[發明專利]一種增強型氮化物半導體器件及其制造方法

在審

• 申請號: 201410312838.4
• 申請日: 2014-07-02
• 公開（公告）號: CN104051522A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 程凱
• 申請（專利權）人: 蘇州晶湛半導體有限公司
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/423;H01L21/335
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 唐靈;常亮

本發明公開一種增強型氮化物半導體器件及其制造方法，該器件包括襯底；依次設于襯底上的氮化物成核層、氮化物緩沖層、氮化物溝道層和氮化物勢壘層；與氮化物勢壘層相接觸的漏極和源極；設于氮化物勢壘層上除源極和漏極以外區域的鈍化介質層，刻蝕掉柵極區域處的鈍化介質層后形成的三層復合結構的柵極；柵極可以具有凹槽結構。柵極的第一層為絕緣體氧化鎳，第二層為p型半導體氧化鎳，第三層為金屬層，使得零柵壓時耗盡柵極下方的二維電子氣，實現增強型的金屬絕緣體半導體場效應晶體管結構，同時具有較低的漏電和較高的擊穿電壓。

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，涉及一種半導體器件的制造方法以及通過該方法制得的半導體器件，具體涉及一種Ⅲ族氮化物半導體器件的制造方法以及制得的增強型金屬絕緣體半導體場效應晶體管(MISFET)。

背景技術

氮化鎵半導體材料具有禁帶寬度大、電子飽和漂移速率高、擊穿場強高、耐高溫等顯著優點，與第一代半導體硅和第二代半導體砷化鎵相比，更適合于制作高溫、高壓、高頻和大功率的電子器件，具有廣闊的應用前景，因此成為目前半導體行業研究的熱點。

氮化鎵高電子遷移率晶體管(HEMT)是利用AlGaN/GaN異質結處的二維電子氣形成的一種氮化鎵器件，可以應用于高頻、高壓和大功率的領域。作為場效應晶體管的一種，氮化鎵HEMT主要有耗盡型器件和增強型器件兩種類型。由于二維電子氣具有較高的遷移率和飽和漂移速率，通常利用二維電子氣溝道常開的特性來制作耗盡型的氮化鎵HEMT器件，適用于無線通信等高頻應用領域。在其他特定的應用領域如功率開關和數字電路等領域，通常需要使用增強型的氮化鎵HEMT器件。

然而，相對于耗盡型氮化鎵HEMT器件，增強型氮化鎵HEMT器件卻不容易實現。實現增強型的氮化鎵HEMT器件，需要找到辦法使得零柵壓時柵電極下方AlGaN/GaN異質結處二維電子氣的濃度降低到足夠低。一種辦法是對柵極區進行刻蝕，減薄柵極下方鋁鎵氮勢壘層的厚度，以降低柵極下方二維電子氣的濃度。第二種方法是在柵極下方選擇性保留p型氮化物，通過p型氮化物提拉AlGaN/GaN異質結處的費米能級，形成耗盡區，實現增強型器件。

這兩種方法都有不足之處。在第一種方法中，閾值電壓一般不超過1V，達不到實際應用所需的3～5V。因此，為了提高閾值電壓，還需要另外增加介質層如三氧化二鋁。但是，三氧化二鋁介質層與鋁鎵氮勢壘層界面處存在較高密度的界面態，會增大器件的電流崩塌，對器件的效率造成較大影響。在第二種方法中，在保留p型氮化物的同時，需要刻蝕掉柵極下方以外的其他所有區域。對刻蝕厚度的精確控制，是一個比較難以解決的問題。而且，刻蝕導致的缺陷，以及p型氮化鎵中產生的鎂原子，都會導致電流崩塌效應。另外，p型氮化鎵電離產生的空穴濃度一般不超過1E18cm-3。如此低的空穴濃度將不足以使柵極下方的二維電子氣全部耗盡，無法使二維電子氣導電溝道完全關斷。這樣就難以實現真正的增強型器件。

因此，針對上述技術問題，有必要提供一種具有改良結構的增強型的氮化物半導體器件，以克服上述缺陷。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種由氧化鎳組成的復合型柵極結構的增強型氮化物半導體器件及其制造方法。

氧化鎳是一種特殊的氧化物，可以通過調節鎳和氧的比例來改變其電學特性。在鎳和氧的不同比例條件下，氧化鎳可以是絕緣體，可以是金屬，也可以是P型半導體。通過P型氧化鎳、絕緣體氧化鎳、金屬層以及其他介質層形成合理的復合型結構作為柵極，可以形成金屬絕緣體半導體場效應晶體管 (MISFET)，并實現增強型MISFET結構。

為實現上述目的，本發明提供了一種增強型氮化物半導體器件的制造方法，包括下述步驟：

1、提供一襯底；

2、在上述襯底上依次形成氮化物成核層、氮化物緩沖層、氮化物溝道層和氮化物勢壘層；

3、形成與上述氮化物勢壘層相接觸的漏極和源極；