[發明專利]Ⅲ族氮化物增強型HEMT器件及其制造方法

在審

• 申請號: 202110896927.8
• 申請日: 2021-08-05
• 公開（公告）號: CN113628962A
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 寧殿華;蔣勝;柳永勝;程新
• 申請（專利權）人: 蘇州英嘉通半導體有限公司
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28;H01L21/335;H01L29/06;H01L29/423;H01L29/778
• 代理公司: 蘇州三英知識產權代理有限公司 32412
• 代理人: 周仁青

本發明揭示了一種Ⅲ族氮化物增強型HEMT器件及其制造方法，所述制造方法包括：提供襯底；在襯底上外延生長溝道層；在溝道層上外延生長絕緣介質層；在絕緣介質層上的柵極區域中形成柵極；刻蝕柵極區域以外的絕緣介質層；基于選擇區域生長工藝在絕緣介質層以外的溝道層上外延生長勢壘層；刻蝕Ⅲ族氮化物異質結，形成源極區域和漏極區域；在源極區域和漏極區域中分別形成源極和漏極。本發明基于選擇區域生長工藝優先在溝道層形成絕緣介質層和柵極，而后在絕緣介質層以外區域的溝道層生長勢壘層，從而一次性形成斷開的二維電子氣通道；本發明無需傳統工藝中對柵極或勢壘層表面進行的刻蝕或離子注入處理，有效避免了傳統工藝帶來的刻蝕損傷或晶格損傷。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，具體涉及一種半導體器件及其制造方法。

背景技術

氮化鎵(GaN)基高電子遷移率晶體管(HEMT)因氮化鎵材料具有禁帶寬度大、擊穿電場強度大、載流子飽和遷移率高等優點，已被廣泛應用于高溫、高頻、高壓、大功率等電力電子器件領域。鋁鎵氮/氮化鎵(AlGaN/GaN)異質結構具有很強的自發極化和壓電極化效應，在界面處會產生高濃度的載流子，即二維電子氣(2DEG)，這種基于鋁鎵氮/氮化鎵異質結構形成的高電子遷移率晶體管溝道調制機制屬于耗盡型(D-mode)。然而，從應用的安全操作和低功耗角度考慮，增強型(E-mode)功率晶體管更受到電路設計人員的青睞，采用增強型功率晶體管可避免使用負壓電源以簡化柵極驅動電路的設計。

目前，主流的幾種制作氮化鎵增強型器件的技術包括柵極凹槽、氟離子注入和p型氮化鎵柵極等。柵極凹槽技術需要用到刻蝕工藝，而刻蝕工藝帶來的損傷會導致柵極漏電增加且閾值電壓不均勻；采用氟離子注入技術會有高場和高溫應力下閾值電壓的穩定性差的問題；p型氮化鎵柵極技術需要額外生長一層p型氮化鎵外延，此技術成本較高，p型氮化鎵的生長均勻性和鎂(Mg)激活是該技術的難點，而且需要刻蝕去除柵極區域以外部分的p型氮化鎵，該過程同樣會帶來刻蝕損傷，導致晶體管界面特性變差，同時，p型氮化鎵柵極耐壓較低，通常小于+7V，這增加了電路設計的難度。

選擇區域生長(selective-area growth，SAG)技術已被用于p型氮化鎵的生長，用此技術制作出的增強型晶體管也相繼被報道出，該技術主要是利用金屬有機化學氣相沉積(Metal-Organic Chemical Vapour Deposition，MOCVD)系統以氧化硅為硬掩膜，選擇性地在鋁鎵氮/氮化鎵異質結構的柵極區域生長p型氮化鎵。該技術的優勢是無需常規p型氮化鎵制作增強型晶體管技術路線中的刻蝕步驟，避免鋁鎵氮表面的刻蝕損傷，可以有效的減輕因表面缺陷帶來的電流崩塌效應。此外，也有報道利用選擇區域生長技術生長鋁鎵氮，但鮮有將此應用于增強型晶體管的制作。

因此，針對上述技術問題，有必要提供一種Ⅲ族氮化物增強型HEMT器件及其制造方法。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種Ⅲ族氮化物增強型HEMT器件及其制造方法。

為了實現上述目的，本發明一實施例提供的技術方案如下：

一種Ⅲ族氮化物增強型HEMT器件的制造方法，所述制造方法包括：

提供襯底；

在襯底上外延生長溝道層，所述溝道層為Ⅲ族氮化物溝道層；

在溝道層上外延生長絕緣介質層；

在絕緣介質層上的柵極區域中形成柵極；

刻蝕柵極區域以外的絕緣介質層；

基于選擇區域生長工藝在絕緣介質層以外的溝道層上外延生長勢壘層，所述勢壘層為Ⅲ族氮化物勢壘層，溝道層和勢壘層形成Ⅲ族氮化物異質結；

刻蝕Ⅲ族氮化物異質結，形成源極區域和漏極區域；

在源極區域和漏極區域中分別形成源極和漏極。