[实用新型]高功率和高频率异质结场效应晶体管

说明书

技术领域

本公开涉及一种高功率和高频率异质结场效应晶体管。

背景技术

如已知的，AlGaN/GaN异质结已经针对借助于材料的高击穿电压及二维电子气(2DEG)中的载体离子的高密度和迁移率来制造高功率高频率场效应晶体管而吸引了很大兴趣。

基于AlGaN/GaN的高电子迁移率晶体管(HEMT)一般地是在硅衬底上生长的，因为基于氮化镓(GaN)的廉价衬底是不可获得的。因此，器件是水平的，并且源极电极、漏极电极以及栅极电极被布置在晶片的上表面上。因此，晶片击穿电压与垂直击穿电压和源极电极与漏极电极之间的横向距离两者有关联。

虽然氮化镓及其合金是宽带隙且高击穿半导体，但氮化镓的HEMT功率器件的一个关键方面是在截止期间获得良好的电场分布。

因此，仔细地研究HEMT的结构以便优化电场分布并允许器件在经由高压变化时以最大开关速率操作。在没有现有电场的适当成形的情况下，事实上后者可引起电子在陷阱中的注入，因此使导通期间的输出电流和导通电阻退化。此现象常常被称为动态退化、电流降或DC-RF弥散。

为了防止此现象，在微波应用中，已经提出使用具有集成倾斜场板的V形栅极区(参见例如Y.Dora等人在IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS,第27卷,N.9,2006年9月,第713-715页中的“High Breakdown Voltage Achieved on AlGaN/GaN HEMTs With Integrated Slant Field Plates”(在具有集成倾斜场板的AlGaN/GaN HEMT上实现的高击穿电压)和R.Chu等人在IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS,第29卷,No 9,2008年9月,第974-976页中的“V-Gate GaN HEMTs for X-Band Power Applications”(用于X带功率应用的V栅GaN HEMT))。针对高压应用，还提出了使用具有多个单独的叠置场板的结构，以增加工作电压(多场板解决方案，参见例如H.Xing等人在IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS,第25卷,No.4,2004年4月,第161-163页中的“High-Breakdown Voltage AlGaN/GaN HEMTs Achieved by Multiple Field Plates”(通过多个场板实现的高击穿电压AlGaN/GaN HEMT))。另一已知解决方案(参见R.Chu等人在IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS,第32卷,No.5,2011年5月,第632-634页中的“1200-V Normally Off GaN-on-Si Field-Effect Transistors with Low Dynamic On-Resistance”(具有低动态导通电阻的1200V常关型硅上GaN场效应晶体管))示出了具有相互进行电接触的叠置部分的不同多个场板。在US 8,530,978 B1中描述了类似的方法，但是具有被连接到源极电极的斜坡场板。

特别地，在US 8,530,978 B1中描述的器件包括在硅衬底上的一堆AlGaN/GaN外延层。电介质材料的钝化层覆盖一堆外延层并容纳源极电极和漏极电极、栅极电极、被连接到栅极区的第一场板以及被连接到源极电极的第二场板。第二场板具有斜坡底面。被连接到栅极区的第一场板意图防止低压下的电荷俘获。

第二场板的斜坡形状是通过经由灰阶掩膜使光致抗蚀剂曝光而获得的。此掩膜允许调制通过的光的强度并在光致抗蚀剂中获得斜坡轮廓。此轮廓然后被通过干法刻蚀而转印到底层电介质层上。用于形成斜坡场板的工艺比用于形成多个单独场板的工艺更简单且更快，因为后者要求许多连续的金属沉积和限定步骤。

斜坡场板的存在使得能够将600V下的动态导通电阻的增加从使用多个场板器件可实现的47％减小至19％。该性能改善被认为是由于电场的更加线性的轮廓(其可以借助于斜坡场板来实现)而引起的。

然而，用斜坡场板的解决方案也不是没有缺点。事实上，其涉及到复杂的制造工艺和最后的平坦化步骤。形成斜坡场板因此是昂贵的，并且可不是充分可控的。

实用新型内容

本公开的至少某些实施例提供了一种不同的制造工艺和具有带有斜坡表面的场板的新HEMT器件。

根据本公开，提供了一种制造工艺和异质结场效应晶体管。