一種集成sbd的增強(qiáng)型hemt的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體的說涉及一種集成SBD (肖特基二極管)的增強(qiáng)型HEMT (高電子迀移率晶體管)。
【背景技術(shù)】
[0002]II1-V族化合物半導(dǎo)體氮化鎵(GaN)作為化合物半導(dǎo)體的典型代表，已經(jīng)成為最具前景的第三代半導(dǎo)體之一。GaN具有許多優(yōu)良的電學(xué)特性，如:具有高電子迀移率、高的二維電子氣(2DEG)濃度等。另外，氮化鎵(GaN)材料化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐高溫、抗腐蝕，在高頻、大功率、抗輻射應(yīng)用領(lǐng)域具有先天優(yōu)勢，因此在最近十幾年得到迅速發(fā)展。
[0003]在實現(xiàn)器件增強(qiáng)型功能方面，P型帽層結(jié)構(gòu)、凹槽柵結(jié)構(gòu)、F離子注入技術(shù)等技術(shù)正在被研究者研究。除此之外，最近，文獻(xiàn)Yuan, L.，Chen, H.，&Chen, K.J.(2011).“Normallyoff algan/gan metal - 2deg tunnel-junct1n field-effect transistors.，，IEEEElectron Device Letters, 32, 303 - 305報道了一種金屬-2DEG隧穿結(jié)結(jié)構(gòu)和利用這種具有反向阻斷能力的隧穿結(jié)形成的增強(qiáng)型HEMT器件。但是這種HEMT器件工藝精度要求高，很難在一般工藝線上實現(xiàn)。
[0004]另外，公開號為CN102881716A的中國專利公開了一種利用肖特基接觸源極的反向阻斷能力形成的隧穿增強(qiáng)型HEMT.然而此器件的肖特基源極金屬在實際中為形成更好的電流輸運能力往往選用功函數(shù)較低的金屬或合金，這樣極大降低了器件的耐壓能力。加之此器件單純的HEMT用途也阻礙了其更廣泛的應(yīng)用。目前諸多增強(qiáng)型實現(xiàn)方法各有缺陷，因此新的增強(qiáng)型實現(xiàn)方法是相關(guān)研究的熱點。
[0005]除此之外，仍有許多問題阻礙GaN器件、電路的發(fā)展，如難以實現(xiàn)更加優(yōu)良性能的增強(qiáng)型器件、簡單集成化器件發(fā)展緩慢、器件功能單一且性能各有側(cè)重但很難均衡等等。與此同時，Si材料器件的研究已經(jīng)在相關(guān)方面有了一些突破。如專利CN102931216-A公開了一種在Si材料IGBT中集成SBD的新器件，美國專利US5360984-A公開了一種Si材料IGBT功率整流器中集成縱向二極管的新器件。在Si材料中的研究拓展了器件應(yīng)用范圍，整合了諸多單一器件的優(yōu)點，這種思路對GaN器件的研究方向有啟發(fā)作用。
[0006]因此，如何利用II1-N化合物三元固溶體和GaN形成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計性能更優(yōu)良、同時在單器件中實現(xiàn)簡單集成電路功能是目前的一個熱門研究方向。國際上的研究者對相關(guān)研究投入了極大興趣，如文獻(xiàn)Bahat-Treidel E, Lossy R, ffurfl J, et al.AlGaN/GaN HEMT With Integrated Recessed Schottky-Drain Protect1n D1de[J].ElectronDevice Letters IEEE, 2009, 30(9):901-903.報道了一種集成保護(hù)二極管的 HEMT 器件。最近，國際會議27th Internat1nal Symposium on Power Semiconductor Devices&IC's 中的文獻(xiàn) Integrated Reverse-D1des for GaN-HEMT Structures 報道了一種集成反向 SBD的GaN HEMT器件。
[0007]這些探索剛剛起步，如何應(yīng)對GaN器件發(fā)展中的阻礙，更大地挖掘材料性能，開發(fā)出新型器件是迫切需要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的，就是針對上述問題，提出一種集成SBD的增強(qiáng)型HEMT。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0010]一種集成SBD的增強(qiáng)型HEMT，如圖1所示，包括襯底1、位于襯底上表面的緩沖層2和位于緩沖層2上表面的勢皇層3，所述緩沖層2與勢皇層3形成異質(zhì)結(jié)；所述勢皇層3上層一側(cè)具有與其形成歐姆接觸的漏極金屬8，其另一側(cè)具有凹槽柵結(jié)構(gòu)，所述凹槽柵結(jié)構(gòu)由柵介質(zhì)5和位于柵介質(zhì)5中的柵極金屬4構(gòu)成；所述柵介質(zhì)5的橫截面圖為U型凹槽，其底部嵌入緩沖層2中；其特征在于，與柵介質(zhì)5連接的勢皇層3上層具有源極金屬6，所述源極金屬6與勢皇層形成肖特基接觸，所述柵介質(zhì)5覆蓋在源極金屬6上表面；與源極金屬6連接的勢皇層3上表面具有金屬7，所述金屬7與勢皇層3形成肖特基接觸；所述源極金屬6與金屬7電氣連接，所述源極金屬6、金屬7與漏極金屬8和勢皇層3形成集成SBD。
[0011]本發(fā)明總的技術(shù)方案，本發(fā)明中源極(S)為肖特基接觸而非一般器件的歐姆接觸，且源極分為兩部分，一部分由源極金屬6形成，用以提供更好的電流輸運能力并且減低柵介質(zhì)之下寬禁帶半導(dǎo)體形成反型層所要求的柵極電壓，并且提高穩(wěn)定性，同時降低實現(xiàn)難度，另外當(dāng)源極電壓為正，漏極電壓為負(fù)時器件構(gòu)成一個SBD (等效電路如圖3)，具有整流能力；另一部分由金屬7形成，用以提供較高的電壓阻斷能力。當(dāng)器件在感性負(fù)載電路中應(yīng)用時，在關(guān)斷瞬間使感性負(fù)載中反向電流從集成的SBD通路得到泄放，保護(hù)了器件和整個電路安全，提高了器件和電路穩(wěn)定性。在本器件彌補(bǔ)了 GaN器件和Si器件如集成反向續(xù)流二極管的IGBT之間的差距，在感性負(fù)載電路中能得到廣泛應(yīng)用。
[0012]進(jìn)一步的，所述金屬7的功函數(shù)大于漏極金屬6的功函數(shù)，所述金屬7為金或鉑等功函數(shù)大于5eV的金屬或合金，所述源極金屬6為鈦等功函數(shù)小于5eV的金屬和合金。
[0013]上述方案中，在靠近漏極一側(cè)采用功函數(shù)大于5eV的金屬形成肖特基接觸，使器件在阻斷高電壓時，能有效分散源極下的電場集中，承受大部分電壓，減小反向泄露電流從而提高了本器件耐壓能力。同時在泄放反向電流的工作狀態(tài)中，雙肖特基金屬同時工作，增強(qiáng)了集成SBD對電流的泄放能力，進(jìn)一步提高了器件和電路穩(wěn)定性。
[0014]進(jìn)一步的，所述緩沖層2采用的材料為GaN，所述勢皇層3采用的材料為AlGaN。
[0015]進(jìn)一步的，所述緩沖層2采用的材料為GaN，所述勢皇層3采用的材料為III族元素In、Al與N元素形成三元合金。
[0016]進(jìn)一步的，所述柵介質(zhì)5 采用的材料為 Si02、Si3N4、AlN、Al203、Mg0、HfO2S Sc 203。
[0017]進(jìn)一步的，所述金屬7為金或鈾等功函數(shù)大于5eV的金屬或合金，所述源極金屬6為鈦等功函數(shù)小于5eV的金屬和合金。
[0018]進(jìn)一步的，所述源極金屬6與GaN之間的AlGaN厚度為3_20nm。
[0019]本發(fā)明的有益效果為，使器件具有反向整流性能，當(dāng)器件截止后若電路產(chǎn)生大反向電流則集成SBD可以對電流進(jìn)行泄放，保護(hù)器件和電路，在感性負(fù)載電路等環(huán)境中能得到廣泛應(yīng)用，同時具有較高阻斷電壓的性能，能在高頻、微波領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明公布的器件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為一般耗盡型HEMT結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3為本發(fā)明公布的器件等效電路圖；
[0023]圖4為柵壓為OV時柵附近電子分布圖；
[0024]圖5為柵壓為6V時柵附近電子分布圖；
[0025]圖6為本發(fā)明公布的器件轉(zhuǎn)移特性曲線仿真結(jié)果；
[0026]圖7為本發(fā)明公布的器件輸出特性曲線仿真結(jié)果；
[0027]圖8為本發(fā)明公布的器件正向阻斷電壓擊穿曲線仿真結(jié)果；
[0028]圖9為本發(fā)明公布的器件正向耐壓時源極附近電場強(qiáng)度分布；
[0029]圖10為本發(fā)明公布的器件反向整流特性曲線仿真結(jié)果；
[0030]圖11為本發(fā)明的器件制作工藝流程中在異質(zhì)結(jié)材料上形成歐姆接觸漏極和功函數(shù)大于5eV部分的肖特基接觸源極后結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖12本發(fā)明的器件制作工藝流程中利用自對準(zhǔn)技術(shù)刻蝕一部分AlGaN層后結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖13為在刻蝕后的AlGaN層表面形成兩部分源極中相對較低功函數(shù)部分的肖特基接觸源極后結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖14為本發(fā)明的器件制作工藝流程中再次利用自對準(zhǔn)技術(shù)刻蝕凹槽柵結(jié)構(gòu)并形成柵介質(zhì)后結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖15為本發(fā)明的器件制作工藝流程中形成柵極金屬后結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0036]本發(fā)明根據(jù)MOS結(jié)構(gòu)在柵極電壓調(diào)制下使半導(dǎo)體層表面形成強(qiáng)反型層同時調(diào)制肖特基接觸勢皇厚度，使源極電子更易隧穿的原理，利用自對準(zhǔn)工藝形成凹槽柵，以及不同功函數(shù)金屬淀積技術(shù)，實現(xiàn)了一種增強(qiáng)型的集成肖特基勢皇二極管(SBD)的AlGaN/GaNHEMT器件。
[0037]本發(fā)明的一種集成SBD的增強(qiáng)型HEMT，如圖1所示，包括襯底1、位于襯底上表面的緩沖層2和位于緩沖層2上表面的勢皇層3，所述緩沖層2與勢皇層3形成異質(zhì)結(jié)