便可以有效地降低電子在運動過程中獲得足夠能量而變成熱電子的幾率，因此可以使器件獲得較高的飽和輸出電流；同時，還由于源、漏極之間的距離沒有發(fā)生變化，因此在可以保證器件獲得高飽和輸出電流的同時還可以保證具有高的擊穿電壓。
[0035]當柵、漏極之間設置兩個以上且相互平行的歐姆接觸金屬條7時，如圖2所示，溝道內的電子運動路徑為柵極4到第一個歐姆接觸金屬條7的距離、多個相鄰歐姆接觸金屬條7之間的距離、以及最后一個歐姆金屬條7到漏極6的距離，同樣也是相當于對這多段的短距離電子運動路徑進行了串聯(lián)，由于每一段的距離均小于柵、漏極之間的距離，而且相比于設置一個歐姆接觸金屬條7，兩個以上的歐姆接觸金屬條7可以進一步縮短電子運動路徑，這樣更短的電子流動路徑可以更有效地降低電子在運動過程中獲得足夠能量而變成熱電子的幾率，因此可以使器件獲得更高的飽和輸出電流；同時，還由于源、漏極之間的距離沒有發(fā)生變化，因此在可以保證器件獲得高飽和輸出電流的同時還可以保證具有高的擊穿電壓。
[0036]所述歐姆接觸金屬條的長度7 (平行于溝道方向的長度)要足夠窄(例如20nm?100nm)，這樣有利于在有限的柵、漏極之間的距離布置更多的歐姆接觸金屬條7，進而可以更加有利于減少溝道中電子的運動路徑，最大化器件的最大飽和漏電流。
[0037]通過上述內容，本發(fā)明可以以柵、漏極之間設置兩個以上且相互平行的歐姆接觸金屬條作為一種優(yōu)選的實施方案。需要說明的是，兩個以上相互平行的歐姆接觸金屬條可以是均勻分布，也可以不是均勻分布，且分布情況視情況而定，因此本發(fā)明對此不進行具體限定。
[0038]從上述可以知道，歐姆接觸金屬條7與AlGaN勢壘層3接觸形成歐姆接觸結構，其中，對于同一器件結構，歐姆接觸電阻率越低，電阻越低，器件所能達到的最大飽和漏電流越大，為使器件具有較低的歐姆接觸電阻率，可以使歐姆接觸金屬條7與半導體材料之間形成良好的歐姆接觸，以及縮短GaN溝道層3中二維電子氣8與歐姆接觸金屬條之間的距離，即圖2所示的歐姆接觸金屬條7的兩側直接接觸二維電子氣8并能夠與二維電子氣8電學連通。當然，提高器件的最大飽和漏電流不僅僅局限于上述兩種方式，例如還可以選用接觸電阻率較低的歐姆接觸金屬、在制作半導體材料時提高溝道層的摻雜濃度、增大勢壘層的寬度等，還可以是任意兩種或更多種方式的結合，以器件達到更大的最大飽和漏電流。
[0039]另外，需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，相對于同一結構的器件，即使增大了柵、漏極之間的距離，當有多個歐姆接觸金屬條7設置在柵、漏極之間時，其溝道層2中電子運動的有效路徑還可以仍然小于原結構器件中的柵漏距離，因此器件的最大飽和漏電流仍然會提高，而且由于柵漏距離的增大，使得器件的最大擊穿電壓也同時提高，進一步更好地說明本發(fā)明提供的場效應晶體管可以同時具備高的飽和輸出電流和高的擊穿電壓。
[0040]為了能夠進一步增大器件的最大擊穿電壓，本發(fā)明實施例還提供了另外一種結構的GaN基HEMT，如圖3、圖4及圖5所示，與上述GaN基HEMT結構的區(qū)別在于，圖中所示的GaN基HEMT還包括在至少一層柵絕緣層9，該至少一層柵絕緣層9形成于所述柵極4和所述AlGaN勢壘層3之間，其中，柵極4、柵絕緣層9和AlGaN勢壘層3形成MOS (Metal-Oxide-Semiconductor,金屬氧化物半導體)結構。
[0041]當器件結構中柵極4和漏極6之間的距離不變時，柵絕緣層7能夠對柵極4邊緣處所產(chǎn)生的強電場進行重新分布，削弱了該邊緣處的峰值電場，進而可以增大器件的最大擊穿電壓，且當該柵絕緣層7越厚時，還可以進一步增大器件的最大擊穿電壓。
[0042]對于能夠增大器件的最大擊穿電壓而言，采用具有高介電常數(shù)的柵絕緣層會具有更好的效果。
[0043]上述柵絕緣層或高介電常數(shù)的絕緣層不僅能夠提高器件的最大擊穿電壓，還可以提高器件的最大飽和輸出電流，具體地，在器件保持柵控能力(能夠反應柵控能力較為直接的指標為跨導gj不變的情況下，由于跨導gn與單位柵電容Cm(Cm = ε /t, ε表示柵介質層的介電常數(shù)，t表示柵介質層的厚度)相關，因此柵絕緣層7的介電常數(shù)越高，其厚度也會同比例增大，這樣進一步減少柵泄漏電流，進而提高器件的最大飽和漏電流。
[0044]其中，柵絕緣層7的介電常數(shù)和厚度并不是無限增大，通常以實際應用情況為準來確定合理的介電常數(shù)和厚度。
[0045]可以理解的是，柵絕緣層7的高介電常數(shù)相對而言，本發(fā)明實施例中柵絕緣層7選用的相對介電常數(shù)大于9，例如Al203、Zr02、Hf02，而為了使器件能夠增強前文中所提到有益效果，相對介電常數(shù)還可以大于30，例如T12，其相對介電常數(shù)通常大于80，在某種情況下，甚至可以達到130以上。在本發(fā)明實施例中可以采用以柵絕緣材質為T12 —種優(yōu)選的方案。
[0046]本發(fā)明實施例可以設置一層柵絕緣層7來達到增大器件的最大的擊穿電壓和最大的飽和輸出電流，當絕緣介質的厚度比較厚或很厚時，也可以通過設置兩層以上的柵絕緣層7來實現(xiàn)該目的。
[0047]在增加了柵絕緣層7之后，柵絕緣層7在柵極和漏極之間的覆蓋范圍可以決定柵漏之間的電容大小，而柵漏電容的大小會對器件的高頻特性產(chǎn)生影響，因此可根據(jù)器件的應用頻率，通過調節(jié)柵介質的覆蓋范圍來調節(jié)器件的截止頻率，例如圖5所示的柵絕緣層7覆蓋柵極4和漏極6之間的全部區(qū)域或圖3或圖4所示的覆蓋柵極4和漏極6之間部分區(qū)域。但是具體覆蓋范圍也可以視情況而設定，本發(fā)明在此也不作具體限定。
[0048]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種場效應晶體管，其特征在于，包括: 襯底； 溝道層，形成于所述襯底的上方； 勢壘層，形成于所述溝道層的上方； 源極、漏極、柵極，形成于所述勢壘層的上方，所述源極和所述漏極分別位于所述柵極的兩側； 至少一個歐姆接觸金屬條，形成于所述柵極和所述漏極之間。
2.根據(jù)權利要求1所述的場效應晶體管，其特征在于，所述歐姆接觸金屬條的兩側與所述溝道層中的二維電子氣直接接觸，所述二維電子氣形成于所述溝道層中靠近其與所述勢壘層接觸部分的上側邊緣處。
3.根據(jù)權利要求1所述的場效應晶體管，其特征在于，所述場效應晶體管包括兩個以上且相互平行的所述歐姆金屬條。
4.根據(jù)權利要求1-3任一項所述的場效應晶體管，其特征在于，還包括: 至少一層柵絕緣層，形成于所述柵極和所述勢壘層之間。
5.根據(jù)權利要求4所述的場效應晶體管，其特征在于，所述柵絕緣層覆蓋所述柵極和所述漏極之間的全部區(qū)域或部分區(qū)域。
6.根據(jù)權利要求4所述的場效應晶體管，其特征在于，所述場效應晶體管包括兩層以上所述柵絕緣層。
7.根據(jù)權利要求4所述的場效應晶體管，其特征在于，所述柵絕緣層的介電常數(shù)大于9。
8.根據(jù)權利要求7所述的場效應晶體管，其特征在于，所述柵絕緣層的材料為Ti02。
【文檔編號】H01L29/772GK104183635SQ201310203111
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年5月28日 優(yōu)先權日:2013年5月28日
【發(fā)明者】文正, 林書勛, 孟迪, 吳文剛, 郝一龍 申請人:北京天元廣建科技研發(fā)有限責任公司