[發明專利]增強型鰭式絕緣柵高電子遷移率晶體管

在審

• 申請號: 201710885204.1
• 申請日: 2017-09-26
• 公開（公告）號: CN109560131A
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 劉梅
• 申請（專利權）人: 南京譽凱電子科技有限公司
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種增強型鰭式絕緣柵高電子遷移率晶體管，主要解決現有增強型器件的閾值電壓小，短溝道效應嚴重的問題。其自下而上包括：襯底(1)、GaN緩沖層(2)、GaN溝道層(3)、AlGaN勢壘層(4)、柵介質層(5)、鈍化層(6)和源、漏、柵電極。其中GaN溝道層與AlGaN勢壘層組成AlGaN/GaN異質結；柵電極采用凹槽柵結構，且包裹在AlGaN/GaN異質結的兩側和上方，形成三維柵結構；柵電極與AlGaN/GaN異質結之間設有一層高介電常數的柵介質；源、漏電極設在AlGaN/GaN異質結的兩端。本發明器件具有閾值電壓高，柵控能力強，源、漏電阻小的優點，可作為小尺寸的增強型器件。

技術領域

本發明屬于微電子器件技術領域，具體地說是一種增強型鰭式絕緣柵高電子遷移率晶體管MIS-HEMT，可用于增強/耗盡模式的納米級數字集成電路。

背景技術

GaN材料作為第三代半導體材料，由于禁帶寬度大、二維電子氣2DEG濃度高和電子飽和速度高等優點，被認為是制作微波功率器件及高速器件的優良材料。特別是AlGaN/GaN異質結高電子遷移率晶體管HEMT，在集成電路中有廣泛的應用。

通常AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管器件制備完成時已經形成了高密度的二維電子氣2DEG，這樣的器件屬于常開的耗盡型器件D-HEMT。為了實現常關的增強型器件E-HEMT，需要一些特殊結構和工藝，如薄勢壘層、凹槽柵、柵下氟離子注入等。但是隨著器件尺寸的減小，傳統結構的增強型器件短溝道效應越來越嚴重，影響了器件的工作性能。2013年，ShinoharaK等人制備的增強型器件，采用AlN作為薄勢壘層，這種結構有更短的柵長，更好的頻率特性，參見ScalingofGaNHEMTsandSchottkyDiodesforSubmillimeter-WaveMMICApplications[J].IEEETransactionsonElectronDevices,2013,60(10):2982-2996。但是該器件在柵長較小時，短溝道效應嚴重，亞閾值擺幅較大，不利于實現增強/耗盡模式的納米級數字集成電路。

發明內容

本發明的目的在于針對以上增強型高電子遷移率晶體管的不足，提出一種增強型鰭式絕緣柵高電子遷移率晶體管及制作方法，以抑制短溝道效應，提高閾值電壓和跨導，實現更小柵長的增強型器件。

為實現上述目的，本發明的技術思路是：采用GaN溝道層和AlGaN勢壘層形成AlGaN/GaN異質結，通過AlGaN/GaN異質結生成二維電子氣，通過刻蝕AlGaN和GaN，形成鰭型AlGaN/GaN異質結，通過在柵區域刻蝕AlGaN，形成柵凹槽，通過在凹槽處淀積高介電常數的柵介質，形成鰭式凹槽絕緣柵結構。

依據上述技術思路，本發明的增強型鰭式絕緣柵高電子遷移率晶體管，自下而上包括襯底1、GaN緩沖層2、GaN溝道層3、AlGaN勢壘層4、柵介質層5、鈍化層6和柵、源、漏電極，GaN溝道層和AlGaN勢壘層形成AlGaN/GaN異質結，AlGaN/GaN異質結生成二維電子氣，其特征在于：

柵電極采用凹槽柵結構，且包裹在AlGaN/GaN異質結的兩側和上方，形成三維柵結構；

柵電極與AlGaN/GaN異質結之間設有一層高介電常數的柵介質；

源、漏電極設在AlGaN/GaN異質結的兩端，以實現與二維電子氣的直接接觸。

依據上述技術思路，本發明制作增強型鰭式絕緣柵高電子遷移率晶體管的方法，包括如下步驟：

1)在Si面SiC或c面藍寶石或Si襯底上，利用金屬有機化合物化學氣相淀積MOCVD生長1～3μm的GaN緩沖層；

2)在GaN緩沖層上生長5nm厚的GaN溝道層；