[发明专利]立体多槽栅增强型HEMT器件及其制备方法

说明书

本发明提供一种立体多槽栅增强型HEMT器件及其制造方法，包括衬底、衬底上方的异质结、栅极、源极和漏极，栅极设有多个U型槽构成的立体多槽栅结构，该立体多槽栅结构通过刻蚀异质结形成，在漏极至源极方向相邻U型槽之间的距离依次减小，U型槽长度依次增大；制造方法包括：制造器件的晶圆片；定义器件的有源区以及器件之间的隔离；在源极和漏极区域淀积金属薄膜，得到器件的源极和漏极；局部刻蚀异质结层制备立体多槽栅结构，并在其上方沉积金属薄膜制得栅极；相比常规型槽栅结构，立体多槽栅结构使得栅极下方的电子浓度逐渐变化形成梯度分布，以此优化栅极区域电场分布，从而提高器件的反向耐压和在高电场下的可靠性。

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，具体涉及一种立体多槽栅增强型HEMT器件及其制备方法。

背景技术

GaN作为最热门的宽禁带半导体材料之一，拥有禁带宽度大、直接带隙以及电子迁移率高等特点，在电力电子、光电子、高频电子器件等领域有着广泛应用。特别是在GaN表面生长一薄层AlGaN，形成的AlGaN/GaN异质结。在自发极化和压电极化的双重作用下，高浓度的二维电子气(2-DEG)会在AlGaN/GaN异质结界面下方形成。这一区域的电子浓度、迁移率以及饱和速度都很大。基于AlGaN/GaN异质结制备的高电子迁移率晶体管(HEMT)有着优异的性能，具有广泛的应用前景。

通常AlGaN/GaN异质结形成之后，2-DEG也同时形成，基于这种结构做出的HEMT器件是耗尽型。然而在实际应用中，增强型HEMT器件由于具有失效保护功能因而在电力电子领域应用更加广泛。文献M.Asif Khan et al.,“Enhancement and depletion mode GaN/AlGaN heterostructure field effect transistors,”Appl.Phys.Lett.,vol.68,no.4,pp.514–516,Jan.1996首次报道了AlGaN/GaN增强型HEMT器件。文献O.Ambacher et al.,“Two-dimensional electron gases induced by spontaneous and piezoelectricpolarization charges in N-and Ga-face AlGaN/GaN heterostructures,”J.Appl.Phys.,vol.85,no.6,pp.3222–3233,Mar.1999研究发现，当AlGaN层的厚度小于某一临界值时，下方的2-DEG会消失。以上这些研究报道，为实现AlGaN/GaN增强型HEMT器件，提供了一种思路：通过减薄AlGaN层，耗尽下方的2-DEG，实现增强型HEMT器件。基于这一思路，具有槽栅结构的AlGaN/GaN增强型HEMT器件得到了广泛关注与研究。所谓槽栅结构，就是在器件源极漏极之间，局部减薄AlGaN层，同时栅极位于此减薄区域。由于减薄过程造成大面积材料损伤，采用该结构的器件，存在载流子迁移率低、导通电阻大和栅极热稳定性差等问题。

除了上述通过减薄AlGaN层的方法，使2-DEG耗尽之外，还可在平行于2-DEG的面上，破坏AlGaN层的连续性、缩短局部AlGaN的尺寸来耗尽2-DEG。见参考文献K.Ohi andT.Hashizume,“Drain current stability and controllability of threshold voltageand subthreshold current in a multi-mesa-channel AlGaN/GaN high electronmobility transistor,”Jpn.J.Appl.Phys.,vol.48,no.8,pp.081002-1–081002-5,Aug.2009。基于这一方法，AlGaN/GaN增强型HEMT器件已被实现。见参考文献S.Liu et al.,“Enhancement-mode operation of nanochannel array(NCA)AlGaN/GaN HEMTs,”IEEEElectron Device Lett.,vol.33,no.3,pp.354–356,Mar.2012。但是此类器件，破坏了AlGaN层的连续性，存在器件有源区面积有效利用率低，电流密度小等问题。