[發明專利]高電子遷移率晶體管及其制造方法

有效

• 申請號: 201210343035.6
• 申請日: 2012-09-14
• 公開（公告）號: CN103681831B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發明（設計）人: 包琦龍;鄧堅;羅軍;趙超
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/10;H01L21/335
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 王寶筠

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，更具體地涉及一種高電子遷移率晶體管的制造方法。

背景技術

傳統的硅工藝，已經逐漸達到物理極限。由于襯底漏電流較大，因此在高功率和高頻率電路中，寬禁帶半導體材料更優于傳統硅工藝制造的半導體。氮化鎵作為第三代半導體材料，具有禁帶寬度大、擊穿電壓高、電子飽和遷移率高、介電常數小、抗輻射能力強和良好的化學穩定性等特點，在光顯示、存儲、探測以及高溫高頻電路中應用廣泛。而氮化鎵（GaN）和氮化鋁鎵（AlGaN）界面異質結中產生的二維電子氣（2DEG）對于高電子遷移率晶體管（HEMT）的制作有著先天的優勢。但氮化鎵單晶生長條件苛刻，制備極其困難。至今，AlGaN/GaN外延材料的生長仍是GaN器件領域研究的核心，其中，襯底材料主要為碳化硅（SiC）、藍寶石（sapphire/Al₂O₃）和硅（Si）。

目前，大部分的對于具有AlGaN/GaN異質結的HEMT的研究致力于耗盡型器件。在AlGaN/GaN異質結溝道處自然形成的2DEG，在不做任何處理的情況下，需要加負的柵極電壓才能將2DEG耗盡從而夾斷導電溝道，此為耗盡型高電子遷移率晶體管（HEMT）器件的典型特征。但是，在數字電路、高壓開關等領域，經常需要使用增強型器件，即，零柵壓時關斷的高電子遷移率晶體管（HEMT）器件。同時，采用增強型器件的電路，其安全性較采用耗盡型器件的更高，因此，增強型高電子遷移率晶體管（HEMT）器件的研制越來越受到重視。

國際上，在實現增強型高電子遷移率晶體管（HEMT）上做出了很多努力并取得了一定成效。例如，利用槽柵技術成功研制增強型高電子遷移率晶體管（HEMT）器件；利用氟基等離子體轟擊柵下區域，實現閾值電壓的提升；引入MIS/MOS結構、氧等離子體轟擊、添加帽層、無極化效應的異質結設計等，在實現增強型器件成果方面，取得了一定效果。

雖然實現增強型器件的方法呈多樣化趨勢，歸納起來，主要為槽柵結構和等離子體注入兩種。在器件性能上，主要還存在如下缺點：1、正向閾值電壓普遍不高，目前只有金屬-絕緣體-半導體（MIS，metal-insulator-semiconductor）結構的運用可將正向閾值電壓提升至2V以上；2、材料損失不可避免，在柵下刻槽或等離子注入技術處理之后，即使是經過退火處理，器件性能依然會受到影響；3、器件尺寸較大，短溝道器件實現難度大；4、器件穩定性不高，在溫度較高的環境下使用還沒有得到有效的驗證。

因此，需要一種能夠提高高電子遷移率晶體管（HEMT）正向閾值電壓的方法。

發明內容

為了解決常規高電子遷移率晶體管（HEMT）器件在不加電壓下自然導通的問題，提供了一種高電子遷移率晶體管的制造方法，包括：在襯底上形成半導體層；在半導體層中形成凹槽；在凹槽底部形成介質層；在凹槽兩側的半導體層的表面上分別形成源極和漏極；以及在介質層上形成柵極。

根據本發明的另一方面，提供了一種高電子遷移率晶體管，包括：襯底；在所述襯底上形成的半導體層，其中，所述半導體層中具有凹槽；位于在所述凹槽底部的介質層；位于所述介質層上方的柵極；以及在所述半導體層上位于所述柵極兩側的源極和漏極。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

1.根據本發明提出的方法，通過使用與AlGaN極化效應相反的材料，例如InGaN、InAlN或InN等，以抵消在AlGaN/GaN異質結處產生的二維電子氣的濃度，提高正向閾值電壓。

2.本發明中使用的槽柵工藝以降低AlGaN層的厚度，縮短柵極金屬與二維電子氣的距離，從而利于柵極電壓對溝道進行控制。同時，AlGaN層厚度的降低還可降低溝道中二維電子氣（2DEG）的濃度。

3.本發明使用類似于金屬-絕緣體-半導體（MIS，metal-insulator-semiconductor）的結構來控制柵壓，可實現正向閾值電壓的大幅度提高，增強器件對噪聲的抗干擾能力。

附圖說明

參照下面結合附圖對本發明實施例的說明，會更加容易地理解本發明的以上和其它目的、特點和優點。附圖中的部件只是為了示出本發明的原理。在附圖中，相同的或類似的技術特征或部件將采用相同或類似的附圖標記來表示。

圖1是根據本發明的高電子遷移率晶體管的制造方法的流程圖；以及

圖2-圖8是使用圖1所示的方法制造的根據本發明的高電子遷移率晶體管在各個階段形成的中間結構的剖面圖。

具體實施方式