[發明專利]柵極區域圖形化的高電子遷移率晶體管器件及制作方法

在審

• 申請號: 201710682026.2
• 申請日: 2017-08-10
• 公開（公告）號: CN107578999A
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 孫輝;劉美華;林信南;陳東敏
• 申請（專利權）人: 北京大學深圳研究生院
• 主分類號: H01L21/335
• 分類號: H01L21/335;H01L21/28;H01L29/423;H01L29/778;B82Y40/00
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產權代理有限公司44281
• 代理人: 郭燕

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，具體涉及一種柵極區域圖形化的高電子遷移 率晶體管器件及制作方法。

背景技術

以氮化鎵(GaN)為代表的III-V族寬禁帶化合物半導體材料，具有高擊 穿電場、高電子飽和漂移速率和高熱導率等特性，非常適用于制備大功率、高 速、大電壓的電力電子器件。AlGaN/GaN HEMT作為其中最具吸引力的器件類型， 一方面得益于GaN和AlGaN之間的極強的自發極化和壓電極化效應，使得 GaN/AlGaN之間形成高電子濃度和高電子遷移率的二維電子氣(2-DEG)，電子濃 度高達1012-1013cm^-2，電子遷移率可高達2000cm²/V；另一方面，AlGaN/GaN HEMT 器件工藝簡單，適合基于多種平臺進行開發，開發周期短。

但是，正是由于AlGaN/GaN異質結之間高濃度的電子存在，使得標準AlGaN/GaN HEMT為常開型器件，驅動電壓范圍為-30-2V，器件完全導通柵極電 壓一般為-5V，因此使用時需要負壓驅動進行關斷，有短路直通的潛在危險。此 外，對于功率器件來說，常開特征使得靜態功耗較大，也是常規HEMT器件面臨 的主要問題。因此，常關型(增強型)HEMT成為該領域研究者爭相研究的熱點。

目前，實現增強型HEMT主要方法是對柵極區域進行刻蝕，部分或者完全去 除柵下方的勢壘層，從而降低柵電極下方的2-DEG的濃度，使閾值電壓(V_th) 正向漂移。這種方案可以很好的實現器件的增強型操作，當前報道的最優閾值 電壓為6.2V，能夠完全滿足器件分立和集成的應用。但是，因為柵極區2-DEG 的降低甚至完全沒有，使得這類器件導通電流較小，導通電阻大，成為阻礙此 方案進一步發展的最大障礙。盡管，實驗室和研究機構已經報道了很多基于結 構設計的改善措施，但工藝復雜度高，很難實現大批量加工的需要。

基于以上考慮，面對蓬勃發展的GaN器件開發領域，亟需開發一種滿足大 閾值電壓，大電流密度的增強型高電子遷移率晶體管器件加工工藝。

發明內容

本申請提供一種柵極區域圖形化的高電子遷移率晶體管器件，用以解決現 有增強型高電子遷移率晶體管器件導通電流小、導通電阻大的缺陷；本申請同 時提供了一種柵極區域圖形化的高電子遷移率晶體管器件的制作方法，在提高 器件電氣性能的同時，解決傳統的高電子遷移率晶體管器件加工工藝復雜、加 工成本高等問題。

為了解決上述問題，本發明的技術方案如下：

一種柵極區域圖形化的高電子遷移率晶體管器件的制作方法，包括：

準備GaN外延片；

在GaN外延片的上表面上形成掩膜層；

在掩膜層預設形成柵極的區域上開設多個掩膜層開孔；

以多個掩膜層開孔的孔內區域為限，向下刻蝕至GaN外延片內部，以在GaN外延片上形成圖形化柵極區域；

去除掩膜層；

在GaN外延片的上表面內沉積柵介質層并延伸至圖形化柵極區域內；

刻蝕形成歐姆接觸孔；

在歐姆接觸孔內沉積歐姆金屬；

歐姆金屬圖形化并高溫退火，以形成源漏電極；

制作柵電極。

一種柵極區域圖形化的高電子遷移率晶體管器件，包括：

GaN外延片；

隔離分布以實現電氣絕緣的柵電極、源電極和漏電極，所述源電極和漏電 極分別形成于GaN外延片上表面；

形成于GaN外延片上表面至GaN外延片內部的圖形化柵極區域，圖形化柵 極區域對應于柵電極的位置；

形成于GaN外延片上表面、柵電極、源電極和漏電極之間的柵介質層，柵 介質層通過圖形化柵極區域延伸至GaN外延片內。

形成于柵介質層上表面柵極區域的柵極金屬和柵電極。

本發明的有益效果為：

1.本發明公開的一種柵極區域圖形化的高電子遷移率晶體管器件的制作方 法，其制作工藝和條件均為Si CMOS工藝兼容，其工藝復雜度低，可操作性強， 制作成本低,為開發基于Si工藝兼容的增強型GaN HEMT量產方案提供了很好的 借鑒和參考。

2.本發明公開的一種柵極區域圖形化的高電子遷移率晶體管器件，該器件 通過在GaN外延片上刻蝕納米級的圖形化柵極區域，在保證器件增強型操作的 同時，有效的保證了柵電極下方的2-DEG的濃度，提高了增強型HEMT器件的導 通電流，降低了導通電阻，可以很好的保證器件的穩定性和均勻性。

附圖說明