三安光電提出的此項(xiàng)專利涉及氮化鎵晶體管的制備工藝，解決了現(xiàn)有方法中常規(guī)金屬材料熱穩(wěn)定性和散熱差、工藝復(fù)雜的缺陷。

集微網(wǎng)消息，三安光電主要從事化合物半導(dǎo)體材料的研發(fā)與應(yīng)用，以氮化鎵（GaN）等半導(dǎo)體新材料所涉及的外延片、芯片為核心主業(yè)，是國(guó)家科技部及信息產(chǎn)業(yè)部認(rèn)定的"半導(dǎo)體照明工程龍頭企業(yè)"，掌握的產(chǎn)品核心技術(shù)及研發(fā)能力均達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品的技術(shù)水平。

氮化鎵是第三代半導(dǎo)體的代表，具有寬禁帶、高擊穿場(chǎng)強(qiáng)、高飽和電子漂移速率等優(yōu)異的電學(xué)特性，在半導(dǎo)體器件領(lǐng)域逐漸受到重視。其中GaN基高電子遷移率晶體管器件更是成為高頻、高壓、高溫和大功率應(yīng)用方面的首選。GaN基晶體管經(jīng)常在高電流與高電壓的狀態(tài)下工作，因此柵極的熱穩(wěn)定性與散熱性十分重要，而普通的金屬材料如鎢、鉬等有著熱穩(wěn)定性差或者肖特基接觸問題，通常難以達(dá)到需求；另一方面，當(dāng)GaN晶體管實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型工作時(shí)，組件的穩(wěn)定性與制作過(guò)程也存在諸多問題，難以實(shí)際應(yīng)用。

針對(duì)這一問題，三安半導(dǎo)體早在2015年就提出一項(xiàng)名為“一種氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管及其制備方法”的發(fā)明專利（申請(qǐng)?zhí)枺?01510057890.4），申請(qǐng)人為廈門市三安集成電路有限公司。此專利主要針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種以類鉆碳作為柵極材料的高離子遷移率氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管與制作過(guò)程。

圖1 GaN晶體管實(shí)例

圖1為此專利展示的一種氮化硅晶體管實(shí)例，從下到上依次層疊有襯底101、緩沖層102、氮化鎵層103、氮化鋁鎵層104，其中氮化鋁鎵層的上表面設(shè)置有源極105和漏極106，以及位于源極和漏極之間的絕緣層107，其中絕緣層主要成分為氧化物，如Pr2O3、La2O3等。絕緣層上設(shè)置有柵極108和金屬電極層109，并在整體結(jié)構(gòu)上方覆蓋有鈍化層110，金屬電極層可以為Ti、Ni、Cu、Al等金屬或金屬組合，柵極由導(dǎo)電類鉆碳（DLC）制成，具有良好的導(dǎo)電性能；而鈍化層可以為SiO2、SiNx或絕緣鉆碳，具有絕緣特性。在鈍化層、源極、漏極以及金屬電極的上方分別設(shè)有開口，并在開口處分別設(shè)置加厚電極。該晶體管在零柵偏壓下，氮化鎵層與氮化鎵鋁層之間自然形成二維電子氣層，屬于耗盡型晶體管，有利于抑制漏電流，提高可靠性。

在進(jìn)行氮化鎵晶體管制備時(shí)，首先在襯底101上依次外延形成緩沖層102、氮化鎵層103及氮化鋁鎵層104，形成試片。緊接著將試片進(jìn)行清洗，并將其利用干蝕刻的方式將器件主動(dòng)區(qū)外的外延層蝕刻干凈，并用電子束蒸鍍機(jī)在主動(dòng)區(qū)氮化鋁鎵層表面的兩個(gè)區(qū)域依次蒸鍍Ti/Al/Ni/Au多個(gè)金屬層，蒸鍍后放入快速退火機(jī)，使得金屬與蒸鍍氮化鋁鎵層形成歐姆接觸，形成源極和漏極。然后在氮化鋁鎵層表面的源極和漏極之間沉積上絕緣層，并在絕緣層上通過(guò)磁控濺鍍、離子蒸鍍或化學(xué)氣相沉積等方法沉積導(dǎo)電類鉆碳形成柵極。接著在柵極上蒸鍍金屬電極層，利用原子層沉積、濺射或等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法沉積鈍化層并覆蓋上述結(jié)構(gòu)，最后在源極、漏極和金屬電極層頂端分別鍍上加厚電極，完成晶體管制備過(guò)程。

而在某些增強(qiáng)型晶體管制備過(guò)程中，可以將柵極處的厚度變薄，通過(guò)設(shè)置合適的溝槽深度，降低了柵極區(qū)離子濃度，使其在柵偏壓下不導(dǎo)通，從而通過(guò)對(duì)氮化鋁鎵層和溝槽的設(shè)置形成增強(qiáng)型晶體管。

三安光電提出的此項(xiàng)專利涉及氮化鎵晶體管的制備工藝，解決了現(xiàn)有方法中常規(guī)金屬材料熱穩(wěn)定性和散熱差、工藝復(fù)雜的缺陷。