[实用新型]一种增强型氮化镓高电子迁移率晶体管结构

说明书

一种增强型氮化镓高电子迁移率晶体管结构，属于HEMT器件结构技术领域，该晶体管结构，包括氮化镓基功率器件，氮化镓基功率器件通过钝化层与后端工艺晶体管相连，钝化层内设置有导电柱，导电柱将氮化镓基功率器件的电极层与后端工艺晶体管的电极层相连，本实用新型的有益效果是，本实用新型在氮化镓基功率器件上单片集成后端工艺晶体管，互连寄生效应小，提升了系统的频率特性，减小了系统的体积，降低了制备成本。

技术领域

本实用新型涉及HEMT器件结构技术领域，尤其涉及一种增强型氮化镓高电子迁移率晶体管结构。

背景技术

氮化镓(GaN)材料作为第三代半导体，具有远超硅的临界击穿电场(4MV/cm)和电子峰值速度(3×107cm/s)，在大功率、高频领域有广泛的应用前景。近来一种基于氮化镓的高电子迁移率晶体管的器件(HEMT,High Electron Mobility Transistor)被提出。

氮化镓高电子迁移率晶体管，利用氮化镓与铝镓氮异质结由于能带不匹配而形成的量子阱中的二维电子气导电。然而，由于二维电子气在没有外加电压的情况下就存在，需要外加电压耗尽这层二维电子气，才能实现器件的关断，所以氮化镓高电子迁移率晶体管是耗尽型的，即其阈值电压是负值。这对实际应用不利，因为为了使系统具有更好的可靠性，尤其使功率应用，我们往往希望晶体管是增强型的。现在主要的增强型氮化镓高电子迁移率晶体管的制造工艺如下：

1、级联(Cascade)方式，分别制造一个耗尽型高电子迁移率晶体管和一个增强型金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，并通过封装或者板级互连的方式，把它们串联起来。

2、栅槽刻蚀方式，通过刻蚀减薄栅下边的铝镓氮厚度，削弱栅区铝镓氮的极化效应，使栅压为0时，二维电子气处于被耗尽的状态。

3、氟(F)离子注入方式，在栅区铝镓氮中注入氟离子，抬高铝镓氮能带，耗尽二维电子气，使栅零压状态下，二维电子气被耗尽。

4、p型氮化镓工艺，在栅与铝镓氮之间插入一层p型掺杂的氮化镓，形成异质结，抬高氮化镓能带，耗尽二维电子气。

上述制造工艺2、3、4的工艺比较复杂，有很多问题需要解决，使制备后的晶体管的性能不稳定。目前比较常用的是上述制造工艺1的级联方式，即分别在两个晶圆上制造增强型硅金属氧化物半导体场效应晶体管和耗尽型氮化镓高电子迁移率晶体管，通过封装或者板级互连把它们级联起来。这种级联的方式主要有以下两方面的缺点：第一，级联器件选择增强型硅金属氧化物半导体场效应晶体管，它的温度稳定性，工作频率以及功率特性都不如氮化镓高电子迁移率晶体管，削弱了其优势。第二，集成方式选择板级和封装级的互连，这种方式互连寄生效应大，会影响级联系统的频率特性，并且分别封装制造封装成本比较高、难以减小系统体积。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种增强型氮化镓高电子迁移率晶体管结构，在氮化镓基功率器件上单片集成后端工艺晶体管，互连寄生效应小，提高了系统的频率特性，有利于系统体积的缩小和成本的降低。

为实现上述目的，本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：所述增强型氮化镓高电子迁移率晶体管结构，包括氮化镓基功率器件，所述氮化镓基功率器件通过钝化层与后端工艺晶体管相连，所述钝化层内设置有导电柱，所述导电柱将所述氮化镓基功率器件的电极层与所述后端工艺晶体管的电极层相连。

所述钝化层内光刻有介质过孔，所述介质过孔内填充导电金属后形成所述导电柱。

所述钝化层的厚度为500～1000nm。

所述导电柱设置有多个，多个导电柱将所述氮化镓基功率器件的源电极Ⅰ、漏电极Ⅰ和栅电极Ⅰ与所述后端工艺晶体管对应的源电极Ⅱ、漏电极Ⅱ和栅电极Ⅱ相连分别形成源电极焊盘、漏电极焊盘和栅电极焊盘。