[發明專利]氮極性III族/氮化物磊晶結構及其主動元件與其積體化的極性反轉制作方法

有效

• 申請號: 201810532705.6
• 申請日: 2018-05-29
• 公開（公告）號: CN109004027B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 黃知澍
• 申請（專利權）人: 黃知澍
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L27/06;H01L21/8252;H01L21/335
• 代理公司: 北京中原華和知識產權代理有限責任公司 11019
• 代理人: 壽寧;張華輝

1.一種氮極性氮化鎵鋁/氮化鎵結構，其特征在于，其包含有:

一矽基底；

一具碳摻雜的緩沖層，其位于該矽基底上；

一具碳摻雜的氮化鎵層，其位于該具碳摻雜的緩沖層上；

一i-Al_yGaN層，其位于該具碳摻雜的氮化鎵層上；

一氮化鎵通道層，其位于該i-Al_yGaN層上；以及

一i-Al_xGaN層，其位于該氮化鎵通道層上；

一柵極護城河結構，其位于該i-Al_xGaN層；

一氟離子結構，其植入并位于該i-Al_xGaN層內，該柵極護城河結構圍繞該氟離子結構兩側；以及

一第一柵極絕緣介電層，其位于該氟離子結構上；

其中，該x取值在0.1-0.3之間，該y取值在0.05-0.75之間，該氮化鎵通道層內具有二維電子氣，一絕緣保護介電層的應力使得i-Al_xGaN層/氮化鎵通道層/i-Al_yGaN層產生極性反轉，使得該二維電子氣從該氮化鎵通道層與該i-Al_yGaN層的接面處上升至該氮化鎵通道層與該i-Al_xGaN層的接面處。

2.如權利要求1所述的結構，其特征在于，其中該具碳摻雜的氮化鎵層與該i-Al_yGaN層間更設置有一i-Al_zGaN層，該Z取值在0.01-0.75之間。

3.如權利要求1所述的結構，其特征在于，其中該氮化鎵通道層內的該二維電子氣位于該氟離子結構下方是呈現空乏狀態，該二維電子氣位于該氮化鎵通道層與該i-Al_yGaN層的接面處。

4.一種制作加強型具有柵極護城河結構氮極性反轉氮化鎵鋁/氮化鎵高速電子遷移率晶體管的方法，其特征在于，包含有下列步驟:

提供一氮極性氮化鎵鋁/氮化鎵磊晶結構，該氮極性氮化鎵鋁/氮化鎵磊晶結構包含：

一矽基底；

一具碳摻雜的緩沖層，其位于該矽基底上；

一具碳摻雜的氮化鎵層，其位于該具碳摻雜的緩沖層上；

一i-Al_yGaN層，其位于該具碳摻雜的氮化鎵層上；

一氮化鎵通道層，其位于該i-Al_yGaN層上；以及

一i-Al_xGaN層，其位于該氮化鎵通道層上；

利用干式蝕刻的方式在氟離子結構預定區兩側的該i-Al_xGaN層蝕刻出兩條柵極護城河結構，之后再利用氟離子電漿，在特定電場或特定電壓下將氟離子F-注入該i-Al_xGaN層內后，經過425℃、600秒熱處理后，該氟離子結構穩定的占據該i-Al_xGaN層內的空間，并將元件主動區磊晶層內的i-Al_xGaN層/氮化鎵通道層/i-Al_yGaN層，一絕緣保護介電層的應力使得i-Al_xGaN層/氮化鎵通道層/i-Al_yGaN層產生極性反轉由氮極性反轉至鎵極性，使得二維電子氣從該氮化鎵通道層與該i-Al_yGaN層的接面處上升至該氮化鎵通道層與該i-Al_xGaN層的接面處；及

制作一第一柵極絕緣介電層。

5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，其中該氟離子結構形成于該i-Al_xGaN層內的步驟更包含有:

利用黃光曝光顯影定義該i-Al_xGaN層的氟離子注入的區域；以及

利用氟化碳在干式蝕刻系統或離子布植機系統內產生氟離子電漿；

在特定電場下將氟離子F-注入于該i-Al_xGaN層內；

經過425℃、600秒的熱處理，使該氟離子結構穩定的占據該i-Al_xGaN內的空間。