[发明专利]一种基于n型氮化镓的GAA-HEMT反相器的制备方法

说明书

本发明公开基于n型氮化镓的GAA‑HEMT反相器的制备方法，包括：S1在GaN单晶衬底生长氧化铝，制作阻挡层刻蚀中部并沉积金属栅极；S2刻蚀栅极中部形成凹槽，沉积氧化铝，刻蚀氧化铝的中间和两边，在刻蚀区域生长GaN纳米片以及生长AlGaN纳米片后掺入Si，生长GaN纳米片掺入Mg形成p‑GaN纳米片；S3刻蚀p‑GaN纳米片使其宽度和栅极相同，在两层纳米片的厚度方向蒸镀金属膜制备源极和漏极，在器件表面生长氧化铝覆盖p‑GaN纳米片和AlGaN纳米片，沉积金属栅极覆盖氧化铝形成E‑mode GaN；S4生长氧化铝，刻蚀氧化铝中部沉积金属栅极，并按S2和S3的方式在制备GaN纳米片、AlGaN纳米片、源极和漏极，生长氧化铝覆盖AlGaN纳米片，沉积金属栅极覆盖氧化铝形成GAA结构的D‑mode GaN。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种基于n型氮化镓的GAA-HEMT反相器的制备方法。

背景技术

硅芯片应用广泛，但硅材料的电子和空穴迁移速度很难满足更高性能半导体器件的需求，尤其是高速低延迟的器件。此外目前晶体管普遍使用的鳍式结构到了5纳米节点之后，已经很难满足晶体管所需的栅极控制。其漏电现象在尺寸进一步缩小的时候十分明显，因此造成器件静态功耗较大，产热大等问题。栅极全环绕(Gate all around,GGA)结构，可进一步增强栅极控制能力，减小漏电，降低功耗。

氮化镓(GaN)具有带隙宽、原子键强、导热率高、化学性能稳定、抗辐照能力强、结构类似纤锌矿、硬度很高等特点，GaN材料具有更高的电子迁移率、饱和电子速度和击穿电场，很适合在光电子、高温大功率器件和高频微波器件等方面的应用。氮化镓高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistors,HEMT)作为宽禁带功率半导体器件的代表，在高频功率应用方面有巨大的潜力。由于材料上的优势，GaN功率器件可以实现更小的导通电阻和栅极电荷(意味着更优秀的导通和开关性能)。因此GaN功率器件更适合于高频应用场合，对提升变换器的效率和功率密度非常有利。目前GaN功率器件主要应用于电源适配器、车载充电、数据中心等领域，也逐渐成为5G基站电源的最佳解决方案。

GaN器件按照工作模式可分为常开(耗尽型，D-mode)和常关(增强型，E-mode)两种方式。在传统的横向结构中，由AlGaN/GaN异质结组成的GaN HEMT结构包括一层高迁移率电子：二维电子气(2DEG)，2DEG在功率器件漏极和源极之间形成通道。器件有两种类型，常开型(耗尽型，D-mode)：当栅源电压为零时，漏源极之间已存在2DEG通道，器件导通。当栅源电压小于零时，漏源极2DEG通道断开，器件截止。常关型(增强型，E-mode)：当栅源电压大于零时，漏源极之间2DEG通道形成，器件导通。

但是，硅材料的电子和空穴迁移速度很难满足更高性能半导体器件的需求，尤其是高速低延迟的器件。氮化镓(GaN)具有带隙宽、原子键强、导热率高、化学性能稳定、抗辐照能力强、结构类似纤锌矿、硬度很高等特点，很适合在光电子、高温大功率器件和高频微波器件等方面的应用。由于材料上的优势，GaN功率器件可以实现更小的导通电阻和栅极电荷。因此GaN功率器件更适合于高频应用场合，对提升变换器的效率和功率密度非常有利。目前，晶体管普遍使用的鳍式结构到了5纳米节点之后，已经很难满足晶体管所需的静电控制。其漏电现象在尺寸进一步缩小的时候十分明显，造成器件静态功耗较大，产热大等问题。栅极全环绕(Gate all around,GGA)结构，可进一步增强栅极控制能力，减小漏电，降低功耗。

发明内容

本发明实施例提供一种基于n型氮化镓的GAA-HEMT反相器的制备方法，包括：

S1、在半绝缘自支撑GaN单晶衬底表面生长氧化铝，制作阻挡层后利用反应离子刻蚀技术刻蚀氧化铝中部并沉积金属栅极；

S2、制作阻挡层刻蚀栅极的中间部分形成凹槽，沉积氧化铝，制作阻挡层刻蚀氧化铝的中间和两边，在刻蚀后的区域中生长GaN纳米片，在GaN纳米片表面生长AlGaN纳米片后掺入Si，并生长GaN纳米片并掺入Mg形成p-GaN纳米片；