[發明專利]多溝道槽柵MIS結構的高電子遷移率晶體管及制作方法

在審

• 申請號: 202110731751.0
• 申請日: 2021-06-29
• 公開（公告）號: CN113644127A
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 王沖;王潤豪;馬曉華;鄭雪峰;何云龍;郝躍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/335;H01L29/10;H01L29/423
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 劉長春

本發明涉及一種多溝道槽柵MIS結構的高電子遷移率晶體管及制作方法，高電子遷移率晶體管包括：襯底、若干層異質結結構、源電極、漏電極、介質層和柵電極，若干層異質結結構依次層疊在襯底上，且若干層異質結結構中開設有柵槽，柵槽將若干層異質結結構形成的二維電子氣隔斷；源電極嵌入若干層異質結結構的一端；漏電極嵌入若干層異質結結構的另一端；介質層位于柵槽中以及若干層異質結結構的表面上，一端與源電極接觸，另一端與漏電極接觸；柵電極位于柵槽中且位于介質層上。該高電子遷移率晶體管引入槽柵MIS結構，避免了平面結構因為底部二維電子氣距離柵極過遠而引起的器件柵控能力減弱的問題，可以在較大的閾值電壓下實現較大的飽和電流。

技術領域

本發明屬于半導體器件結構與制作領域，具體涉及一種多溝道槽柵MIS結構的高電子遷移率晶體管及制作方法。

背景技術

繼第一代半導體Si和Ge以及第二代半導體GaAs之后的以GaN為代表的第三代半導體材料，因其優良的特性，在現代電子技術領域具有得天獨厚的應用優勢。GaN因為禁帶寬度大，擊穿電場高，電子飽和速度大使其具有耐高溫，耐高壓，抗輻射的優良特性。這些優良的特性使得第三代半導體GaN在電力電子領域的應用具有極強的競爭力。特別是GaN與AlGaN材料結合，因為其自身所具有的自發極化和兩者結合產生的壓電極化效應，在結合成異質結之后，可以在異質結界面形成具有極高遷移率的二維電子氣，而且形成的電子氣密度可以通過調節AlGaN勢壘層的厚度和Al組分進行調控。以這一異質結為基礎制備的高電子遷移率晶體管(HEMT)器件，在高頻大功率方面具有十分巨大的應用空間。尤其是多溝道結構的GaN基HEMT器件因其所具有的大電流特性，在電力電子領域十分具有優勢。所以，近年來對多溝道器件的研究十分廣泛，是國內外研究者都比較關注的研究方向。

2005年，Rongming Chu等人報道了AlGaN/GaN/AlGaN/GaN材料結構，同時制作完成了雙溝道的HEMT器件。由于該結構有兩個GaN層作為溝道層，被稱為雙溝道AlGaN/GaN異質結。通過實驗證明，雙溝道中最鄰近柵的溝道可以在高溫、高壓、高頻等方面有屏蔽底層溝道少受影響的作用。與單溝道AlGaN/GaN異質結相比，雙溝道AlGaN/GaN異質結可以有更高的2DEG總密度，這使得器件飽和電流大幅度增加，對于功率應用的器件，飽和電流的提高至關重要。但是雙溝道AlGaN/GaN異質結材料總勢壘層厚度增加，使得器件柵與下面的溝道距離增大，這樣降低了柵控能力，器件跨導峰值有所下降。

2013年，魯明等人對三溝道AlGaN/GaN異質結材料的結構仿真、材料生長、器件制備等進行了進一步的研究。隨著溝道數量的增加，由AlGaN/GaN組成的異質結的層數也增多，使得器件源漏之間有三層的二維電子氣層并聯在源漏之間，這樣更進一步降低了溝道電阻，提高了器件源漏電流。但是，隨著溝道數量的增加，離柵極越遠的溝道受到的控制越弱，柵極電壓的控制力下降引起跨導峰值下降，器件增益下降；而且由于柵控能力的下降，引起閾值電壓的負向移動很大，因此，柵極對多個溝道的控制能力的提高成為挑戰。

為了克服因為溝道數目增加而引起的柵控能力減弱的情況，研究者采用納米溝道三維柵結構制作AlGaN/GaN HEMT器件，相對于普通GaN基HEMT結構，具有較多的優勢。納米溝道三維柵結構最大的優點就是采用了三維立體結構，由柵極將溝道從三個方向包裹了起來，溝道在三個方向都能受到柵極的較好控制，使得器件在溝道長度很短時，提高柵控能力，改善短溝道效應，降低關態泄漏電流。在高速高頻應用方面，FinFET結構器件具有低的泄漏電流和良好的亞閾值特性。