[發明專利]一種凹陷式Fin-MESFET柵結構HEMT及制作方法

有效

• 申請號: 202211086198.0
• 申請日: 2022-07-11
• 公開（公告）號: CN115274845B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 王中健;曹遠迎
• 申請（專利權）人: 成都功成半導體有限公司
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/335;H01L29/423;H01L29/45
• 代理公司: 成都華風專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 吳桂芝

本發明公開了一種凹陷式Fin?MESFET柵結構HEMT及制作方法，屬于微電子與固體電子學領域，由下至上生長有襯底、緩沖層、溝道層、勢壘層、P?GaN層和柵電極，溝道層兩側生長有源電極和漏電極；通過p?GaN層部分刻蝕與柵介質淀積，在由柵電極與P?GaN層構成的等效肖特基二極管D_SJ兩端并聯一由柵電極電壓控制的常開型Fin?MESFET；P?GaN層下方的勢壘層有一凹陷區域，用于提高器件柵控能力，且能夠與鰭橫向尺寸共同決定器件閾值電壓，降低閾值電壓對鰭橫向尺寸的依賴以及對橫向工藝尺寸的要求。

技術領域

本發明涉及微電子與固體電子學技術領域，尤其涉及一種凹陷式Fin-MESFET柵結構HEMT及制作方法。

背景技術

III族氮化物屬于第三代半導體材料，具有禁帶寬度大、電子飽和速度高、且耐高溫、耐高壓、抗輻射等優良特性，是制備電力電子器件的理想材料。GaN基高電子遷移率晶體管(HEMT)相較于基于Si、GaAs材料的電力電子器件在高溫、高頻、大功率領域具有更廣闊的應用前景。異質結是GaN基HEMT器件的基本結構，由于GaN材料獨特的自發極化和壓電極化效應，GaN基HEMT器件溝道處天然存在高濃度的二維電子氣。P型柵技術是通過在勢壘層上生長一層p-GaN來耗盡溝道處的二維電子氣，此種方法工藝可控性強，能夠大規模重復生產，是極有發展前景的一種增強型制作方法。

商用p-GaN HEMT器件最常見柵極結構如圖1所示，由上至下依次為柵金屬/p-GaN/AlGaN/GaN的疊層結構，柵金屬與p-GaN之間通常采用肖特基接觸，等效電學模型如圖1所示，為一個由柵金屬和p-GaN構成的肖特基二極管D_SJ和一個由p-GaN/AlGaN/GaN構成的p-i-n二極管D_pin背向串聯，存在閾值電壓對工藝制備要求高、閾值電壓調控能力弱且閾值電壓低(2V)，柵壓擺幅小，閾值電壓易發生漂移等問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的問題，提供一種凹陷式Fin-MESFET柵結構HEMT及制作方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：本發明一種凹陷式Fin-MESFET柵結構HEMT，包括沿器件垂直方向由下至上層疊生長的襯底、緩沖層、溝道層、勢壘層、P-GaN層和柵電極，溝道層與勢壘層形成異質結，勢壘層具有寬于溝道層的帶隙，且異質結界面存在大量二維電子氣(2DEG)。溝道層兩側相對生長有源電極和漏電極，源電極、漏電極在垂直方向到達勢壘層并貫穿P-GaN層，且源電極、漏電極均為歐姆接觸電極，柵電極為P-GaN肖特基接觸電極。其中，襯底的材質為Si、金剛石、SiC、藍寶石、GaN中的任意一種；緩沖層為含AlN、AlGaN、GaN、SiN的任意一種或組合；異質結為III族-氮化物系材料，如GaN、AlGaN、InN、AlN、InGaN、InAlGaN中的兩種或者多種的組合，如AlGaN/GaN、AlInN/GaN、AlGaN/InGaN/GaN或AlGaN/AlN/GaN。

進一步地，通過p-GaN層部分刻蝕與柵介質淀積，在由柵電極與P-GaN層構成的等效肖特基二極管D_SJ兩端并聯一由柵電極電壓控制的常開型Fin-MESFET，即在p-GaN柵結構中引入Fin-MESFET，Fin-MESFET一端通過歐姆接觸與源電極連接。具體地，p-GaN層部分刻蝕表示對P-GaN層進行鰭刻蝕，形成鰭式結構P-GaN層；柵介質淀積表示在柵電極下方淀積隔離用的絕緣介質層。

更進一步地，所述P-GaN層下方的勢壘層有一凹陷區域。