专利解密之三安光电氮化镓场效应管制备方法

（文章来源：半导体投资联盟）

三安光电主要从事化合物半导体材料的研发与应用，以氮化镓（GaN）等半导体新材料所涉及的外延片、芯片为核心主业，是国家科技部及信息产业部认定的"半导体照明工程龙头企业"，掌握的产品核心技术及研发能力均达到国际同类产品的技术水平。

氮化镓是第三代半导体的代表，具有宽禁带、高击穿场强、高饱和电子漂移速率等优异的电学特性，在半导体器件领域逐渐受到重视。其中GaN基高电子迁移率晶体管器件更是成为高频、高压、高温和大功率应用方面的首选。GaN基晶体管经常在高电流与高电压的状态下工作，因此栅极的热稳定性与散热性十分重要，而普通的金属材料如钨、钼等有着热稳定性差或者肖特基接触问题，通常难以达到需求；另一方面，当GaN晶体管实现增强型工作时，组件的稳定性与制作过程也存在诸多问题，难以实际应用。

针对这一问题，三安半导体早在2015年就提出一项名为“一种氮化镓基场效应管及其制备方法”的发明专利（申请号：201510057890.4），申请人为厦门市三安集成电路有限公司。此专利主要针对现有技术不足，提供一种以类钻碳作为栅极材料的高离子迁移率氮化镓基场效应管与制作过程。

图为此专利展示的一种氮化硅晶体管实例，从下到上依次层叠有衬底101、缓冲层102、氮化镓层103、氮化铝镓层104，其中氮化铝镓层的上表面设置有源极105和漏极106，以及位于源极和漏极之间的绝缘层107，其中绝缘层主要成分为氧化物，如Pr2O3、La2O3等。

绝缘层上设置有栅极108和金属电极层109，并在整体结构上方覆盖有钝化层110，金属电极层可以为Ti、Ni、Cu、Al等金属或金属组合，栅极由导电类钻碳（DLC）制成，具有良好的导电性能；而钝化层可以为SiO2、SiNx或绝缘钻碳，具有绝缘特性。在钝化层、源极、漏极以及金属电极的上方分别设有开口，并在开口处分别设置加厚电极。该晶体管在零栅偏压下，氮化镓层与氮化镓铝层之间自然形成二维电子气层，属于耗尽型晶体管，有利于抑制漏电流，提高可靠性。

在进行氮化镓晶体管制备时，首先在衬底101上依次外延形成缓冲层102、氮化镓层103及氮化铝镓层104，形成试片。紧接着将试片进行清洗，并将其利用干蚀刻的方式将器件主动区外的外延层蚀刻干净，并用电子束蒸镀机在主动区氮化铝镓层表面的两个区域依次蒸镀Ti/Al/Ni/Au多个金属层，蒸镀后放入快速退火机，使得金属与蒸镀氮化铝镓层形成欧姆接触，形成源极和漏极。然后在氮化铝镓层表面的源极和漏极之间沉积上绝缘层，并在绝缘层上通过磁控溅镀、离子蒸镀或化学气相沉积等方法沉积导电类钻碳形成栅极。接着在栅极上蒸镀金属电极层，利用原子层沉积、溅射或等离子体增强化学气相沉积法沉积钝化层并覆盖上述结构，最后在源极、漏极和金属电极层顶端分别镀上加厚电极，完成晶体管制备过程。

而在某些增强型晶体管制备过程中，可以将栅极处的厚度变薄，通过设置合适的沟槽深度，降低了栅极区离子浓度，使其在栅偏压下不导通，从而通过对氮化铝镓层和沟槽的设置形成增强型晶体管。三安光电提出的此项专利涉及氮化镓晶体管的制备工艺，解决了现有方法中常规金属材料热稳定性和散热差、工艺复杂的缺陷。
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