[发明专利]多沟道鳍式结构的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管

说明书

本发明公开了一种多沟道鳍式结构的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管结构和制作方法。主要解决现有多沟道器件栅控能力差及FinFET器件电流低的问题。其自下而上依次包括衬底(1)、第一层AlGaN/GaN异质结(2)、SiN钝化层(4)和源漏栅电极，源电极和漏电极分别位于SiN钝化层两侧顶层AlGaN势垒层上，其特征在于：第一层AlGaN/GaN异质结与SiN钝化层之间设有GaN层和AlGaN势垒层，形成第二层AlGaN/GaN异质结(3)；栅电极覆盖在第二层异质结顶部和第一层及第二层异质结的两侧壁。本发明器件栅控能力强，饱和电流大，亚阈特性好，可用于短栅长的低功耗低噪声微波功率器件。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及半导体器件结构与制作，特别是一种多沟道鳍式结构的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管HEMT，可用于制作大规模集成电路。

背景技术

近年来以SiC和GaN为代表的第三代宽禁带半导体以其大禁带宽度、高击穿电场、高热导率、高饱和电子速度和异质结界面二维电子气2DEG浓度高等特性，使其受到广泛关注。在理论上，利用这些材料制作的高电子迁移率晶体管HEMT、发光二极管LED、激光二极管LD等器件比现有器件具有明显的优越特性，因此近些年来国内外研究者对其进行了广泛而深入的研究，并取得了令人瞩目的研究成果。

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得天独厚的优势，追求器件高频率、高压、高功率吸引了众多的研究。为了进一步推动GaN异质结器件在更大电流、更高功率、更低功耗、更高频率、开关模式、多值逻辑门等领域的应用，对于多沟道多异质结材料和器件的研究就显得很有必要。

2005年，RongmingChu报道了AlGaN/GaN/AlGaN/GaN材料结构，同时制作完成了双沟道的HEMT器件。参见RongmingChu，etal，AlGaN/GaNDouble-ChannelHEMTs，IEEETranscationsonelectrondevices，2005.52(4)：438。由于该结构有两个GaN层作为沟道层，故被称为双沟道AlGaN/GaN异质结。通过实验证明，双沟道中最邻近栅的沟道可以在高温、高压、高频等方面有屏蔽底层沟道少受影响的作用。与单沟道AlGaN/GaN异质结相比，双沟道AlGaN/GaN异质结可以有更高的二维电子气总密度，这使得器件饱和电流大幅度增加，对于功率应用的器件，饱和电流的提高至关重要。但是双沟道AlGaN/GaN异质结材料总势垒层厚度增加，使得器件栅与下面的沟道距离增大，降低了栅控能力，器件跨导峰值有所下降。

2013年，鲁明等人对三沟道AlGaN/GaN异质结材料的结构仿真、材料生长、器件制备等进行了进一步的研究。参见鲁明硕士毕业论文，三沟道AlGaN/GaN异质结材料与器件研究。随着沟道数量的增加，由AlGaN/GaN组成的异质结的层数也增多，使得器件有三层的二维电子气层并联在源漏之间，这样更进一步降低了沟道电阻，提高了器件源漏电流。但是，随着沟道数量的增加，离栅极越远的沟道受到的控制越弱，栅极电压的控制能力下降引起跨导峰值下降，器件增益下降。而且由于栅控能力的下降，阈值电压的负向移动很大。栅极对多个沟道的控制能力的提高是个挑战。

采用FinFET结构制作的AlGaN/GaNHEMT器件相对于普通GaN基HEMT器件，具有较多的优势。FinFET结构最大的优点就是采用了三维立体结构，由栅极将沟道从三个方向包裹起来，沟道在三个方向都能受到栅极较好的控制，使得器件在沟道长度很短时，提高栅控能力，改善短沟道效应，降低关态泄漏电流。在高速高频应用方面，FinFET结构器件具有低的泄漏电流和良好的亚阈值特性。