发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足,提供一种制造工艺简单和击穿电压高的槽栅型源-漏复合场板异质结场效应晶体管及其制作方法,以增强器件的可靠性,实现器件的高输出功率和高成品率。
为实现上述目的,本发明提供的器件结构采用任何宽禁带化合物半导体材料组合而成的异质结结构,该结构自下而上包括:衬底、过渡层、势垒层、源极、漏极、槽栅、钝化层、源场板、漏场板和保护层,该漏场板与漏极电气连接,该源场板与源极电气连接,其中,势垒层上开有凹槽;源场板与漏场板之间的钝化层上淀积有n个浮空场板,n≥1,这些场板构成源-漏复合场板结构。
所述的槽栅位于势垒层的凹槽中,n个浮空场板与源场板和漏场板均位于钝化层上。
所述的每个浮空场板大小相同,相互独立,各浮空场板按照相邻两浮空场板之间的间距均为0.11~2.8μm的方式等间距分布于源场板与漏场板之间。
所述的源场板与其最邻近的浮空场板之间的距离为0.09~2.3μm,漏场板与其最邻近的浮空场板之间的距离为0.07~1.8μm。
所述的凹槽的深度D小于势垒层的厚度,槽栅与凹槽两端的间距分别为R1和R2,R1的长度为0.0~2.5μm,R2的长度为0.0~4μm,并且R1≤R2。
为实现上述目的,本发明提供的制作槽栅型源-漏复合场板异质结场效应晶体管的方法,包括如下过程:
选择蓝宝石或碳化硅或硅或其它外延衬底材料作为衬底,在衬底上外延宽禁带化合物半导体材料的过渡层作为器件的工作区;
在过渡层上淀积宽禁带化合物半导体材料的势垒层;
在势垒层上第一次制作掩膜,并在势垒层的两端淀积金属,再在N2气氛中进行快速热退火,分别制作源极和漏极;
在势垒层上第二次制作掩膜,并在源极和漏极之间的势垒层刻蚀出凹槽;
在势垒层上第三次制作掩膜,并在凹槽中淀积金属,制作槽栅,该槽栅与凹槽两端的间距分别为R1和R2,R1的长度为0~2.5μm,R2的长度为0~4μm,并且R1≤R2;
淀积钝化层,即利用绝缘介质材料分别覆盖源极上部、漏极上部和槽栅上部,以及势垒层上的其它区域;
在钝化层上制作掩膜,并在源极与漏极之间的钝化层上淀积两层或三层金属层的组合,以制作厚度均为0.24~6μm的源场板、各浮空场板和漏场板,并分别将源场板与源极电气连接,将漏场板与漏极电气连接;
淀积保护层,即用绝缘介质材料分别覆盖源场板、各浮空场板和漏场板的外围区域。
本发明器件与采用传统源场板的异质结场效应晶体管比较具有以下优点:
1.本发明由于采用浮空场板结构,使器件在处于工作状态尤其是处于关态的工作状态时,在源场板与其最邻近的浮空场板之间,在各个浮空场板彼此之间,以及在漏场板与其最邻近的浮空场板之间都存在电容耦合作用,于是电势从源场板到漏场板逐渐升高,从而大大增加了槽栅与漏极之间势垒层中的耗尽区,即高阻区的面积,使得此耗尽区能够承担更大的漏源电压,即大大提高了器件的击穿电压。
2.本发明由于采用浮空场板结构,使器件势垒层耗尽区中电场线的分布得到了更强的调制,器件中槽栅靠近漏极一侧的边缘、源场板与其最邻近的浮空场板之间、各个浮空场板彼此之间以及漏场板与其最邻近的浮空场板之间都会产生一个电场峰值,而且通过调整源场板与其最邻近的浮空场板之间的距离、各个浮空场板彼此之间的距离,以及漏场板与其最邻近的浮空场板之间距离,可以使得上述各个电场峰值相等且小于宽禁带化合物半导体材料的击穿电场,从而最大限度地减少了槽栅靠近漏极一侧的边缘所收集的电场线,有效地降低了该处的电场,大大减小了栅极泄露电流,显著增强了器件的可靠性。
3.本发明由于采用槽栅结构,进一步提高了器件的跨导,增强了器件栅极对输出电流的控制能力,同时也进一步减小了栅极泄漏电流,提高了器件的击穿电压。
4.本发明器件结构中由于源场板、各浮空场板和漏场板位于同一层钝化层上,且只有一层,因此只需要一步工艺便可以同时实现源场板、各浮空场板和漏场板的制作,避免了传统的堆层场板结构所带来的工艺复杂化问题,大大提高了器件的成品率。
仿真结果表明,本发明器件的击穿电压远远大于采用传统源场板的异质结场效应晶体管的击穿电压。
以下结合附图和实施例进一步说明本发明的技术内容和效果。
具体实施方式
参照图2,本发明槽栅型源-漏复合场板异质结场效应晶体管是基于宽禁带化合物半导体材料异质结结构,其结构自下而上为:衬底1、过渡层2、势垒层3、钝化层8与保护层12。其中,势垒层3上的两端分别为源极4和漏极5,源极4和漏极5之间刻蚀有凹槽6,该凹槽的深度D小于势垒层的厚度,槽栅7位于凹槽6中,并与该凹槽两端的间距分别为R1和R2,R1的长度为0~2.5μm,R2的长度为0~4μm,并且R1≤R2。钝化层8位于源极4上部、漏极5上部和槽栅7上部,以及势垒层3上的其它区域。在钝化层8上制作有源场板9、n个浮空场板10及漏场板11,n≥1,源场板与其最邻近的浮空场板之间的距离S1为0.09~2.3μm,漏场板与其最邻近的浮空场板之间的距离S3为0.07~1.8μm,各浮空场板与源场板和漏场板位于同一层钝化层上,且各浮空场板按照相邻两浮空场板之间的间距S2均为0.11~2.8μm的方式等间距分布于源场板与漏场板之间。各浮空场板10的大小相同,沿着平行于源场板宽度和漏场板宽度的方向放置,不与任何电极或者金属接触,处于相互独立的浮空状态。源场板的有效长度L0为0.3~4μm,每个浮空场板的长度L1均为0.25~5μm,漏场板的有效长度L2为0.2~5.2μm。保护层12位于源场板9、各浮空场板10和漏场板11的外围区域。源场板9与源极4电气连接,漏场板11与漏极5电气连接。
上述器件的衬底1可以为蓝宝石、碳化硅、硅或其它外延衬底材料;过渡层2由若干层相同或不同的宽禁带化合物半导体材料组成,其厚度为1~5μm;势垒层3由若干层相同或不同的宽禁带化合物半导体材料组成,其厚度为10~50nm;钝化层8可以为SiO2、SiN、Al2O3、Sc2O3、HfO2、TiO2或其它绝缘介质材料,其厚度为0.035~0.76μm;保护层12可以是SiO2、SiN、Al2O3、Sc2O3、HfO2、TiO2或其它绝缘介质材料,其厚度为0.3~6.3μm;源场板9、n个浮空场板10及漏场板11采用两层或三层金属层的组合,其厚度为0.24~6μm。
参照图3,本发明制作槽栅型源-漏复合场板异质结场效应晶体管的过程如下:
步骤1,在衬底1上外延过渡层2作为器件的工作区,如图3a。
选择一衬底1,该衬底材料可以为蓝宝石、碳化硅、硅或其它外延衬底材料,并在其上外延厚度为1~5μm的宽禁带化合物半导体材料过渡层2作为器件的工作区,该过渡层材料由若干层相同或不同的宽禁带化合物半导体材料组成,如仅由GaN材料组成,或自下而上由AlN和GaN两层材料组成,或仅由GaAs材料组成。外延过渡层的方法采用金属有机物化学气相淀积技术或分子束外延技术或氢化物气相外延技术或其它可以用于外延过渡层的技术。
步骤2,在过渡层2上淀积势垒层3,如图3b。
在过渡层2上淀积厚度为10~50nm的势垒层3,该势垒层材料由若干层相同或不同的宽禁带化合物半导体材料组成,如仅由AlXGa1-XN材料组成,或自下而上由AlXGa1-XN和GaN两层材料组成,或仅由AlXGa1-XAs材料组成,0<X<1,X表示Al组分的含量。淀积势垒层的方法采用金属有机物化学气相淀积技术或分子束外延技术或氢化物气相外延技术或其它可以用于淀积势垒层的技术。
步骤3,在势垒层3上分别制作源极4和漏极5,如图3c。
在势垒层3上第一次制作掩膜,分别在其两端淀积金属,再在N2气氛中进行快速热退火,制作源极4和漏极5,其中所淀积的金属采用Ti/Al/Ni/Au组合或Ti/Al/Ti/Au组合或Ti/Al/Mo/Au组合,或采用其它金属组合,金属厚度为0.01~0.04μm/0.03~0.16μm/0.02~0.12μm/0.06~0.15μm。淀积金属的方法采用电子束蒸发技术或溅射技术或其它可以用于淀积金属的技术。
步骤4,在势垒层3上刻蚀出凹槽6,如图3d。
在势垒层3上第二次制作掩膜,在源极和漏极之间的势垒层上刻蚀出凹槽6,该凹槽深度D小于势垒层的厚度。刻蚀凹槽的方法采用反应离子刻蚀技术或感应耦合等离子体技术或反应离子刻蚀-感应耦合等离子体技术或其它可以用于刻蚀凹槽的技术。
步骤5,在凹槽6中制作槽栅7,如图3e。
在势垒层3上第三次制作掩膜,并在凹槽6中淀积金属,制作槽栅7,其中所淀积的金属采用Ni/Au金属组合,或采用其它金属组合,金属厚度为0.01~0.04μm/0.08~0.4μm,槽栅7与凹槽6两端的间距分别为R1和R2,R1的长度为0~2.5μm,R2的长度为0~4μm,并且R1≤R2。淀积金属的方法采用电子束蒸发技术或溅射技术或其它可以用于淀积金属的技术。
步骤6,淀积钝化层8,如图3f。
分别在源极4上部、漏极5上部和槽栅7上部,以及势垒层3上的其它区域淀积钝化层8,该钝化层材料可以采用SiO2、SiN、Al2O3、Sc2O3、HfO2、TiO2或其它绝缘介质材料,其厚度为0.035~0.76μm。淀积钝化层的方法采用化学气相淀积技术或蒸发技术或原子层淀积技术或溅射技术或分子束外延技术或其它可以用于淀积钝化层的技术。
步骤7,制作源场板9、各浮空场板10及漏场板11,如图3g。
在钝化层8上制作掩膜,该掩膜是按照源场板9与其最邻近的浮空场板之间的距离为0.09~2.3μm,漏场板11与其最邻近的浮空场板之间的距离为0.07~1.8μm,且各浮空场板10按照相邻两浮空场板之间的间距均相等的规律设置,该间距为0.11~2.8μm。利用该掩膜在钝化层上淀积金属厚度均为0.24~6μm的源场板9、漏场板11及n个浮空场板10,n≥1。该源场板、各浮空场板及漏场板的淀积均采用两层或三层金属层的组合。对于两层金属组合采用Ti/Au或Ni/Au或Pt/Au,厚度为0.02~1.5μm/0.22~4.5μm;对于三层金属组合采用Ti/Mo/Au或Ti/Ni/Au或Ti/Pt/Au,厚度为0.02~1.2μm/0.1~2μm/0.12~2.8μm。源场板的有效长度L0为0.3~4μm,每个浮空场板的长度L1均为0.25~5μm,漏场板的有效长度L2为0.2~5.2μm。淀积金属的方法采用电子束蒸发技术或溅射技术或其它可以用于淀积金属的技术。
完成源场板9、n个浮空场板10及漏场板11的制作后,将源场板9与源极4电气连接,将漏场板11与漏极5电气连接。
步骤8,淀积保护层12,如图3h。
在源场板9、各浮空场板10和漏场板11的外围区域淀积保护层12,其中保护层材料可以采用SiO2、SiN、Al2O3、Sc2O3、HfO2、TiO2或其它绝缘介质材料,其厚度为0.3~6.3μm。淀积保护层的方法采用化学气相淀积技术或蒸发技术或原子层淀积技术或溅射技术或分子束外延技术或其它可以用于淀积保护层的技术。
根据以上所述的器件结构和制作方法,本发明给出以下六种实施例,但并不限于这些实施例。
实施例一
制作衬底为蓝宝石、钝化层为SiO2、保护层为SiO2和各场板为Ti/Au金属组合的复合场板异质结场效应晶体管,其过程是:
1.使用金属有机物化学气相淀积技术在蓝宝石衬底1上外延厚度为1μm的未掺杂过渡层2,该过渡层自下而上由厚度分别为37nm和0.963μm的GaN材料构成。外延下层GaN材料采用的工艺条件为:温度为538℃,压力为120Torr,氢气流量为5200sccm,氨气流量为5200sccm,镓源流量为40μmol/min;外延上层GaN材料采用的工艺条件为:温度为1060℃,压力为120Torr,氢气流量为5200sccm,氨气流量为5200sccm,镓源流量为170μmol/min。
2.使用金属有机物化学气相淀积技术在GaN过渡层2上淀积厚度为50nm的未掺杂势垒层3,该势垒层自下而上由厚度为46nm、铝组分为0.15的Al0.15Ga0.85N材料和厚度为4nm的GaN材料构成。淀积下层Al0.15Ga0.85N材料采用的工艺条件为:温度为1100℃,压力为120Torr,氢气流量为5200sccm,氨气流量为5200sccm,镓源流量为16μmol/min,铝源流量为3μmol/min;淀积上层GaN材料采用的工艺条件为:温度为1100℃,压力为120Torr,氢气流量为5200sccm,氨气流量为5200sccm,镓源流量为4μmol/min。
3.在势垒层3上制作掩膜,使用电子束蒸发技术在其两端淀积金属,再在N
2气氛中进行快速热退火,制作源极4和漏极5,其中所淀积的金属为Ti/Al/Ni/Au金属组合,金属层厚度为0.01μm/0.03μm/0.02μm/0.06μm。淀积金属采用的工艺条件为:真空度小于1.8×10
-3Pa,功率范围为200~1000W,蒸发速率小于
快速热退火采用的工艺条件为:温度为830℃,时间为46s。
4.在势垒层3上制作掩膜,使用反应离子刻蚀技术在源极和漏极之间的势垒层上刻蚀出凹槽6,该凹槽深度D为30nm。刻蚀凹槽采用的工艺条件为:反应气体Cl2的流量为5sccm,压力为10mT,功率为100W。
5.在势垒层3上制作掩膜,并使用电子束蒸发技术在凹槽6中淀积金属,制作槽栅7,其中所淀积的金属采用Ni/Au金属组合,金属厚度为0.01μm/0.08μm,该槽栅7与凹槽6两端的间距分别为R1和R2,R1的长度为0μm,R2的长度为0μm。淀积金属采用的工艺条件为:真空度小于1.2×10
-3Pa,功率范围为200~700W,蒸发速率小于
6.使用等离子体增强化学气相淀积技术分别覆盖源极4上部、漏极5上部和槽栅7上部,以及势垒层3上的其它区域,完成淀积厚度为0.035μm的SiO2钝化层8。淀积钝化层采用的工艺条件为:气体为N2O及SiH4,气体流量分别为800sccm和150sccm,温度、RF功率和压力分别为250℃、25W和1000mT。
7.在SiO
2钝化层8上制作掩膜,使用电子束蒸发技术在源极与漏极之间的钝化层上淀积厚度均为0.02μm/0.22μm的Ti/Au金属组合,分别制作源场板9、三个浮空场板10及漏场板11,该源场板的有效长度L0为0.3μm,各浮空场板的长度L1均为0.25μm,漏场板的有效长度L2为0.2μm,源场板与其最邻近的浮空场板之间的距离S1为0.09μm,相邻两浮空场板之间的距离S2为0.11μm,漏场板与其最邻近的浮空场板之间的距离S3为0.07μm。淀积金属采用的工艺条件为:真空度小于1.8×10
-3Pa,功率范围为200~700W,蒸发速率小于
将源场板9与源极4电气连接,将漏场板11与漏极5电气连接。
8.使用等离子体增强化学气相淀积技术分别覆盖源场板9、各浮空场板10和漏场板11的外围区域,完成淀积厚度为0.3μm的SiO2保护层12,淀积保护层采用的工艺条件为:气体为N2O及SiH4,气体流量分别为800sccm和150sccm,温度、RF功率和压力分别为250℃、25W和1000mT。
实施例二
制作衬底为碳化硅、钝化层为SiN、保护层为SiN和各场板为Ni/Au金属组合的复合场板异质结场效应晶体管,其过程是:
1.使用金属有机物化学气相淀积技术在碳化硅衬底1上外延厚度为2.2μm、未掺杂的过渡层2,该过渡层自下而上由厚度为30nm的AlN材料和厚度为2.17μm的GaN材料构成。外延下层AlN材料采用的工艺条件为:温度为990℃,压力为122Torr,氢气流量为4400sccm,氨气流量为4400sccm,铝源流量为6μmol/min;外延上层GaN材料采用的工艺条件为:温度为990℃,压力为122Torr,氢气流量为4400sccm,氨气流量为4400sccm,镓源流量为120μmol/min。
2.使用金属有机物化学气相淀积技术在GaN过渡层2上淀积厚度为22nm,且铝组分为0.3的未掺杂Al0.3Ga0.7N势垒层3。采用的工艺条件为:温度为1070℃,压力为122Torr,氢气流量为4400sccm,氨气流量为4400sccm,镓源流量为23μmol/min,铝源流量为10μmol/min。
3.在Al0.3Ga0.7N势垒层3上制作掩膜,使用电子束蒸发技术在其两端淀积金属,再在N2气氛中进行快速热退火,制作源极4和漏极5,其中所淀积的金属为Ti/Al/Ti/Au金属组合,金属层厚度为0.02μm/0.12μm/0.07μm/0.07μm。淀积金属采用的工艺条件为:真空度小于1.8×10-3Pa,功率范围为200~1000W,蒸发速率小于快速热退火采用的工艺条件为:温度为850℃,时间为35s。
4.在Al0.3Ga0.7N势垒层3上制作掩膜,使用反应离子刻蚀技术在源极和漏极之间的势垒层上刻蚀出凹槽6,该凹槽深度D为8nm。刻蚀凹槽采用的工艺条件为:反应气体Cl2的流量为5sccm,压力为10mT,功率为100W。
5.在Al
0.3Ga
0.7N势垒层3上制作掩膜,并使用电子束蒸发技术在凹槽6中淀积金属,制作槽栅7,其中所淀积的金属采用Ni/Au金属组合,金属厚度为0.02μm/0.3μm,该槽栅7与凹槽6两端的间距分别为R1和R2,R1的长度为0.5μm,R2的长度为1.5μm。淀积金属采用的工艺条件为:真空度小于1.2×10
-3Pa,功率范围为200~700W,蒸发速率小于
6.使用等离子体增强化学气相淀积技术分别覆盖源极4上部、漏极5上部和槽栅7上部,以及势垒层3上的其它区域,完成淀积厚度为0.4μm的SiN钝化层8。淀积钝化层采用的工艺条件为:气体为NH3、N2及SiH4,气体流量分别为2.5sccm、900sccm和200sccm,温度、RF功率和压力分别为300℃、25W和900mT。
7.在SiN钝化层8上制作掩膜,使用电子束蒸发技术在源极与漏极之间的钝化层上淀积厚度均为0.8μm/1.4μm的Ni/Au金属组合,分别制作源场板9、十六个浮空场板10及漏场板11,该源场板的有效长度L0为1.5μm,各浮空场板的长度L1均为2.2μm,漏场板的有效长度L2为3μm,源场板与其最邻近的浮空场板之间的距离S1为0.8μm,相邻两浮空场板之间的距离S2为1μm,漏场板与其最邻近的浮空场板之间的距离S3为0.65μm。淀积金属采用的工艺条件为:真空度小于1.8×10
-3Pa,功率范围为200~700W,蒸发速率小于
将源场板9与源极4电气连接,将漏场板11与漏极5电气连接。
8.使用等离子体增强化学气相淀积技术分别覆盖源场板9、各浮空场板10和漏场板11的外围区域,完成淀积厚度为2.5μm的SiN保护层12。淀积保护层采用的工艺条件为:气体为NH3、N2及SiH4,气体流量分别为2.5sccm、900sccm和200sccm,温度、RF功率和压力分别为300℃、25W和900mT。
实施例三
制作衬底为硅、钝化层为Al2O3、保护层为Al2O3和各场板为Pt/Au金属组合的复合场板异质结场效应晶体管,其过程是:
1.使用金属有机物化学气相淀积技术在硅衬底1上外延厚度为5μm的未掺杂过渡层2,该过渡层自下而上由厚度为105nm的AlN材料和厚度为4.895μm的GaN材料构成。外延下层AlN材料采用的工艺条件为:温度为820℃,压力为130Torr,氢气流量为4300sccm,氨气流量为4300sccm,铝源流量为25μmol/min;外延上层GaN材料采用的工艺条件为:温度为980℃,压力为130Torr,氢气流量为4300sccm,氨气流量为4300sccm,镓源流量为120μmol/min。
2.使用金属有机物化学气相淀积技术在GaN过渡层2上淀积厚度为10nm,且铝组分为0.5的未掺杂Al0.5Ga0.5N势垒层3。采用的工艺条件为:温度为1000℃,压力为130Torr,氢气流量为4300sccm,氨气流量为4300sccm,镓源流量为9μmol/min,铝源流量为9μmol/min。
3.在Al
0.5Ga
0.5N势垒层3上制作掩膜,使用电子束蒸发技术在其两端淀积金属,再在N
2气氛中进行快速热退火,制作源极4和漏极5,其中所淀积的金属为Ti/Al/Mo/Au金属组合,金属层厚度为0.04μm/0.16μm/0.12μm/0.15μm。淀积金属采用的工艺条件为:真空度小于1.8×10
-3Pa,功率范围为200~1800W,蒸发速率小于
快速热退火采用的工艺条件为:温度为880℃,时间为25s。
4.在Al0.5Ga0.5N势垒层3上制作掩膜,使用反应离子刻蚀技术在源极和漏极之间的势垒层上刻蚀出凹槽6,该凹槽深度D为2nm。刻蚀凹槽采用的工艺条件为:反应气体Cl2的流量为5sccm,压力为10mT,功率为100W。
5.在Al0.5Ga0.5N势垒层3上制作掩膜,并使用电子束蒸发技术在凹槽6中淀积金属,制作槽栅7,其中所淀积的金属采用Ni/Au金属组合,金属厚度为0.04μm/0.4μm,该槽栅7与凹槽6两端的间距分别为R1和R2,R1的长度为2.5μm,R2的长度为4μm。淀积金属采用的工艺条件为:真空度小于1.2×10-3Pa,功率范围为200~700W,蒸发速率小于
6.使用原子层淀积技术分别覆盖源极4上部、漏极5上部和槽栅7上部,以及势垒层3上的其它区域,完成淀积厚度为0.76μm的Al2O3钝化层8。淀积钝化层采用的工艺条件为:以TMA和H2O为反应源,载气为N2,载气流量为200sccm,衬底温度为300℃,气压为700Pa。
7.在Al
2O
3钝化层8上制作掩膜,使用电子束蒸发技术在源极与漏极之间的钝化层上淀积厚度均为1.5μm/4.5μm的Pt/Au金属组合,分别制作源场板9、二十二个浮空场板10及漏场板11,该源场板的有效长度L0为4μm,各浮空场板的长度L1均为5μm,漏场板的有效长度L2为5.2μm,源场板与其最邻近的浮空场板之间的距离S1为2.3μm,相邻两浮空场板之间的距离S2为2.8μm,漏场板与其最邻近的浮空场板之间的距离S3为1.8μm。淀积金属采用的工艺条件为:真空度小于1.8×10
-3Pa,功率范围为200~1000W,蒸发速率小于
将源场板9与源极4电气连接,将漏场板11与漏极5电气连接。
8.使用原子层淀积技术分别覆盖源场板9、各浮空场板10和漏场板11的外围区域,完成淀积厚度为6.3μm的Al2O3保护层12。淀积保护层采用的工艺条件为:以TMA和H2O为反应源,载气为N2,载气流量为200sccm,衬底温度为300℃,气压为700Pa。
实施例四
制作衬底为蓝宝石、钝化层为SiO2、保护层为Al2O3和各场板为Ti/Mo/Au金属组合的复合场板异质结场效应晶体管,其过程是:
1.与实施例一的过程1相同;
2.与实施例一的过程2相同;
3.与实施例一的过程3相同;
4.与实施例一的过程4相同;
5.与实施例一的过程5相同;
6.与实施例一的过程6相同;
7.在SiO
2钝化层8上制作掩膜,使用电子束蒸发技术在源极与漏极之间的钝化层上淀积厚度均为0.02μm/0.1μm/0.12μm的Ti/Mo/Au金属组合,分别制作源场板9、五个浮空场板10及漏场板11,该源场板的有效长度L0为0.3μm,各浮空场板的长度L1均为0.25μm,漏场板的有效长度L2为0.2μm,源场板与其最邻近的浮空场板之间的距离S1为0.09μm,相邻两浮空场板之间的距离S2为0.11μm,漏场板与其最邻近的浮空场板之间的距离S3为0.07μm。淀积金属采用的工艺条件为:真空度小于1.8×10
-3Pa,功率范围为200~1800W,蒸发速率小于
将源场板9与源极4电气连接,将漏场板11与漏极5电气连接。
8.使用原子层淀积技术分别覆盖源场板9、各浮空场板10和漏场板11的外围区域,完成淀积厚度为0.3μm的Al2O3保护层12。淀积保护层采用的工艺条件为:以TMA和H2O为反应源,载气为N2,载气流量为200sccm,衬底温度为300℃,气压为700Pa。
实施例五
制作衬底为碳化硅、钝化层为SiN、保护层为SiO2和各场板为Ti/Ni/Au金属组合的复合场板异质结场效应晶体管,其过程是:
1.与实施例二的过程1相同;
2.与实施例二的过程2相同;
3.与实施例二的过程3相同;
4.与实施例二的过程4相同;
5.与实施例二的过程5相同;
6.与实施例二的过程6相同;
7.在SiN钝化层8上制作掩膜,使用电子束蒸发技术在源极与漏极之间的钝化层上淀积厚度均为0.5μm/1.2μm/2μm的Ti/Ni/Au金属组合,分别制作源场板9、二十个浮空场板10及漏场板11,该源场板的有效长度L0为2.5μm,各浮空场板的长度L1均为2μm,漏场板的有效长度L2为2.3μm,源场板与其最邻近的浮空场板之间的距离S1为1.4μm,相邻两浮空场板之间的距离S2为1.7μm,漏场板与其最邻近的浮空场板之间的距离S3为1.1μm。淀积金属采用的工艺条件为:真空度小于1.8×10
-3Pa,功率范围为200~700W,蒸发速率小于
将源场板9与源极4电气连接,将漏场板11与漏极5电气连接。
8.使用等离子体增强化学气相淀积技术分别覆盖源场板9、各浮空场板10和漏场板11的外围区域,完成淀积厚度为4μm的SiO2保护层12。淀积保护层采用的工艺条件为:气体为N2O及SiH4,气体流量分别为800sccm和150sccm,温度、RF功率和压力分别为250℃、25W和1000mT。
实施例六
制作衬底为硅、钝化层为Al2O3、保护层为SiN和各场板为Ti/Pt/Au金属组合的复合场板异质结场效应晶体管,其过程是:
1.与实施例三的过程1相同;
2.与实施例三的过程2相同;
3.与实施例三的过程3相同;
4.与实施例三的过程4相同;
5.与实施例三的过程5相同;
6.与实施例三的过程6相同;
7.在Al
2O
3钝化层8上制作掩膜,使用电子束蒸发技术在源极与漏极之间的钝化层上淀积厚度均为1.2μm/2μm/2.8μm的Ti/Pt/Au金属组合,分别制作源场板9、四十个浮空场板10及漏场板11,该源场板的有效长度L0为4μm,各浮空场板的长度L1均为5μm,漏场板的有效长度L2为5.2μm,源场板与其最邻近的浮空场板之间的距离S1为2.3μm,相邻两浮空场板之间的距离S2为2.8μm,漏场板与其最邻近的浮空场板之间的距离S3为1.8μm。淀积金属采用的工艺条件为:真空度小于1.8×10
-3Pa,功率范围为200~1000W,蒸发速率小于
将源场板9与源极4电气连接,将漏场板11与漏极5电气连接。
8.使用等离子体增强化学气相淀积技术分别覆盖源场板9、各浮空场板10和漏场板11的外围区域,完成淀积厚度为6.3μm的SiN保护层12。淀积保护层采用的工艺条件为:气体为NH3、N2及SiH4,气体流量分别为2.5sccm、900sccm和200sccm,温度、RF功率和压力分别为300℃、25W和900mT。
本发明的效果可通过图4和图5进一步说明。
图4给出了采用Al0.27Ga0.73N/GaN异质结结构时,采用传统源场板的异质结场效应晶体管与本发明采用三个浮空场板的器件在Al0.27Ga0.73N势垒层中的电场仿真图,由该图可以看出,采用传统源场板的异质结场效应晶体管在势垒层中的电场曲线只形成了2个近似相等的电场峰值,其在势垒层中的电场曲线所覆盖的面积很小,而本发明器件在势垒层中的电场曲线形成了5个近似相等的电场峰值,使得本发明器件在势垒层中的电场曲线所覆盖的面积大大增加,由于在势垒层中的电场曲线所覆盖的面积近似等于器件的击穿电压,说明本发明器件的击穿电压远远大于采用传统源场板的异质结场效应晶体管的击穿电压。
图5给出了采用Al0.27Ga0.73N/GaN异质结结构时,采用传统源场板的异质结场效应晶体管与本发明采用三个浮空场板的器件的击穿仿真图,由该图可以看出,采用传统源场板的异质结场效应晶体管的击穿曲线中发生击穿,即漏极电流迅速增加时的漏源电压大约在605V,而本发明器件的击穿曲线中发生击穿时的漏源电压大约在1780V,证明本发明器件的击穿电压远远大于采用传统源场板的异质结场效应晶体管的击穿电压,该图5的结论与图4的结论相一致。
对于本领域的专业人员来说,在了解了本发明内容和原理后,能够在不背离本发明的原理和范围的情况下,根据本发明的方法进行形式和细节上的各种修正和改变,但是这些基于本发明的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。