[发明专利]增强型开关器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种增强型开关器件，以及制造该增强型开关器件的方法。

背景技术

半导体材料氮化镓由于具有禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、击穿场强高、导热性能好等特点，已经成为目前的研究热点。在电子器件方面，氮化镓材料比硅和砷化镓更适合于制造高温、高频、高压和大功率器件，因此氮化镓基电子器件具有很好的应用前景。

由于AlGaN/GaN异质结构中存在较强的二维电子气，通常AlGaN/GaNHEMT是耗尽型器件，使得增强型器件不易实现。而在许多地方耗尽型器件的应用又具有一定的局限性，比如在功率开关器件的应用中，需要增强型(常关型)开关器件。增强型氮化镓开关器件主要用于高频器件、功率开关器件和数字电路等，它的研究具有十分重要的意义。

实现增强型氮化镓开关器件，需要找到合适的方法来降低零栅压时栅极下方的沟道载流子浓度，目前报道的方法有刻蚀槽栅、氟注入栅下的势垒层和薄的势垒层等。

刻蚀槽栅是在传统耗尽型AlGaN/GaN HEMT的器件结构上做了略微的变动，没有直接电子束蒸发形成栅极，而是先在预沉积栅极区域刻蚀一个凹槽，再在凹栅窗口上制造肖特基栅，通过减薄势垒层厚度来降低沟道中的电子气密度。要使沟道在零栅压下夹断，势垒层厚度必须减薄到5nm以下，这样正栅压下就不能产生有效的量子限制，形成表面阱，导致沟道在正栅压下不能完全打开，而且表面阱中的电子又增大了栅极漏电流。刻蚀槽栅的方法在2001年由美国伊利诺伊大学的Kumar等人提出，参见文献Kumar，V.，etal.：“Recessed 0.25mm gate AlGaN/GaN HEMTs on SiC with high gate-drain breakdown voltage using ICP-RIE”，Electron.Lett.2001，37，pp.1483-1485。

氟注入栅下的势垒层是在势垒层中注入氟离子等带负电的离子，控制注入离子浓度可以耗尽导电沟道中的二维电子气，必须用很强的负离子来夹断沟道，从而降低了沟道打开时的电流。2005年香港科技大学Y.Cai等人利用基于氟化物等离子处理技术，成功研制了高性能的AlGaN/GaN HEMT，参见文献Y.Cai et al.，“High-performance enhancement-mode AlGaN/GaN HEMTs using fluoride-based plasma treatment”，IEEE Electron Lett.，vol.2，no.7，pp.435-437，2005。

薄的势垒层是采用较薄的AlGaN势垒层方法来降低沟道中二维电子气的密度，日本大阪大学的Akira ENDOH等人使用该法制得了增强型器件，其阈值电压为零伏，参见文献Akira ENDOH_et al.，“Non-Recessed-Gate Enhancement-Mode AlGaN/GaN High Electron Mobility Transistors with High RF Performance”，JJAP，Vol.43，No.4B，2004，pp.2255-2258。

以上介绍的几种方法都属于肖特基栅场效应晶体管技术，阈值电压一般在0V-1V左右，未达到应用的阈值电压3V-5V，与金属绝缘栅场效应管相比，栅极漏电流又比较大。另外，刻蚀栅槽和氟注入栅下的势垒层的方法都使用了等离子体处理，该处理会破坏晶格结构，损伤器件的有源区，工艺重复控制性也较差，影响到了器件的稳定性和可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种增强型开关器件的制造方法，其通过在氮化物晶体管结构上形成介质层，并在该介质层的栅极区域局部减薄形成凹槽结构，在栅极凹槽区域设置p型半导体材料，达到夹断栅极下方n型导电层的目的。

为实现上述发明目的，本发明公开了一种增强型开关器件，包括：

衬底；

设于所述衬底上的氮化物晶体管结构

形成于所述氮化物晶体管结构上的介质层，所述介质层上定义有栅极区域，及分别位于上所述栅极区域两侧的两处欧姆接触区域，该两处欧姆接触区域分别贯穿上所述介质层；

形成于所述栅极区域且至少部分贯穿所述介质层的凹槽；

形成于所述凹槽内的p型半导体材料；

位于所述两处欧姆接触区域的源电极和漏电极。

优选的，在上述的增强型开关器件中，所述氮化物晶体管结构包括：

位于所述衬底上的氮化物成核层；