一种p-GaN栅增强型MIS-HEMT器件及其制备方法

本发明属于半导体，具体涉及一种p-gan栅增强型mis-hemt器件及其制备方法。

背景技术：

1、氮化镓(gan)作为第3代半导体材料，具有禁带宽度大、耐高温高压、电子饱和速度高等诸多优点。gan基高电子迁移率晶体管(high electronmobility transistor，hemt)器件通过在异质结处形成高浓度、高迁移率的二维电子气(2-dimensionalelectron gas，2deg)形成导电沟道，从而实现器件的导通。因具备高热导率、低导通电阻、耐受高频高压条件等优良特性，所以近年来gan基hemt器件成为高频高功率器件与开关器件领域的研究热点。

2、在传统的gan基hemt器件中，因gan材料具有强自发极化与压电极化效应，所以往往表现为耗尽型工作模式，即阈值电压为负值，需要额外设计负偏置电压来关闭器件，这对器件的安全运行及简化电路设计十分不利。在电力电子应用领域，增强型器件可避免误开启的风险并降低栅极驱动复杂性，具有更大优势，因此增强型gan基hemt器件成为当前的主要研究方向。目前，实现增强型gan基hemt器件的主流技术有：氟(f)离子注入技术、凹槽栅结构、共源共栅级联结构和p-gan栅结构。相较于前3种方法，p-gan栅技术可以获得阈值电压稳定、可靠性高且工艺可控性强、重复性好的增强型器件，适于投入大规模生产及商业用途，因此，成为当前应用最广泛且最具前景的增强型hemt器件制备方法。

3、现有的高电子迁移率晶体管(hemt)由于其出色的热性能、高击穿畅和高迁移率水平而在高频和大功率应用中至关重要。出于保护电路的需求，增强型hemt更加适用与功率集成电路。目前制造增强型gan hemt器件的几种主流方案中，用p-gan栅制造的增强型器件可以提供低的导通电阻和大的正阈值电压。然而，p-gan栅增强型gan hemt器件仍然不仅存在器件栅压摆幅小，栅极泄露电流大，器件阈值电压较低的问题需要解决，还需要克服去除非p-gan栅区域所导致的势垒层上存在的缺陷密度的增加以及二维电子气浓度下降等问题。同时传统gan器件欧姆电极制造中ti/ai/x/au四层金属必须经过高温退火，在高温退火的过程中材料的表面态会增加，形成氧化物缺陷，对器件的电学性能和稳定性带来影响。因此，亟需改善现有技术中p-gan栅增强型gan hemt器件的性能。

技术实现思路

1、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栅增强型mis-hemt器件及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、第一方面，本发明提供一种p-gan栅增强型mis-hemt器件，包括：

3、多层功能层；

4、p型氮化镓层，位于多层功能层的一侧；

5、源极和漏极，位于多层功能层的一侧，且源极和漏极分别位于p型氮化镓层的两侧，源极和漏极至少部分延伸至多层功能层中；

6、介质层，覆盖源极、漏极、p型氮化镓层和暴露出来的多层功能层，介质层包括第一开口和第二开口，第一开口暴露出源极，第二开口暴露出漏极，介质层还包括凹槽，沿垂直于多层功能层的厚度的方向，凹槽的正投影与p型氮化镓层的正投影交叠；

7、栅极，至少部分位于凹槽上，至少部分位于介质层上。

8、第二方面，本发明还提供一种p-gan栅增强型mis-hemt器件的制备方法，包括：

9、外延生长多层功能层；

10、在多层功能层上外延生长p型氮化镓层，并刻蚀掉栅极区域外的p型氮化镓层；

11、在多层功能层的两侧刻蚀出隔离区域；

12、在多层功能层刻蚀源极区域和漏极区域，在源极区域沉积源极，在漏极区域沉积漏极，源极和漏极位于p型氮化镓层的两侧；

13、在源极、漏极、p型氮化镓层和暴露出来的多层功能层上沉积介质层；

14、在介质层上刻蚀第一开口和第二开口，第一开口暴露出源极，第二开口暴露出漏极；在介质层上刻蚀凹槽，沿垂直于多层功能层的厚度的方向，凹槽的正投影与p型氮化镓层的正投影交叠；

15、在凹槽和至少部分介质层上沉积栅极。

16、本发明的有益效果：

17、本发明提供的一种p-gan栅增强型mis-hemt器件及其制备方法，设置有多层功能层、p型氮化镓层、源极和漏极，在源极、漏极、p型氮化镓层和多功能层的一侧覆盖介质层，在介质层的表面设置栅极；通过设置介质层，一方面，介质层覆盖于刻蚀完势垒层的表面，减少势垒层表面因刻蚀而增加的表面态，减少漏电途径；另一方面，介质层将p-gan栅包围，减少栅极的边缘漏电流，提升器件的长期可靠性；另一方面，介质层的存在增加了栅极电容，能够使阈值正漂，提高阈值电压还能够栅压摆幅、击穿电场；此外，刻蚀p-gan后，差的刻蚀形貌会导致algan表面凹凸不平，凹凸不平的势垒层表面会增加尖端放电的概率，增加漏电途径，导致器件性能下降，介质层覆盖于势垒层表面也起到钝化层的作用。

18、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种p-gan栅增强型mis-hemt器件，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的p-gan栅增强型mis-hemt器件，其特征在于，所述介质层包括依次层叠设置的第一介质层、第二介质层和第三介质层；其中，所述第二介质层位于所述第一介质层和所述第三介质层之间，所述第一介质层位于所述源极、所述漏极、所述p型氮化镓层和所述多层功能层的一侧。

3.根据权利要求2所述的p-gan栅增强型mis-hemt器件，其特征在于，所述第一介质层的材料包括al2o3，所述第二介质层的材料包括hfo2，所述第三介质层的材料包括al2o3、sinx、sio2中的任一种。

4.根据权利要求3所述的p-gan栅增强型mis-hemt器件，其特征在于，沿垂直于所述多层功能层的厚度的方向，所述凹槽延伸至所述第二介质层。

5.根据权利要求2所述的p-gan栅增强型mis-hemt器件，其特征在于，沿垂直于所述多层功能层的厚度的方向，所述第一介质层的厚度为2～10nm，所述第二介质层的厚度为5～10nm，所述第三介质层的厚度为5～20nm。

6.根据权利要求1所述的p-gan栅增强型mis-hemt器件，其特征在于，所述多层功能层包括依次层叠设置的衬底层、成核层、缓冲层、沟道层、插入层和势垒层。

7.根据权利要求6所述的p-gan栅增强型mis-hemt器件，其特征在于，沿垂直于所述多层功能层的厚度的方向，所述源极和所述漏极延伸至所述插入层。

8.一种p-gan栅增强型mis-hemt器件的制备方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的p-gan栅增强型mis-hemt器件的制备方法，其特征在于，在所述源极、所述漏极、所述p型氮化镓层和暴露出来的所述多层功能层上沉积介质层，包括：

10.根据权利要求8所述的p-gan栅增强型mis-hemt器件的制备方法，其特征在于，在所述源极区域沉积源极，在所述漏极区域沉积漏极，包括：

技术总结
本发明公开了一种p‑GaN栅增强型MIS‑HEMT器件及其制备方法，涉及半导体技术领域，包括：多层功能层；p型氮化镓层，位于多层功能层的一侧；源极和漏极，位于多层功能层的一侧，且源极和漏极分别位于p型氮化镓层的两侧，源极和漏极至少部分延伸至多层功能层中；介质层，覆盖源极、漏极、P型氮化镓层和暴露出来的多层功能层，介质层包括第一开口和第二开口，第一开口暴露出源极，第二开口暴露出漏极，介质层还包括凹槽，沿垂直于多层功能层的厚度的方向，凹槽的正投影与p型氮化镓层的正投影交叠；栅极，至少部分位于凹槽上，至少部分位于介质层上。本发明能够提升器件的长期可靠性。

技术研发人员：谢雨峰,龚建彪,陈兴,冯倩,毕荣锋,万瑾锡,陆俊,操焰,沈琪
受保护的技术使用者：西安电子科技大学芜湖研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/6/30