[發(fā)明專利]雙柵極氮化鎵MIS-HEMT器件及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110054671.6
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112802893A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張?jiān)?/a>;蔡宇韜;梁燁;劉雯;趙策洲
• 申請（專利權(quán)）人: 西交利物浦大學(xué)
• 主分類號: H01L29/423
• 分類號: H01L29/423;H01L29/778;H01L21/28;H01L21/335
• 代理公司: 蘇州謹(jǐn)和知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32295
• 代理人: 葉棟

本發(fā)明涉及一種雙柵極氮化鎵MIS?HEMT器件及其制備方法，該雙柵極氮化鎵MIS?HEMT器件包括襯底和依次設(shè)置在所述襯底上的GaN緩沖層、GaN溝道層、AlGaN勢壘層、電子儲存層和鈍化層，在所述GaN溝道層和AlGaN勢壘層的有源區(qū)上設(shè)有源電極、漏電極和第一柵極，用于調(diào)控所述電子儲存層中的電子；所述AlGaN勢壘層上設(shè)有凹槽，所述凹槽上設(shè)有第二柵極，用于控制溝道。該雙柵極氮化鎵MIS?HEMT器件及其制備方法通過雙柵結(jié)構(gòu)對電子儲存層充放電從而達(dá)到調(diào)控氮化鎵閾值的辦法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種雙柵極氮化鎵MIS-HEMT器件及其制備方法，屬于半導(dǎo)體器件制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的增強(qiáng)型器件使用的是氟離子注入，PGaN和凹槽柵等方式實(shí)現(xiàn)的，但這幾種增強(qiáng)型器件都有缺陷，并且器件的閾值在使用中是不可控的。

由于壓電極化效應(yīng)，在GaN和AlGaN的界面上存在2DEG，基于AlGaN/GaN的HEMT具有耗盡型的特性，即柵極偏壓為零時(shí)，晶體管處于常開的狀態(tài)。這使得HEMT作為功率器件有很大的隱患，形成增強(qiáng)型晶體管成為了研究的熱點(diǎn)。目前傳統(tǒng)的增強(qiáng)型晶體管主要使用的方法是氟離子注入(implanted gate structure)，P型GaN柵極(pGaN gate structure)和凹槽柵(recessed gate structure)等方式，但這幾種增強(qiáng)型器件都有缺陷：

(1)P型GaN柵極

首先，對于具有肖特基柵極接觸的p-GaN柵極HEMT，p-GaN層是“浮動區(qū)域(floating region)”，沒有直接連接到任何電極。當(dāng)對晶體管施加很高的漏極偏壓時(shí)，由于2DEG的耗盡，漏極-柵極的區(qū)域會產(chǎn)生固定的凈正電荷。p-GaN層中存儲的一部分負(fù)電荷與這些正電荷配對，這將導(dǎo)致在開關(guān)切換期間閾值的正偏移。

其次，柵極承受電壓和電壓擺幅(約3-4V)存在明顯的問題。另外，由于技術(shù)限制，不能獲得高質(zhì)量的P型GaN材料的高摻雜濃度。

(2)氟離子注入

首先，基于氟離子注入的晶體管的閾值不超過1V，這對于電力電子的應(yīng)用是一個(gè)很大的限制因素。

其次，氟離子注入會破壞AlGaN/GaN的界面特性，并且使得HEMT在高溫下會有嚴(yán)重的性能退化，造成一定的不穩(wěn)定因素。

(3)凹槽柵

部分或者完成的刻蝕掉柵極下的AlGaN可以有效的調(diào)控閾值的大小。但如果將AlGaN完全刻蝕掉，會造成2DEG通道上的不可控?fù)p壞，從而會導(dǎo)致輸出電流密度相對較低。另一方面，如果刻蝕掉部分的AlGaN，閾值有可能太小甚至小于零。

中國專利CN102709322A提出的使用等離子體浸沒，離子注入或者含離子氣氛沉積等方法將F離子或者Cl離子注入到固定電荷層薄膜的方法。這種方法的原理是使用注入的固定負(fù)電荷的電場排斥2DEG溝道中的電子，從而實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型器件。這種方法的缺點(diǎn)是：a.固定電荷的電荷量不容易控制b.離子注入后沒有退火修復(fù)損傷，薄膜的可靠性下降c.引入F和Cl離子，有可能造成離子污染。

中國專利CN110648914A提出的雙柵結(jié)構(gòu)，在柵極和漏極之間增加一個(gè)柵極用來提升晶體管的耐壓能力和漏極電流。這種方法有一定的缺陷：第二個(gè)柵下還是采用了刻蝕AlGaN的方法來改變電場的分布，這種方法會破壞2DEG溝道，使得漏極的飽和電流受到了限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種雙柵極氮化鎵MIS-HEMT器件及其制備方法，通過雙柵結(jié)構(gòu)對電子儲存層充放電從而達(dá)到調(diào)控氮化鎵閾值的辦法。