[發(fā)明專利]一種GaN基半導(dǎo)體器件及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710139161.2
• 申請(qǐng)日: 2017-03-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106847910A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 戴亞偉;陳琳;鄭亮;孫清清;張衛(wèi)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/778
• 分類號(hào): H01L29/778;H01L21/335
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司31200
• 代理人: 陸飛,陸尤

本發(fā)明公開(kāi)一種面向四維集成的GaN基半導(dǎo)體器件及其制備方法。這種垂直堆棧集成的功率器件表現(xiàn)出高的驅(qū)動(dòng)電流，同時(shí)也滿足集成電路進(jìn)一步微縮化的需求。其制備步驟包括：在絕緣GaN襯底上形成多層AlGaN勢(shì)壘層/GaN層異質(zhì)結(jié)疊層；將多層AlGaN勢(shì)壘層/GaN層異質(zhì)結(jié)疊層分隔為源區(qū)和漏區(qū)；對(duì)多層AlGaN勢(shì)壘層/GaN層異質(zhì)結(jié)疊層進(jìn)行刻蝕，得到分別連接源區(qū)和漏區(qū)中對(duì)應(yīng)的GaN層并且相互隔離的多層GaN納米線溝道；在多層GaN納米線溝道上形成柵介質(zhì)層及金屬柵層；在金屬柵層上形成頂柵電極；分別在源區(qū)和漏區(qū)的頂層GaN層上形成源電極、漏電極。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種面向四維集成的GaN基納米線晶體管及其制備方法。

背景技術(shù)

作為傳統(tǒng)硅基功率器件的替代品，基于第三代寬禁帶半導(dǎo)體GaN材料的功率器件因其優(yōu)異的材料特性和器件結(jié)構(gòu)備受矚目，GaN材料擁有較大的禁帶寬度和電子遷移率，較好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，因而在大功率和高頻領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景而受到關(guān)注和研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種面向四維集成的GaN基半導(dǎo)體器件及其制備方法。這種垂直堆棧集成的功率器件表現(xiàn)出高的驅(qū)動(dòng)電流，同時(shí)也滿足集成電路進(jìn)一步微縮化的需求。

本發(fā)明提供的GaN基半導(dǎo)體器件，包括:

絕緣GaN襯底；

多層AlGaN勢(shì)壘層/GaN層異質(zhì)結(jié)疊層，位于所述GaN襯底上，包括相互隔離的源區(qū)和漏區(qū)兩部分，其中，底層AlGaN勢(shì)壘層未摻雜，其余各AlGaN勢(shì)壘層和GaN層均摻雜；

多層GaN納米線溝道，分別與所述源區(qū)和漏區(qū)中相對(duì)應(yīng)的GaN層相連接，且彼此隔離；

柵極疊層，包括金屬柵層和柵介質(zhì)層，其中所述柵介質(zhì)層覆蓋所述GaN納米線溝道，所述金屬柵層位于所述柵介質(zhì)層上；

頂柵電極，位于所述金屬柵層上；以及

源電極、漏電極，分別位于所述源區(qū)和漏區(qū)的頂層GaN層上。

優(yōu)選的，所述GaN層的厚度為25-35納米，更優(yōu)選30納米，所述AlGaN層的厚度為15-25納米，更優(yōu)選20納米。

優(yōu)選的，所述柵介質(zhì)層為Al₂O₃，所述金屬柵層為WN。

優(yōu)選的，所述Al₂O₃的厚度為8-15納米，更優(yōu)選10納米，所述WN的厚度為35-45納米，更優(yōu)選40納米。

根據(jù)發(fā)明的另一方面，還公開(kāi)一種GaN基半導(dǎo)體器件的制備方法，包括以下步驟：

提供絕緣GaN襯底；

在所述GaN襯底上依次形成AlGaN勢(shì)壘層和GaN層，重復(fù)多次，以形成多層AlGaN勢(shì)壘層/GaN層異質(zhì)結(jié)疊層；

將所述多層AlGaN勢(shì)壘層/GaN層異質(zhì)結(jié)疊層分隔為源區(qū)和漏區(qū)，并進(jìn)行源漏區(qū)注入，對(duì)除底層AlGaN勢(shì)壘層外的各層進(jìn)行摻雜；

對(duì)所述多層AlGaN勢(shì)壘層/GaN層異質(zhì)結(jié)疊層進(jìn)行刻蝕，得到分別連接源區(qū)和漏區(qū)中對(duì)應(yīng)的GaN層并且相互隔離的多層GaN納米線溝道結(jié)構(gòu)；

在所述多層GaN納米線溝道結(jié)構(gòu)上形成柵介質(zhì)層及金屬柵層；

在所述金屬柵層上形成頂柵電極；

分別在所述源區(qū)和漏區(qū)的頂層GaN層上形成源電極、漏電極。

優(yōu)選的，所述GaN層的厚度為25-35納米，更優(yōu)選30納米，所述AlGaN層的厚度為15-25納米，更優(yōu)選20納米。