[发明专利]P-GaN帽层的FinFET增强型器件及制作方法

说明书

本发明涉及一种P‑GaN帽层的FinFET增强型器件及制作方法，包括步骤：在基片上依次生长GaN层和AlGaN势垒层形成AlGaN/GaN异质结；在异质结上生长P‑GaN帽层；对异质结进行台面隔离和刻蚀，形成栅鳍；在P‑GaN帽层以及异质结表面形成栅极区掩膜图形，刻蚀除栅极区掩膜图形以外的P‑GaN帽层；在异质结两侧制作源、漏电极；在P‑GaN帽层的区域淀积栅金属，形成FinFET栅结构栅电极，其中，栅金属覆盖在P‑GaN帽层顶部及侧壁，覆盖异质结的侧壁；制作电极引线。该器件及制作方法采用P‑GaN帽层结构，结合三维栅控的FinFET结构，增强器件的跨导和栅控能力，提高了器件的阈值电压和稳定性。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种P-GaN帽层的FinFET增强型器件及制作方法。

背景技术

近年来以SiC和GaN为代表的第三带宽禁带隙半导体以其禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、饱和电子速度大和异质结界面二维电子气浓度高等特性，使其受到广泛关注。

AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管HEMT在高温器件及大功率微波器件方面已显示出了很大的优势。近年来，由于高压开关和高速电路的驱动，GaN增强型器件成为关注的又一研究热点。由于AlGaN/GaN异质结生长完成后，异质结界面就存在大量二维电子气2DEG，当材料制作成器件加负栅压后才能将2DEG耗尽而使沟道夹断，即常规AlGaN/GaNHEMT为耗尽型器件。但在数字电路、高压开关等领域应用时需要增强型器件，确保只加正栅压才有工作电流，所以对增强型高电子迁移率晶体管的需求越来越紧迫，目前主要有如下5种制作基于AlGaN/GaN异质结的增强型器件的方法。

1.采用刻蚀掉AlGaN/GaN异质结的一部分AlGaN势垒层制作槽栅结构，利用肖特基结对2DEG的耗尽作用来实现增强型器件，该种增强型器件结构很难进一步提高正向的阈值电压，而且器件饱和电流较小，阈值电压受刻蚀深度影响很大。

2.采用对栅下方区域材料注入F离子的方法形成AlGaN/GaN异质结增强型高电子迁移率晶体管(HEMT)，该种方法制作增强型器件容易在离子注入的过程造成注入损伤，而且该方法形成的耗尽型是依靠电荷感应，该耗尽效应的稳定性问题还有待验证，在高温退火的条件下，F注入增强型器件的阈值电压有负方向漂移的可能。

3.采用薄AlGaN势垒层结构制作AlGaN/GaN异质结增强型HEMT，采用薄AlGaN势垒层使得整个源、漏电极之间的二维电子气密度下降，源电极和漏电极串联电阻增大，影响器件特性。而且制作出的器件阈值电压较低，且该方案存在工艺重复性差的问题。

4.采用P-GaN栅的器件来实现增强型，通过在栅下方生长一层p型GaN层与AlGaN势垒层形成PN结，由于PN结具有较高的自建电势，可对栅极下方沟道处2DEG进行耗尽作用，使得器件实现增强型，当栅极电压偏置为零时，由于PN结栅极较高的自建电势，栅极下方沟道的二维电子气被耗尽，因此器件关断。目前，该方法制作出的器件阈值在1V左右。

5.通过缩小GaN FinFET器件的Fin宽来实现增强型器件，该方法通过减小Fin宽来降低栅极下方沟道处2DEG密度，使侧壁沟道在电子传输过程中占主导地位，进而实现增强型器件。

上述5种现有技术中存在的问题总结为三点：

1、目前增强型HEMT正向阈值电压小，难以制作出正向阈值电压大的器件；

2、目前增强型HEMT的栅控能力较弱，使得器件的开关特性低；

3、制作工艺重复性差，难以制造出均匀性和重复性稳定的器件。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种P-GaN帽层的FinFET增强型器件及其制作方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：