[發明專利]氮化鎵MIS柵控混合溝道功率場效應晶體管及其制造方法

有效

• 申請號: 202010169775.7
• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN111370470B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 周琦;楊秀;黃芃;魏鵬程;陳匡黎;李翔宇;王景海;韓曉琦;陳萬軍;張波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/10
• 分類號: H01L29/10;H01L29/423;H01L29/06;H01L29/778;H01L21/335;H01L21/28
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

本發明設計涉及半導體器件技術領域，具體為一種氮化鎵MIS柵控混合溝道功率場效應晶體管以及其制造方法。本發明采用了利用平面二位電子平面道以及準垂直U形氮化鎵體材料溝道結合成的混合溝道技術，分別利用二維電子氣的快速開關特性以及氮化鎵體材料的大電流特性提升器件的導通特性；同時在異質外延氮化鎵襯底上，通過引入P型氮化鎵調制區實現對器件關斷狀態下的耗盡耐壓與電場調制，提升器件擊穿電壓。本發明充分利用了氮化鎵材料的體材料特性與由III?V族半導體材料極化效應所產生二維電子氣的優越性提升了氮化鎵器件的導通性能，為實現大電流、耐高壓以及快速開關特性的氮化鎵功率場效應管器件提供了出色的解決方案。

技術領域

本發明涉及半導體器件技術領域，具體涉及氮化鎵金屬氧化物半導體混合溝道功率場效應晶體管及其制造方法。

背景技術

作為第三代寬禁帶半導體的典型代表，氮化鎵(GaN)具有很多優良的特性：高臨界擊穿電場(～3.5×10⁶V/cm)、高電子遷移率(～2000cm²/v·s)、高的二維電子氣(2DEG)濃度(～10¹³cm^-2)和良好的高溫工作能力等。基于AlGaN/GaN異質結的高電子遷移率晶體管(HEMT)(或異質結場效應晶體管HFET，調制摻雜場效應晶體管MODFET，以下統稱為HEMT器件)在半導體領域已經得到應用，尤其是在無線通信、衛星通信等射頻/微波領域。另外，基于寬禁帶GaN材料的功率器件具有反向阻斷電壓高、正向導通電阻低、工作頻率高、效率高等特性，可以滿足電力電子系統對半導體器件更大功率、更高頻率、更小體積、更低功耗和更惡劣工作環境的要求。

以HFET為代表的GaN功率場效應晶體管產品今已面世，然而其擊穿電壓仍未能達到所期望高度。由于擊穿電壓隨器件面積上升，故而提升器件擊穿電壓是以犧牲器件的電流密度為前提的。且隨HFET漂移區長度上升，器件漂移區寄生參數與缺陷將導致器件導通電阻的上升加速，嚴重影響器件性能。對此，學術界及產業界提出了以垂直GaN器件為解決方法的技術方案。然而，GaN垂直器件也存在實現高級穿電壓大電流密度GaN基功率器件的限制。由于制備垂直GaN功率器件所需材料成本極高，且外延厚度有限，這限制了GaN垂直器件的商品化。同時，GaN體材料的遷移率僅有約800cm²/v·s，相較平面GaN HFET器件，溝道電阻增大的同時，其開關頻率也有所下降，這也是有待改進的。故而，設計一款具有較高開關頻率、較薄漂移區的體材料GaN功率器件對于GaN半導體器件在功率領域的應用具有重要現實意義的。

發明內容

本發明針對上述傳統氮化鎵體材料垂直功率場效應管以及平面氮化鎵HFET目前存在的問題，提出了一種具有良好體內電場分布、高擊穿電壓、低溝道電阻、大電流容限以及快關速度快與關斷特性好的新型氮化鎵MIS柵控混合溝道功率場效應晶體管。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：