[發明專利]一種增強型氮化物場效應晶體管及其制備方法

在審

• 申請號: 201710091485.3
• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN106898640A
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發明（設計）人: 馬平;姬小利;李喜林;劉波亭;王軍喜;李晉閩
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/778;H01L21/336
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本發明屬于半導體領域，尤其涉及一種增強型場效應晶體管及其制備方法。

背景技術

氮化鎵(GaN)材料由于具有大的禁帶寬度、高的熱導率、高電子飽和漂移速度和大的臨界擊穿電壓等特點而得以在光電子器件和高溫大功率電子器件等領域有著廣闊的應用前景。由于氮化物具有很強的自發極化和壓電極化效應，在沒有摻雜的情況下可以在AlGaN/GaN界面產生大量的二維電子氣，其濃度可達10¹³cm^-2，電子遷移率2000cm2/V·s以上。由于具有以上特征，AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管成為制備高頻功率放大器和功率開關器件的理想材料。

目前AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管的性能研究大多還是集中在耗盡型器件方面，但是從器件應用方面來看，增強型器件有更大的應用優勢。1995年，Khan等人通過減薄勢壘層厚度的方法來耗盡二維電子氣實現了增強型器件的研制，但這種方法的缺點在于勢壘層減薄后二維電子氣的濃度整體下降，導致器件的通態電阻升高，功耗嚴重，影響了器件的性能。2000年，X.Hu等人利用選區二次外延生長p型GaN帽層在柵極下方形成PN結的方法實現了柵下二維電子氣的耗盡實現增強型，但是其閾值電壓非常小，生長工藝難度較大。2003年，Kumar等人利用反應離子束刻蝕凹柵的方法減薄柵下勢壘層厚度實現了增強型器件的研制，但是該工藝難度大，難以精確控制，沒有可重復性。2005年，香港科技大學的Cai等人，采用氟離子注入的方法耗盡了柵下的二維電子氣實現增強型器件，但是該方法實現的增強型器件的可靠性面臨嚴重的挑戰。

綜上所述，目前采用的實現增強型器件的主流的方法是采用勢壘層減薄，p型帽層，槽柵結構，氟離子注入等方法，但整體來看，采用這些方法來實現增強型器件的工藝比較復雜且工藝難度較大，對器件的工業化生產來說有較大的難度。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種增強型氮化物場效應晶體管的制備方法，以解決增強型器件的工藝比較復雜，工藝難度較大，溝槽的刻蝕深度無法精確控制，器件的工業化生產難度大的問題。

(二)技術方案

本發明提供一種增強型氮化物場效應晶體管，其特征在于，包括：

襯底；

依次形成于襯底之上的成核層、高阻緩沖層及勢壘層；

形成于勢壘層一端之上的源極；

形成于勢壘層另一端之上的漏極；

形成于源極、漏極之間的單條溝槽或多條溝槽，且溝槽內填充有高介電常數、寬帶隙的電介質材料；

形成于溝槽上方的柵極；以及

形成于源極、漏極和柵極之間的鈍化層。

進一步，所述高介電常數、寬帶隙的電介質材料，包括：MnO₂、Pb₃MgNb₂O₉、BaTiO₃、SrTiO₃、SnTe、PbTe、WO₃、SbS、Pb₂CoWO₆、TiO₂或SnSb中的一種或幾種；

進一步，所述高介電常數、寬帶隙的電介質材料，采用磁控濺射、離子束蒸鍍、化學氣相沉淀、溶膠凝膠法或水熱法制備而成。

進一步，所述溝槽的深度大于勢壘層的厚度，所述電介質材料厚度小于或者等于所述溝槽的深度。

進一步，所述襯底為藍寶石、碳化硅或硅中的一種；

所述成核層為氮化鎵GaN或氮化鋁AlN；

所述高阻緩沖層為銦鎵氮In_xGa_1-xN，其中0≤x＜1；

所述勢壘層為鋁銦鎵氮Al_xIn_yGa_1-x-yN，其中0＜x≤1，0≤y＜1。

進一步，所述單條溝槽或多條溝槽的寬度之和不超過其上柵極的寬度；

所述單條溝槽或多條溝槽采用ICP干法刻蝕或者濕法腐蝕制備而成。

進一步，所述源極和漏極采用Ti、Al、Ni、Pt、Cr或Au金屬中的一種或幾種；

所述柵極采用Ti、Ni、Pt、Al、Cu、W、Co或Au金屬中的一種或幾種；