[发明专利]异质结场效应管及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体技术，特别是涉及一种异质结场效应管及其制作方法。

背景技术

一般的，传统技术中的异质结场效应晶体管（HEMT）如图1所示，包括形成在硅衬底100上的第一半导体层200、第二半导体层400、源极320、漏极310和栅极330。所述第一半导体层200和所述第二半导体层400构成异质结，所述异质结界面处存在二维电子气。所述源极310、漏极320和栅极330为金属，所述源极310、漏极320位于所述第二半导体层400两端，并与所述第一半导体层200构成欧姆接触，所述栅极330位于所述第二半导体层400上，与所述第二半导体层400构成肖特基接触。异质结场效应晶体管工作时，通过控制栅极330下的肖特基势垒来控制所述二维电子气的浓度，从而实现对电流的控制。所述第一半导体层200一般为GaN，所述第二半导体层400一般为AlGaN，两者构成AlGaN/GaN异质结。所述栅极和第二半导体层400的表面还形成有钝化层500，所述源极310和靠近所述源极310的钝化层500一侧上形成有高功函数金属层600以构成金属场板。

而由于所述第一半导体层200或者第二半导体层在纵向上掺杂类型是一致的，故在HEMT不能具有如Si-LDMOS（Si-Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor，基于Si基底的横向扩散金属氧化物硅半导体）等器件所具有的Body Diode（体二极管），这使得在HEMT关断时会因源极电荷累积而产生局部高压进而烧坏器件。尤其在在电子开关电路的一些应用中，如在DC/AC变频器中，由于工作电压很大，需要在晶体管源漏极之间具有一个反向二极管，以在晶体管关断时防止因源极电荷累积而产生局部高压进而烧坏器件。所以在设计基于HEMT器件的电子开关电路时，需要并联一只独立的反向高压二极管以保护HEMT器件。增大了电路复杂性和成本。

为了解决这个问题，Panasonic（松下）公司在2012年发布了一种新型的GaN HEMT，如图2所示。在此器件中，松下将漏极320延伸到与硅衬底100相接触，另在所述硅衬底100的背面淀积背面金属层700形成肖特基电极，以此将硅肖特基二极管集成于GaN HEMT中。而由于所述硅肖特基二极管是基于硅衬底100所形成，并不具有基于GaN衬底形成的半导体器件特有的高耐压，高功率密度，低电阻及高耐温的特性。集成此硅二极管会影响整体氮化镓器件在恶劣环境下的工作能力。另一方面，此器件结构需要在漏极处做很深的刻蚀以暴露出硅衬底100，工艺难度很大，并且会增大器件的漏电。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种异质结场效应管及其制作方法，用于解决现有技术中难以在异质结场效应管中集成二极管的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种异质结场效应管，所述异质结场效应管至少包括：第一半导体层、第二半导体层、源极、漏极、栅极、外延层和高功函数金属层；

其中，所述第二半导体层、所述源极和漏极形成于所述第一半导体层上；

所述栅极形成在所述源极和所述漏极之间的第二半导体层的表面；

所述栅极和第二半导体层的表面还形成有钝化层，所述沟槽位于所述栅极和漏极之间的钝化层中，暴露出所述第二半导体层表面，且所述沟槽中形成有外延层；

所述源极、所述外延层上，以及源极和栅极之间的钝化层上形成有高功函数金属层，所述外延层和所述高功函数金属层构成肖特基接触。

优选的，所述第一半导体层为三五族化合物半导体，所述第二半导体层为与所述第一层半导体层形成异质结的三五族化合物半导体。

优选的，所述第一半导体层形成于硅衬底上。

优选的，所述高功函数金属层为Ni或Pt。

优选的，所述源极与所述源极和栅极之间的钝化层上所述高功函数金属层为金属场板。

优选的，所述外延层的厚度为10nm～1μm。

优选的，所述沟槽和栅极之间的距离小于和所述沟槽和漏极的距离。

优选的，所述沟槽的宽度为2μm～4μm。

优选的，所述外延层中的Al浓度大于等于或大于所述第二半导体层中的Al浓度。

相应的，本发明还提供了一种异质结场效应管的制作方法，包括：

提供硅衬底；

在所述硅衬底上从下至上依次形成所述第一半导体层、第二半导体层和牺牲层；

在所述牺牲层中形成所述沟槽，所述沟槽暴露出所述第二半导体层的表面；