[發明專利]一種Si-GaN單片異質集成反相器及其制備方法

在審

• 申請號: 202210096697.1
• 申請日: 2022-01-26
• 公開（公告）號: CN114725094A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 張葦杭;劉茜;張進成;黃韌;樊昱彤;趙勝雷;劉志宏;郝躍;張曉東
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學廣州研究院
• 主分類號: H01L27/092
• 分類號: H01L27/092;H01L21/8258
• 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

本發明公開了一種Si?GaN單片異質集成反相器，包括：襯底、襯底上的GaN緩沖層、位于GaN緩沖層上的第一AlGaN勢壘層和第二AlGaN勢壘層；第一AlGaN勢壘層和第二AlGaN勢壘層之間具有隔離槽；第一AlGaN勢壘層上設有第一p?GaN層，第一p?GaN層上設有SiN隔離層；SiN隔離層上設有Si有源層；Si有源層上覆蓋有柵介質層，柵介質層上設有第一柵電極；第一柵電極的兩側分別設有第一源電極和第一漏電極；第二AlGaN勢壘層上設有第二p?GaN層、第二源電極、第二漏電極、第二柵電極；第一漏電極與第二漏電極通過第一金屬互聯條電氣連接；第一柵電極與第二柵電極通過第二金屬互聯條電氣連接。本發明還提供一種Si?GaN單片異質集成反相器制備方法，本發明的反相器可實現低靜態功耗、高開關頻率等特性。

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，具體涉及一種Si-GaN單片異質集成反相器及其制備方法。

背景技術

氮化鎵(GaN)作為第三代半導體的典型代表，具有電子遷移率高、熱穩定性好，高擊穿電場等優點，可以在高頻、高壓、高溫和大功率條件下工作。相比于由GaN分立器件構成的電力電子系統，單片集成技術更具有成本優勢，同時可抑制寄生電容和寄生電導問題，有利于提高系統的工作頻率、效率以及可靠性。目前，與Si基功率器件相比，AlGaN/GaN異質結n溝道高電子遷移率晶體管，因異質極化產生高濃度的二維電子氣，具有更高的電子遷移率和擊穿電場；但GaN材料非故意摻雜形成的n型背景載流子限制了p型材料的載流子濃度，同時，寬禁帶氮化物半導體中，重空穴和輕空穴均具有較高的有效質量，使得空穴遷移率較低，僅有10～15cm²V^-1S^-1，遠低于p型硅材料的遷移率。這都限制了p溝道GaN器件的性能，阻礙了單片集成技術的發展。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種Si-GaN單片異質集成反相器及其制備方法。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

本發明實施例的第一方面提供一種Si-GaN單片異質集成反相器，包括：襯底、所述襯底上的GaN緩沖層、位于所述GaN緩沖層上的第一AlGaN勢壘層和第二AlGaN勢壘層；

所述第一AlGaN勢壘層和所述第二AlGaN勢壘層之間具有隔離槽，所述隔離槽延伸至所述GaN緩沖層內；

所述第一AlGaN勢壘層上設有第一p-GaN層，所述第一p-GaN層上設有SiN隔離層；所述SiN隔離層上設有Si有源層；所述Si有源層上覆蓋有柵介質層，所述柵介質層上設有第一柵電極；所述第一柵電極的兩側分別設有第一源電極和第一漏電極；所述第一源電極和所述第一漏電極穿過所述柵介質層延伸至所述Si有源層上；

所述第二AlGaN勢壘層上設有第二p-GaN層、第二源電極和第二漏電極；

所述第二源電極和所述第二漏電極分別位于所述第二p-GaN層的兩側；

所述第二p-GaN層上設有第二柵電極；

所述隔離槽上覆蓋有所述柵介質層，所述第二AlGaN勢壘層、所述第二p-GaN層、所述第二源電極、所述第二漏電極和所述第二柵電極上覆蓋有所述柵介質層，且所述第二源電極、所述第二漏電極和所述第二柵電極上的柵介質層均開設有通孔；

所述第一漏電極與所述第二漏電極通過第一金屬互聯條電氣連接；

所述第一柵電極與所述第二柵電極通過第二金屬互聯條電氣連接；

所述反相器的邊沿具有臺階結構，所述臺階結構從所述反相器的表面延伸至所述GaN緩沖層中。

在本發明的一個實施例中，所述Si有源層印制到所述SiN隔離層上，形成Si-GaN單片異質集成。

在本發明的一個實施例中，所述第一柵電極的材料為多晶硅；