一种具有多重栅极结构的晶体管的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及半导体器件，特别是涉及一种具有多重栅极结构的晶体管。
【背景技术】
[0002]场效应晶体管是利用控制输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件。由于氮化镓(GaN)材料具有好的散热性能、高的击穿电场、高的饱和速度，氮化镓场效应晶体管在大功率高频能量转换和高频微波通讯等方面有着远大的应用前景。习知的GaN基晶体管，是利用AlGaN/GaN的异质结构形成二维电子气层(2-DGE)，在源极和漏极之间通过改变栅极加压控制二维电子气的电子浓度，从而控制晶体管的工作状态。根据工作方式的不同，GaN基晶体管又分为增强型和耗尽型。
[0003]在目前的增强型氮化镓(GaN)晶体管中，不论是使用硅(Si)，碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)衬底，因其在高电流与高电压的状态下操作，如何抑制栅极旁因高电压产生的强电场导致的崩压现象是众多研究单位所研究的主题。目前常使用的解决方案为使用栅极与源极电场板，此类结构经过适当的金属电场板与介电层交错而成，一般使用钨(W)，镍(Ni),钼(Mo)作为常被使用的接触金属而电场板金属则多为金(Au)，铝(A1)等，但其结构较为复杂，且需使用多层光罩，工艺复杂且可靠性较低。另一个作法则是使用P-GaN或P-AlGaN的Cap层，利用P_GaN或P-AlGaN使氮化镓组件之栅极与肖特基层为P_N接面，从而达到增强型的效果，也对栅极旁电场的降低有所帮助，但其降低效果有限，难以达到实际使用需求。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于克服现有技术之不足，提供一种具有多重栅极结构的晶体管。
[0005]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种具有多重栅极结构的晶体管，包括由下至上依次层叠的衬底、缓冲层、GaN形成的沟道层及AlGaN或InAlGaN形成的势皇层，势皇层上设置有源极及漏极；于势皇层上所述源极和漏极之间设置有若干子栅极，该些子栅极由所述源极向漏极方向分立间隔排布以形成多重栅极结构，且栅极接触层与势皇层间形成接触面。
[0006]优选的，该些子栅极于所述源极和漏极之间等距离间隔的平行排布。
[0007]优选的，由所述源极向所述漏极方向该些子栅极的长度依次递增。
[0008]优选的，该些子栅极的长度由0.1?5 μπι递增至0.5?10 μm，且各子栅极依次比前一子栅极的长度增加10?100%。
[0009]优选的，还包括一设置于所述势皇层上方并至少覆盖所述源极、漏极和各子栅极部分表面的钝化层，所述钝化层是Si02、SiN、A1203、Hf20或绝缘类钻碳。
[0010]优选的，所述源极、漏极和各子栅极顶端分别设置有加厚电极，所述加厚电极选自Ti/Au、Ti/Al、Ti/Pt/Au 或 Cr/Au 的多金属层。
[0011]优选的，所述各子栅极于所述栅极接触层和相应的加厚电极之间还设置有接触电极层，所述接触电极层是T1、N1、Cu、Al、Pt、W、Mo、Cr或Au。
[0012]优选的，所述势皇层于所述栅极区域下凹形成若干与所述各子栅极一一对应的沟槽，所述各子栅极分别设置于所述沟槽上。
[0013]本实用新型的有益效果是:
[0014]1.以p型Al: xGaxN或p型In: y zGayAlzN型作为栅极，与势皇层形成p-n接触面而提高势皇，进而提高阈值电压，实现增强型工作的目的，同时将单一栅极设计成由多个分立的子栅极间隔排列形成的多重栅极结构，多个子栅极并联后外接电路，使p-n结的空乏区得以延伸，电位线密集度因此下降，可以有效的分散电场，从而有效抑制栅极旁产生的强电场导致的崩压现象，亦使该增强型晶体管具有较佳的电流阻断能力。
[0015]2.由源极向漏极方向子栅极的长度依次递增后，可以有效将原本集中于栅极旁集中之电力线平均分散，使材料内部电场分布较为均匀，可承受较大的崩溃电压。
[0016]3.制程简单，无特殊工艺要求，可控性强，适于实际生产应用。
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型第一实施例之结构示意图；
[0018]图2为本实用新型第二实施例之结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明。本实用新型的各附图仅为示意以更容易了解本实用新型，其具体比例可依照设计需求进行调整。文中所描述的图形中相对元件的上下关系，在本领域技术人员应能理解是指构件的相对位置而言，因此皆可以翻转而呈现相同的构件，此皆应同属本说明书所揭露的范围。
[0020]实施例1
[0021]参考图1，本实施例的晶体管100，由下至上依次层叠有衬底101、缓冲层102、沟道层103及势皇层104，势皇层104的上表面设置有源极105、漏极106及于两者之间分立间隔排布的若干子栅极107。在上述结构的上方覆盖有钝化层109，钝化层109于源极105、漏极106及各子栅极107上方分别设有开口，并在开口分别设置有加厚电极108a、108b及108c。
[0022]衬底101及缓冲层102是习知晶体管的材料及结构，沟道层103由GaN形成，势皇层104由AlGaN或InAlGaN形成。各子栅极107包括直接设于势皇层104上表面并由p型Ali xGaxN或p型Ir^ y zGayAlzN(其中0彡x彡1，0彡y彡1，0彡z彡1)形成的栅极接触层1071及设于栅极接触层1071顶端的接触电极层1072。AlGaN与p型Ah xGaxN2间形成p_n接触面，其势皇较普通的肖特基接触(金属栅极/氮化铝镓)引起的势皇高，可以增加阈值电压。接触电极层1072具体可以是T1、N1、Cu、Al、Pt、W、Mo、Cr、Au或上述金属的组合层。
[0023]多个分立间隔排布的子栅极107构成多重结构的栅极。具体的，这些子栅极107在源极105和漏极106之间等距离间隔的平行排布，且由源极105向漏极106方向其长度依次递增，每一子栅极比前一子栅极的长度增加10?100%，其长度由0.1?5 μπι递增至
0.5?10 μπι。该多重栅极的结构使p-n结的空乏区得以延伸，电位线密集度因此下降，可以有效的分散电场，从而有效抑制栅极旁产生的强电场导致的崩压现象。作为示例，图1中仅显示出长度依次递增的3个子栅极107，其后的部分依此规律变化，为使图示清晰简略，以省略号替代，本领域技术人员应能明白其意义。
[0024]加厚电极108a、108b及108c分别设置于源极105、漏极106和各子栅极107的顶端，具体的，加厚电极选自Ti/Au、Ti/Al、Ti/Pt/Au或Cr/Au的多金属层。
[0025]钝化层109覆盖于势皇层104、源极105、漏极106及各子栅极107裸露的表面上以起到绝缘及保护的作用，具体可以是Si02、SiN、A1203、Hf20或绝缘类钻碳，其中所述绝缘类钻碳中，sp2键的含量小于20%。
[0026]实施例2
[0027]参考图2，本实施例的晶体管200，由下至上依次层叠有衬底201、缓冲层202、沟道层203及势皇层204，势皇层204的上表面设置有源极205、漏极206，且于两者之间的区域设置有若干分立间隔排布且长度渐变的沟槽2041，各沟槽2041上分别设置有子栅极207以形成分立间隔排布的多重栅极结构。在上述结构的上方覆盖有钝化层209，钝化层209于源极205、漏极206及各子栅极207上方分别设有开口，并在开口分别设置有加厚电极208a、208b 及 208c。
[0028]衬底201、缓冲层202、沟道层203及势皇层204的材料及结构参考实施例1。其中势皇层204上表面的沟槽2041在源极205和漏极206之间等距离间隔的平行排布，且由源极205向漏极206方向长度依次递增，每一沟槽比前一沟槽的长度增加10?100%，其长度由0.1?5 μπι递增至0.5?10 μm，各子栅极207 --对应的形成于沟槽2041内。各子栅极207均由栅极接触层2071和接触电极层2072组成，其结构及加厚电极208a、208b、208c及钝化层209结构参考实施例1，不加以赘述。势皇层204由于沟槽2041的设置，其于对应各子栅极207处的厚度变薄，通过设置合适的沟槽深度，降低了栅区2-DGE的浓度，进一步提高了阈值电压。
[0029]上述实施例仅用来进一步说明本实用新型的一种具有多重栅极结构的晶体管，但本实用新型并不局限于实施例，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本实用新型技术方案的保护范围内。
【主权项】
1.一种具有多重栅极结构的晶体管，包括由下至上依次层叠的衬底、缓冲层、GaN形成的沟道层及AlGaN或InAlGaN形成的势皇层，势皇层上设置有源极及漏极，其特征在于:于势皇层上所述源极和漏极之间设置有若干子栅极，该些子栅极由所述源极向漏极方向分立间隔排布以形成多重栅极结构，且栅极接触层与势皇层间形成接触面。2.根据权利要求1所述的具有多重栅极结构的晶体管，其特征在于:该些子栅极于所述源极和漏极之间等距离间隔的平行排布。3.根据权利要求1或2所述的具有多重栅极结构的晶体管，其特征在于:由所述源极向所述漏极方向该些子栅极的长度依次递增。4.根据权利要求3所述的具有多重栅极结构的晶体管，其特征在于:该些子栅极的长度由0.1?5μπι递增至0.5?10 μ m，且各子栅极依次比前一子栅极的长度增加10?100%。5.根据权利要求1所述的具有多重栅极结构的晶体管，其特征在于:还包括一设置于所述势皇层上方并至少覆盖所述源极、漏极和各子栅极部分表面的钝化层，所述钝化层是Si02、SiN、A1203、Hf20 或绝缘类钻碳。6.根据权利要求1所述的具有多重栅极结构的晶体管，其特征在于:所述源极、漏极和各子栅极顶端分别设置有加厚电极，所述加厚电极选自Ti/Au、Ti/Al、Ti/Pt/Au或Cr/Au的多金属层。7.根据权利要求6所述的具有多重栅极结构的晶体管，其特征在于:所述各子栅极于所述栅极接触层和相应的加厚电极之间还设置有接触电极层，所述接触电极层是T1、N1、Cu、Al、Pt、W、Mo、Cr 或 Au。8.根据权利要求1所述的具有多重栅极结构的晶体管，其特征在于:所述势皇层于所述栅极区域下凹形成若干与所述各子栅极一一对应的沟槽，所述各子栅极分别设置于所述沟槽上。
【专利摘要】本实用新型公开了一种具有多重栅极结构的晶体管，包括由下至上依次层叠的衬底、缓冲层、GaN形成的沟道层及AlGaN或InAlGaN形成的势垒层，势垒层上设置有源极、漏极及位于两者之间的若干子栅极，该些子栅极由源极向漏极方向分立间隔排布以形成多重栅极结构，各子栅极包括由p型Al1-xGaxN或p型In1-y-zGayAlzN形成的栅极接触层，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，且栅极接触层与势垒层间形成接触面。相较于传统单一栅极的结构，上述多重栅极可以有效的分散电场，从而抑制栅极旁产生的强电场导致的崩压现象。
【IPC分类】H01L29/778, H01L29/43, H01L29/423
【公开号】CN205016531
【申请号】CN201520752996
【发明人】叶念慈
【申请人】厦门市三安集成电路有限公司
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年9月25日