[發明專利]一種基于p-GaN結構的三維增強型高電子遷移率晶體管及其制造方法

有效

• 申請號: 201711462615.6
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108321200B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 張凱;朱廣潤;孔岑;周建軍;陳堂勝
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十五研究所
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/06;H01L29/20;H01L21/335
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 吳樹山

1.一種基于p-GaN結構的三維增強型高電子遷移率晶體管，所述三維增強型高電子遷移率晶體管的結構自下而上依次包括襯底(1)、緩沖層(2)、GaN基三維鰭片(3)、柵極(6)、源極和漏極，其特征在于，還包括內置終端結構(4)，所述內置終端結構(4)為通過離子注入形成的內置高阻GaN區，所述內置GaN高阻區位于所述柵極(6)的下方與GaN基三維鰭片(3)的兩側區域相鄰的緩沖層(2)的上方；所述GaN基三維鰭片(3)的上方及兩側二次外延生長有p-GaN/AlGaN/GaN異質結(5)；所述柵極(6)包裹在p-GaN/AlGaN/GaN異質結(5)的上方和兩側，形成三維柵結構；通過刻蝕方式去除柵極(6)兩側區域的p-GaN層而形成AlGaN/GaN異質結，所述源極和漏極分別設在AlGaN/GaN異質結的兩端。

2.根據權利要求1所述的一種基于p-GaN結構的三維增強型高電子遷移率晶體管，其特征在于，所述GaN基三維鰭片(3)的高度為200～1000nm、寬度為200～2000nm；所述GaN基三維鰭片(3)的數量為n≥1，所述GaN基三維鰭片(3)的相鄰之間的間距為200～2000nm。

3.根據權利要求2所述的一種基于p-GaN結構的三維增強型高電子遷移率晶體管，其特征在于，所述p-GaN/AlGaN/GaN異質結(5)的p-GaN的厚度為40～150nm、p型摻雜濃度為10¹⁷～5×10²⁰cm^-3、p型摻雜元素為Mg、Fe、Zn、C和Ca中的任一種；AlGaN的厚度為5～30nm、Al的組分為10～40％；GaN的厚度為20～200nm。

4.根據權利要求1所述的一種基于p-GaN結構的三維增強型高電子遷移率晶體管的制造方法，其特征在于，包括如下具體步驟：

1)在所述襯底(1)的上方生長緩沖層(2)；

2)在所述緩沖層(2)的上方沉積金屬或絕緣介質作為硬掩模；

3)在所述硬掩模的上方定義GaN基三維鰭片(3)的光刻掩模，隨后通過RIE和ICP方式刻蝕去除硬掩模；

4)通過RIE和ICP方式刻蝕GaN，形成GaN基三維鰭片(3)；所述GaN基三維鰭片(3)的高度為200～1000nm、寬度為200～2000nm；所述GaN基三維鰭片(3)的相鄰之間的間距為200～2000nm；

5)采用TMAH或等離子處理方式去除刻蝕損傷，隨后將離子注入緩沖層(2)形成內置終端結構(4)；所述離子注入的元素為Ar、H、B、O、N、He、Zn和F中的任一種，所述離子注入的能量為30～300KeV；

6)采用濕法或干法方式去除硬掩模；

7)在所述緩沖層(2)和GaN基三維鰭片(3)的表面和側面，采用MOCVD、MBE和PLD方式生長p-GaN/AlGaN/GaN異質結(5)；所述p-GaN/AlGaN/GaN異質結(5)的p-GaN的厚度為40～150nm、p型摻雜濃度為10¹⁷～5×10²⁰cm^-3、p型摻雜材料為Mg、Fe、Zn、C和Ca中的任一種；AlGaN的厚度為5～30nm、Al的組分為10～40％；GaN的厚度為20～200nm；

8)在GaN基三維鰭片(3)上方的p-GaN/AlGaN/GaN異質結(5)表面采用蒸發或濺射方式沉積柵金屬，隨后采用ALD、PECVD、ICP-CVD和LPCVD方式沉積阻擋介質層；

9)光刻柵極掩模，采用RIE和ICP方式依次刻蝕阻擋介質層和柵金屬，形成柵極(6)；

10)以所述阻擋介質層作為掩模，通過RIE和ICP方式刻蝕去除柵極(6)區域之外的p型GaN，形成AlGaN/GaN異質結；

11)采用濕法腐蝕去除阻擋介質層；

12)在柵極(6)的兩側，光刻源漏掩模，隨后沉積源漏金屬，高溫退火形成源極和漏極；

13)定義光刻隔離掩模，采用刻蝕或離子注入方式進行隔離，形成有源區；

14)在柵極(6)、源極、漏極和AlGaN/GaN異質結的表面，采用ALD、PECVD和ICP-CVD方式沉積鈍化介質層；

15)定義互聯開孔區掩模，刻蝕形成互聯開孔；

16)定義互聯金屬區掩模，通過蒸發與剝離工藝形成互聯金屬。