CN113257912A - 一种增强型氮化物场效应晶体管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增强型氮化物场效应晶体管,其中器件的栅极凹槽结构贯穿GaN缓冲层和GaN沟道层，使漏极与源极在GaN缓冲层与GaN沟道层电气隔离，有效抑制氮化物场效应晶体管电流崩塌；本发明中一种增强型氮化物场效应晶体管还包括氮化物材料通过激光剥离和衬底转移工艺技术，键合至高导热绝缘基板上，提升氮化物场效应晶体管热稳定性。优点：通过优化工艺流程和器件设计结构，有效抑制氮化物场效应晶体管电流崩塌和提升氮化物场效应晶体管热稳定性。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种增强型氮化物场效应晶体管。
背景技术
氮化物场效应晶体管具有低损耗、高频率的优点，能有效提高电力电子应用系统的整机效率、功率容量和功率密度。将随着技术的不断发展，在半导体器件应用中发挥重大作用。
氮化物场效应晶体管技术经过近十年的发展，其相关的器件物理技术已相对完善，但仍有些问题需要深入探究其相关的物理机制，最主要的问题是电流崩塌问题。
目前，常规的氮化物场效应晶体管为平面横向结构，主要分为增强型(E-mode)和耗尽型(D-mode)两大类，两者都存在电流崩塌和热稳定性的问题。经过研究，引起电流崩塌的主要因素包括GaN缓冲层内部陷阱、界面态引起的AlGaN势垒层陷阱和栅极设计结构三个方面。因此，通过优化氮化物场效应晶体管的工艺流程和器件设计结构，是有效抑制氮化物场效应晶体管电流崩塌和提升氮化物场效应晶体管热稳定性的重要方法。栅极凹槽结构贯穿GaN缓冲层和GaN沟道层，使漏极与源极在GaN缓冲层与GaN沟道层电气隔离，有效抑制氮化物场效应晶体管电流崩塌。氮化物材料通过激光剥离和转移技术，转移键合至高导热绝缘基板上，提升氮化物场效应晶体管热稳定性。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种增强型氮化物场效应晶体管，可以有效抑制氮化物场效应晶体管电流崩塌和提升氮化物场效应晶体管热稳定性。
为实现上述目的，本发明采用的一个技术方案是：提供一种增强型氮化物场效应晶体管，包括：基板；漏极金属连接层，所述漏极金属连接层形成于所述基板上；源极金属连接层，所述源极金属连接层形成于所述基板上；漏极，所述漏极形成于所述漏极金属连接层上；源极，所述源极形成于所述源极金属连接层上；绝缘介质层，所述绝缘介质层形成于所述漏极金属连接层和所述源极金属连接层上，并所述绝缘介质层的底端至少部分形成于所述漏极金属连接层和所述源极金属连接层之间的所述基板上；AlGaN势垒层，所述AlGaN势垒层形成于所述绝缘介质层上，并所述AlGaN势垒层的底端部分形成于所述漏极和所述源极上；AlN插入层，所述AlN插入层形成于所述AlGaN势垒层上；GaN沟道层，所述GaN沟道层形成于所述AlN插入层上；GaN缓冲层，所述GaN缓冲层形成于所述GaN沟道层上；栅介质层，所述栅介质层形成于所述GaN缓冲层上，并所述栅介质层的底端至少部分嵌入所述AlGaN势垒层内部；栅极，所述栅极形成于所述AlGaN势垒层上方的所述栅介质层上，并位于所述漏极和所述源极之间。
优选地，所述基板采用的材料为Si3N4、HfO2、AlN、Ga2O3、Al2O3或金刚石。
优选地，所述漏极金属连接层和源极金属连接层采用的材料为Au、AuSn、Ti/Au、Ni/Au、Ti/Al/Ti/Au和Ti/Al/TiN中的至少一种。
优选地，所述漏极、源极和所述AlGaN势垒层形成合金欧姆接触。
优选地，所述绝缘介质层采用的材料为SiO2和Si3N4中的至少一种。
优选地，所述栅介质层采用的材料为Si3N4、HfO2和Al2O3中的至少一种。
本发明的有益效果为，该增强型氮化物场效应晶体管通过优化工艺流程和器件设计结构，有效抑制氮化物场效应晶体管电流崩塌和提升氮化物场效应晶体管热稳定性。
附图说明
图1是本发明提供的一种增强型氮化物场效应晶体管的结构示意图。
图2是本发明提供的一种增强型氮化物场效应晶体管可选的制作工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，详细说明本发明的技术方案。
本发明提供的一种增强型氮化物场效应晶体管的结构示意图，如图1所示，包括基板1、漏极金属连接层2、源极金属连接层3、绝缘介质层4、漏极5、源极6、AlGaN势垒层7、AlN插入层8、GaN沟道层9、GaN缓冲层10、栅介质层11、栅极12。
其中，漏极金属连接层2形成于基板1上。源极金属连接层3形成于基板1上。绝缘介质层4形成于漏极金属连接层2和源极金属连接层3上，并绝缘介质层4的底端至少部分形成于漏极金属连接层2和源极金属连接层3之间的基板1上。漏极5形成于漏极金属连接层2上。源极6形成于源极金属连接层3上。AlGaN势垒层7形成于绝缘介质层4上，并AlGaN势垒层7的底端部分形成于漏极5和源极6上。AlN插入层8形成于AlGaN势垒层7上。GaN沟道层9形成于AlN插入层8上。GaN缓冲层10形成于GaN沟道层9上。栅介质层11形成于GaN缓冲层10上，并栅介质层11的底端至少部分嵌入AlGaN势垒层7内部。栅极12形成于AlGaN势垒层7上方的栅介质层11上，并位于漏极5和源极6之间。
此外，基板1采用的材料为Si3N4、HfO2、AlN、Ga2O3、Al2O3或金刚石。漏极金属连接层2和源极金属连接层3采用的材料为Au、AuSn、Ti/Au、Ni/Au、Ti/Al/Ti/Au和Ti/Al/TiN中的至少一种。漏极5、源极6和AlGaN势垒层7形成合金欧姆接触。绝缘介质层4采用的材料为SiO2和Si3N4中的至少一种。栅介质层11采用的材料为Si3N4、HfO2和Al2O3中的至少一种。
此外，AlGaN势垒层7与AlN插入层8会形成AlGaN/AlN异质结，在该异质结的界面产生二维电子气(two dimension electron gas,简称为2DEG)，2DEG是导电载体，如图1中虚线所示。
本发明实施例的一种增强型氮化物场效应晶体管通过优化工艺流程和器件设计结构，有效抑制氮化物场效应晶体管电流崩塌和提升氮化物场效应晶体管热稳定性。
本发明提供的一种增强型氮化物场效应晶体管可选的制作工艺流程图，如图2所示。结合图1和图2，具体说明本发明提供的一种增强型氮化物场效应晶体管可选的制作工艺流程，具体包括以下步骤：
第一步：清洗衬底，在衬底表面生长GaN缓冲层10。
第二步：在GaN缓冲层10表面生长GaN沟道层9。
第三步：在GaN沟道层9表面生长AlN插入层8。
第四步：在AlN插入层8表面生长AlGaN势垒层7。
第五步：淀积绝缘介质层材料4。
第六步：通过干法刻蚀绝缘介质层4和AlGaN势垒层7，形成漏极沟槽和栅极沟槽。
第七步：在AlGaN势垒层7形成的漏极沟槽和栅极沟槽位置，制作漏极5和源极6。
第八步：清洗基板1，在基板表面蒸镀或溅射中间金属连接层。
第九步：通过干法刻蚀或金属剥离工艺，制作漏极金属连接层2和源极金属连接层3。
第十步：以漏极金属连接层2和源极金属连接层3为中间层，将上述步骤制作的氮化物材料连接在基板1上。
第十一步：通过干法刻蚀、湿法腐蚀或激光剥离方法，实现衬底和氮化物材料分离。
第十二步：通过干法刻蚀氮化物材料，形成栅极凹槽。
第十三步：淀积高介电常数、宽带隙的栅介质11材料。
第十四步：在栅极凹槽位置的栅介质11材料表面制作栅极12。
以上针对本发明的优选实施方式进行了详细描述，基于本发明中的实施例和发明思想进行的各种变化形式均在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种增强型氮化物场效应晶体管，其特征在于，包括：
基板；
漏极金属连接层，所述漏极金属连接层形成于所述基板上；
源极金属连接层，所述源极金属连接层形成于所述基板上；
漏极，所述漏极形成于所述漏极金属连接层上；
源极，所述源极形成于所述源极金属连接层上；
绝缘介质层，所述绝缘介质层形成于所述漏极金属连接层和所述源极金属连接层上，并所述绝缘介质层的底端至少部分形成于所述漏极金属连接层和所述源极金属连接层之间的所述基板上；
AlGaN势垒层，所述AlGaN势垒层形成于所述绝缘介质层上，并所述AlGaN势垒层的底端部分形成于所述漏极和所述源极上；
AlN插入层，所述AlN插入层形成于所述AlGaN势垒层上；
GaN沟道层，所述GaN沟道层形成于所述AlN插入层上；
GaN缓冲层，所述GaN缓冲层形成于所述GaN沟道层上；
栅介质层，所述栅介质层形成于所述GaN缓冲层上，并所述栅介质层的底端至少部分嵌入所述AlGaN势垒层内部；
栅极，所述栅极形成于所述AlGaN势垒层上方的所述栅介质层上，并位于所述漏极和所述源极之间。
2.根据权利要求1所述的一种增强型氮化物场效应晶体管，其特征在于，所述基板采用的材料为Si3N4、HfO2、AlN、Ga2O3、Al2O3或金刚石。
3.根据权利要求1所述的一种增强型氮化物场效应晶体管，其特征在于，所述漏极金属连接层和源极金属连接层采用的材料为Au、AuSn、Ti/Au、Ni/Au、Ti/Al/Ti/Au和Ti/Al/TiN中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种增强型氮化物场效应晶体管，其特征在于，所述源极、漏极和所述AlGaN势垒层形成合金欧姆接触。
5.根据权利要求1所述的一种增强型氮化物场效应晶体管，其特征在于，所述绝缘介质层采用的材料为SiO2和Si3N4中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种增强型氮化物场效应晶体管，其特征在于，所述栅介质层采用的材料为Si3N4、HfO2和Al2O3中的至少一种。
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| CN115566053A (zh) * | 2022-09-30 | 2023-01-03 | 苏州汉骅半导体有限公司 | 半导体器件及其制备方法 |
| CN115566053B (zh) * | 2022-09-30 | 2023-10-20 | 苏州汉骅半导体有限公司 | 半导体器件及其制备方法 |
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| CN113257912B (zh) | 2024-04-26 |
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