[发明专利]一种常闭型硅衬底高电子迁移率晶体管及其制造方法

说明书

本发明属于半导体技术领域，特别是涉及一种常闭型硅衬底AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管及其制造方法。晶体管包括硅衬底、外延结构、漏极电极、漏极欧姆接触金属层、钝化层、源极电极和栅极电极，其特征在于：源极电极和漏极电极分别位于器件的上下两侧，可改善平面结构AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管面临的问题，同时有利于与硅器件的集成，采用选区硅衬底外延生长，使硅衬底上的AlGaN/GaN外延层分隔成相互独立小图形，大大降低了硅衬底与AlGaN/GaN外延层之间的应力累积，解决了外延薄膜的开裂、弯曲等问题，同时可以提升器件的制造良率和可靠性。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别是涉及一种常闭型硅衬底AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管及其制造方法。

背景技术

相比于第一、二代半导体材料，第三代半导体材料GaN具有禁带宽度大、击穿场强高、电子迁移率大、抗辐射能力强等优点，GaN基高电子迁移率晶体管在无线通信基站、雷达、汽车电子等高频大功率领域具有极大的发展潜力。AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(AlGaN/GaN HEMT)结构的出现是基于1975年T.Mimura等人以及1994年M.A.Khan等人所描述的现象：在AlGaN和GaN异质结构界面区域显示出异常高的电子迁移率。目前常规的硅衬底AlGaN/GaN HEMT器件为平面结构，器件的源极、漏级和栅极均在器件的顶面，容易引起可靠性下降，例如在大栅极偏压或者高频条件下会出现电流崩塌效应，当工作在高温、大功率环境时会产生“自热效应”等。由于硅衬底与GaN材料体系之间巨大的热失配，使得在硅衬底上整面生长AlGaN/GaN HEMT结构存在薄膜易开裂、弯曲严重等问题，因此常规技术多采用复杂的缓冲层设计来进行应力控制和弯曲控制，工艺复杂，且在后续器件制造过程中容易带来良率低和可靠性差的问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种常闭型硅衬底AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管及其制造方法。

本发明中，源极电极和漏极电极分别位于晶体管的上下两侧，解决了平面结构硅衬底AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管面临的问题，同时有利于与硅器件的集成，采用选区硅衬底外延生长，使硅衬底上的AlGaN/GaN外延层分隔成相互独立小图形，大大降低了硅衬底与AlGaN/GaN外延层之间的应力累积，解决了外延薄膜的开裂、弯曲等问题，同时可以提升器件的制造良率和可靠性。

本发明的目的是这样实现的：

一种常闭型硅衬底AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管，包括硅衬底、外延结构、漏极电极、漏极欧姆接触金属层、钝化层、源极电极和栅极电极，其特征在于：所述硅衬底的正面由凸面、凹面和位于凸面两侧的两个Si(111)面组成，其中凸面位于硅衬底正面的最上部，与硅衬底背面平行，凹面位于硅衬底底部两侧且与凸面平行，两个Si(111)面的两端分别与凸面和凹面相交，所述外延结构位于所述凸面和Si(111)面上，从硅衬底开始依次包括缓冲层、高阻层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、P型层，所述P型层紧挨栅极电极底部，且仅存在于栅极电极下方区域，通过耗尽栅极电极下方的二维电子气而实现对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的关断，成为常闭结构，所述漏极电极设置在所述硅衬底背面，所述漏极欧姆接触金属层位于凹面和外延结构一侧，在所述凹面和AlGaN势垒层之间形成电连接，并通过硅衬底与所述漏极电极导通，所述源极电极位于凸面上的AlGaN势垒层上，栅极电极设置在P型层上，且位于漏极欧姆接触金属层与源极电极之间。

更进一步，所述硅衬底电阻率小于等于10Ω·cm，所述硅衬底凸面为Si(110)面、Si(112)面、Si(113)面、Si(114)面、Si(115)面、Si(116)面、Si(117)面、Si(221)面、Si(331)面、Si(551)面、Si(661)面中的一种。