[發(fā)明專(zhuān)利]一種常閉型硅襯底高電子遷移率晶體管及其制造方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011320896.3
• 申請(qǐng)日: 2020-11-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112420829A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉軍林;呂全江
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L29/778
• 分類(lèi)號(hào): H01L29/778;H01L21/335
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• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種常閉型硅襯底高電子遷移率晶體管，包括硅襯底、外延結(jié)構(gòu)、漏極電極、漏極歐姆接觸金屬層、鈍化層、源極電極和柵極電極，其特征在于：包括硅襯底、外延結(jié)構(gòu)、漏極電極、漏極歐姆接觸金屬層、鈍化層、源極電極和柵極電極，其特征在于：所述硅襯底的正面由凸面、凹面和位于凸面兩側(cè)的兩個(gè)Si(111)面組成，其中凸面位于硅襯底正面的最上部，與硅襯底背面平行，凹面位于硅襯底底部?jī)蓚?cè)且與凸面平行，兩個(gè)Si(111)面的兩端分別與凸面和凹面相交，所述外延結(jié)構(gòu)位于所述凸面和Si(111)面上，從硅襯底開(kāi)始依次包括緩沖層、高阻層、GaN溝道層、AlGaN勢(shì)壘層、P型層，所述P型層緊挨柵極電極底部，且僅存在于柵極電極下方區(qū)域，通過(guò)耗盡柵極電極下方的二維電子氣而實(shí)現(xiàn)對(duì)AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管的關(guān)斷，成為常閉結(jié)構(gòu)，所述漏極電極設(shè)置在所述硅襯底背面，所述漏極歐姆接觸金屬層位于凹面和外延結(jié)構(gòu)一側(cè)，在所述凹面和AlGaN勢(shì)壘層之間形成電連接，并通過(guò)硅襯底與所述漏極電極導(dǎo)通，所述源極電極位于凸面上的AlGaN勢(shì)壘層上，柵極電極設(shè)置在P型層上，且位于漏極歐姆接觸金屬層與源極電極之間。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種常閉型硅襯底高電子遷移率晶體管，其特征在于：所述硅襯底電阻率小于等于10Ω·cm，所述硅襯底凸面為Si(110)面、Si(112)面、Si(113)面、Si(114)面、Si(115)面、Si(116)面、Si(117)面、Si(221)面、Si(331)面、Si(551)面、Si(661)面中的一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種常閉型硅襯底高電子遷移率晶體管，其特征在于：所述高阻層為摻C元素的GaN、摻Fe元素的GaN、摻C元素的AlGaN或摻Fe元素的AlGaN中的一種或者組合，所述高阻層的厚度為1～10μm，所述GaN溝道層為非故意摻雜的GaN層，厚度為100nm～500nm，所述AlGaN勢(shì)壘層為Al_xGa_1-xN層，厚度為10nm～30nm，其中0.1≤x≤0.5，所述P型層為摻Mg元素的P-GaN或者摻Mg元素的P-AlGaN。

4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種常閉型硅襯底高電子遷移率晶體管的制造方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)提供電阻率小于等于10Ω·cm的硅襯底，硅襯底晶面是Si(110)面、Si(112)面、Si(113)面、Si(114)面、Si(115)面、Si(116)面、Si(117)面、Si(221)面、Si(331)面、Si(551)面、Si(661)面中的一種，在所述硅襯底正面局部利用光刻腐蝕技術(shù)形成SiO₂腐蝕掩膜；

(2)對(duì)所述形成了SiO₂腐蝕掩膜的硅襯底正面進(jìn)行選擇性腐蝕，之后去除SiO₂腐蝕掩膜，使硅襯底正面形成由凸面、凹面和位于凸面兩側(cè)的兩個(gè)Si(111)面組成的形貌，其中凸面位于硅襯底正面的最上部，是在選擇性腐蝕過(guò)程中被SiO₂腐蝕掩膜保護(hù)的區(qū)域，凹面和兩個(gè)Si(111)面是選擇性腐蝕形成的新面，凹面位于硅襯底底部且與凸面平行，兩個(gè)Si(111)面的兩端分別與凸面和凹面相交；

(3)在所述硅襯底正面的凸面、凹面和Si(111)面上生長(zhǎng)SiO₂，并通過(guò)光刻腐蝕技術(shù)去除凸面和Si(111)面上的SiO₂，保留凹面上的SiO₂，形成SiO₂生長(zhǎng)掩膜；

(4)在所述硅襯底正面的凸面和Si(111)面上選擇性生長(zhǎng)外延結(jié)構(gòu)，所述外延結(jié)構(gòu)從硅襯底開(kāi)始依次包括緩沖層、高阻層、GaN溝道層、AlGaN勢(shì)壘層、P型層，同時(shí)會(huì)在所述硅襯底正面的SiO₂生長(zhǎng)掩膜上方形成多晶外延薄膜，所述高阻層為摻C元素的GaN、摻Fe元素的GaN、摻C元素的AlGaN或摻Fe元素的AlGaN中的一種或者組合，所述高阻層的厚度為1～10μm，所述GaN溝道層為非故意摻雜的GaN層，厚度為100nm～500nm，所述AlGaN勢(shì)壘層為Al_xGa_1-xN層，厚度為10nm～30nm，其中0.1≤x≤0.5，所述P型層為摻Mg元素的P-GaN或者摻Mg元素的P-AlGaN；

(5)腐蝕去除所述硅襯底正面的SiO₂生長(zhǎng)掩膜上方形成的多晶外延薄膜，之后去除SiO₂生長(zhǎng)掩膜；

(6)通過(guò)光刻腐蝕技術(shù)腐蝕掉需制作柵極電極之外區(qū)域的P型層；

(7)在凹面和外延結(jié)構(gòu)上生長(zhǎng)鈍化層；

(8)利用光刻腐蝕技術(shù)腐蝕掉需制作源極電極和漏極歐姆接觸金屬層位置的鈍化層；

(9)利用剝離技術(shù)制作源極電極和漏極歐姆接觸金屬層，使漏極歐姆接觸金屬層在所述凹面和AlGaN勢(shì)壘層之間形成電連接，源極電極位于凸面上的AlGaN勢(shì)壘層上；

(10)利用光刻腐蝕技術(shù)腐蝕掉P型層上方的鈍化層，之后利用剝離技術(shù)制作柵極電極；

(11)在所述硅襯底背面制作漏極電極。