[發明專利]GaN基MOSFET及其制備方法

無效

• 申請號: 201010147721.7
• 申請日: 2010-04-16
• 公開（公告）號: CN101819995A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發明（設計）人: 劉治國;高立剛;湯振杰;夏奕東;殷江
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/51;H01L21/336;H01L21/285
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 周靜

技術領域

本發明涉及一種GaN基MOSFET及其制備方法，屬于微電子材料領域。

背景技術

幾十年來，集成電路的發展基本遵循了Intel公司創始人之一的GordonE.Moore博士1964 年預言的摩爾定律：在集成電路的單個芯片上集成的元件數，即集成電路的集成度，每12至 18個月增加一倍，特征尺寸縮小倍。隨著器件的特征尺寸越來越小，傳統的SiO₂柵介質 層的厚度也隨著柵極線寬的不斷縮小而越來越薄，由于量子隧穿效應導致的隧穿電流迅速增 加，結果導致SiO₂層不能起到絕緣介質的作用，器件的漏電流已達到無法承受的地步。采用 高介電常數(high-k)材料可以在保證對溝道有相同控制能力的條件下，柵介質層的物理厚度增 大，于是柵層與溝道間的直接隧穿電流將大大減小。

GaN材料具有帶隙寬、發光效率高、電子漂移飽和速度高、熱導率高、硬度大、介電常 數小，化學性質穩定及抗輻射、抗高溫等特點，成為短波長光電子器件及高頻、高壓、高溫 微電子器件制備的最優選材料，被譽為第三代半導體材料。近年來，由于在高溫下的操作可 靠性和更低的漏電流特性，GaN基MOSFET也獲得了廣泛的關注和研究。而(La₂O₃)_x(SiO₂)_1-x材料由于具有較高的介電常數，被認為是替代Hf基high-k材料的下一代high-k材料。因此， 在GaN襯底上生長(La₂O₃)_x(SiO₂)_1-x薄膜柵介質材料在高溫MOSFET應用上具有重要意義。

然而，由于GaN較大的禁帶寬度(E_g＝3.42eV)，(La₂O₃)_x(SiO₂)_1-xhigh-k材料中等的禁帶 寬度(～5.7eV)，將會導致(La₂O₃)_x(SiO₂)_1-x薄膜與GaN界面間的勢壘高度偏低，引起漏電流的 增大。所以，從能帶偏移的角度來看，一個最合適的柵介質材料首先要有大的介電常數和大 的帶隙，同時相對于溝道半導體材料有對稱的價帶和導帶偏移，從而減小漏電流。

發明內容

本發明提供一種GaN基MOSFET，可以有效的調節(La₂O₃)_x(SiO₂)_1-x薄膜與GaN襯底之 間的能帶補償，減小漏電流。

本發明還提供了上述GaN基MOSFET的制備方法。

所述GaN基MOSFET，在GaN襯底上設有(La₂O₃)_x(SiO₂)_1-x柵介質層，GaN襯底和 (La₂O₃)_x(SiO₂)_1-x柵介質層之間設有厚度為0.5-2nm的SiO₂緩沖層。

所述(La₂O₃)_x(SiO₂)_1-x柵介質層和GaN襯底為公知結構，作為優選方案，所述 (La₂O₃)_x(SiO₂)_1-x柵介質層厚度為10-100nm，0.4＜x＜0.6；GaN襯底的厚度為10-50μm。

所述GaN基MOSFET的制備方法，包括如下步驟：

a)將GaN襯底清洗、吹干后放入反應腔以備沉積薄膜；