[發(fā)明專利]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
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種常閉型硅襯底AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管及其制造方法。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：源極電極和漏極電極分別位于器件的上下兩側(cè)，可改善平面結(jié)構(gòu)AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管面臨的問(wèn)題，同時(shí)有利于與硅器件的集成，采用選區(qū)硅襯底外延生長(zhǎng)，使硅襯底上的AlGaN/GaN外延層分隔成相互獨(dú)立小圖形，大大降低了硅襯底與AlGaN/GaN外延層之間的應(yīng)力累積，解決了外延薄膜的開(kāi)裂、彎曲等問(wèn)題，同時(shí)可以提升器件的制造良率和可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種常閉型硅襯底AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管及其制造方法。

背景技術(shù)

相比于第一、二代半導(dǎo)體材料，第三代半導(dǎo)體材料GaN具有禁帶寬度大、擊穿場(chǎng)強(qiáng)高、電子遷移率大、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，GaN基高電子遷移率晶體管在無(wú)線通信基站、雷達(dá)、汽車(chē)電子等高頻大功率領(lǐng)域具有極大的發(fā)展?jié)摿ΑlGaN/GaN高電子遷移率晶體管(AlGaN/GaN HEMT)結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)是基于1975年T.Mimura等人以及1994年M.A.Khan等人所描述的現(xiàn)象：在AlGaN和GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面區(qū)域顯示出異常高的電子遷移率。目前常規(guī)的硅襯底AlGaN/GaN HEMT器件為平面結(jié)構(gòu)，器件的源極、漏級(jí)和柵極均在器件的頂面，容易引起可靠性下降，例如在大柵極偏壓或者高頻條件下會(huì)出現(xiàn)電流崩塌效應(yīng)，當(dāng)工作在高溫、大功率環(huán)境時(shí)會(huì)產(chǎn)生“自熱效應(yīng)”等。由于硅襯底與GaN材料體系之間巨大的熱失配，使得在硅襯底上整面生長(zhǎng)AlGaN/GaN HEMT結(jié)構(gòu)存在薄膜易開(kāi)裂、彎曲嚴(yán)重等問(wèn)題，因此常規(guī)技術(shù)多采用復(fù)雜的緩沖層設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行應(yīng)力控制和彎曲控制，工藝復(fù)雜，且在后續(xù)器件制造過(guò)程中容易帶來(lái)良率低和可靠性差的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種常閉型硅襯底AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管及其制造方法。

本發(fā)明中，源極電極和漏極電極分別位于晶體管的上下兩側(cè)，解決了平面結(jié)構(gòu)硅襯底AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管面臨的問(wèn)題，同時(shí)有利于與硅器件的集成，采用選區(qū)硅襯底外延生長(zhǎng)，使硅襯底上的AlGaN/GaN外延層分隔成相互獨(dú)立小圖形，大大降低了硅襯底與AlGaN/GaN外延層之間的應(yīng)力累積，解決了外延薄膜的開(kāi)裂、彎曲等問(wèn)題，同時(shí)可以提升器件的制造良率和可靠性。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種常閉型硅襯底AlGaN/GaN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：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。

更進(jìn)一步，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。