一种增强型高电子迁移率晶体管及其制备方法技术

一种增强型HEMT及其制备方法，该增强型HEMT包括GaN外延片、分别位于GaN外延片两端的源极和漏极及位于源极和漏极之间的栅极，该栅极包括多个凹型栅槽，该凹型栅槽表面直接沉积有栅极金属层形成肖特基栅极，或依次沉积栅介质层和栅极金属层形成MIS栅极，凹型栅槽的底部位于GaN外延片的势垒层内，其总长度等于预设栅长，保证了足够的栅极控制能力；各凹型栅槽的深度沿远离源电极的方向依次减小，使得沟道中电子耗尽程度依次减弱，保证了沟道中存在足够的电子，这样能够在实现增强型的基础上维持大电流的特性，从而减小了沟道的导通电阻，降低了器件的功耗。

【技术实现步骤摘要】
一种增强型高电子迁移率晶体管及其制备方法
本专利技术涉及半导体器件
，具体涉及一种增强型高电子迁移率晶体管(HighElectronMobilityTransistor，HEMT)及其制备方法。
技术介绍
随着高效完备的功率转换电路以及半导体材料与技术的发展，具有低功耗和高速特性的功率器件受到了广泛的关注，宽禁带化合物半导体材料和器件成为半导体电子器件领域的主力军，以GaN(氮化镓)为代表的III-V族宽禁带化合物半导体材料，具有高击穿电场、高电子饱和漂移速率和高热导率等特性，因而广泛应用于大功率、高速和大电压的电力电子器件的制备。其中，以增强型AlGaN/GaNHEMT为代表的增强型HEMT能够完美兼容于现有的集成电路接口模块，成为最具吸引力的器件类型，一方面，AlGaN(氮化铝镓)和GaN之间的极强的自发极化和压电极化效应使得AlGaN和GaN之间形成高电子浓度和高电子迁移率的二维电子气(Two-DimensionalElectronGas，2-DEG)，电子浓度高达1012～1013cm-2，电子迁移率可高达2000cm2/V；另一方面，AlGaN/GaNHEMT器件工艺简单，适合基于多种平台进行开发，开发周期短，成本低。目前，在实现增强型方面，主要是对栅极区域的势垒层进行刻蚀，通过减薄栅极区域势垒层的厚度来减少栅极区域沟道中的电子浓度，从而达到增强型操作的目的。在该过程中，由于刻蚀的引入，导电沟道会被严重破坏，致使器件栅漏电流和导通电阻增大，不利于大电流、大功率器件的开发。
技术实现思路
本申请提供一种增强型高电子迁移率晶体管及其制备方法，以降低增强型高电子迁移率晶体管的导通电阻，提高其电流特性。根据第一方面，一种实施例中提供一种增强型高电子迁移率晶体管，包括：GaN外延片，其包括势垒层；源极和漏极，分别位于GaN外延片的两端；栅极，位于源极和漏极之间，其包括M个凹型栅槽，所述M个凹型栅槽表面沉积有栅极金属层或依次沉积有栅介质层和栅极金属层，所述M个凹型栅槽的底部位于GaN外延片的势垒层内，其总长度等于预设栅长，且各凹型栅槽的深度沿远离源极的方向依次减小，所述M为大于或等于2的整数。根据第二方面，一种实施例中提供一种增强型高电子迁移率晶体管的制备方法，所述增强型高电子迁移率晶体管的栅极包括M个凹型栅槽，所述M为大于或等于2的整数，所述凹型栅槽表面沉积有栅极金属层或依次沉积有栅介质层和栅极金属层，所有凹型栅槽的底部位于GaN外延片的势垒层内，其总长度等于预设栅长，且各凹型栅槽的深度沿远离源极的方向依次减小，所述方法包括：准备GaN外延片，所述GaN外延片包括势垒层；采用光刻工艺，对GaN外延片进行M次曝光并刻蚀曝光区域的GaN外延片，使刻蚀停止在势垒层内，形成M个深度随曝光次数的增加而减小的凹型栅槽，得到栅极窗口；在制备好栅极窗口的器件上沉积栅极金属层或依次沉积栅介质层和栅极金属层；在沉积栅极金属层或依次沉积栅介质层和栅极金属层的器件上刻蚀定义的源极和漏极区域，使刻蚀停止在GaN外延片的上表面或势垒层的表面、内部或底部，形成源极和漏极窗口；在形成源极和漏极窗口的器件上淀积欧姆金属层，通过欧姆金属图形化形成源极、漏极和栅极。根据第三方面，一种实施例中提供一种增强型高电子迁移率晶体管的制备方法，所述增强型高电子迁移率晶体管的栅极包括M个凹型栅槽，所述M为大于或等于2的整数，所述凹型栅槽表面沉积有栅极金属层或依次沉积有栅介质层和栅极金属层，所有凹型栅槽的底部位于GaN外延片的势垒层内，其总长度等于预设栅长，且各凹型栅槽的深度沿远离源极的方向依次减小，所述方法包括：准备GaN外延片，所述GaN外延片包括势垒层；在GaN外延片上刻蚀定义的源极和漏极区域，使刻蚀停止在GaN外延片的上表面或势垒层的表面、内部或底部，形成源极和漏极窗口；在形成源极和漏极窗口的器件上沉积欧姆金属层，通过欧姆金属图形化成源极和漏极；沿源极到漏极的方向，在形成源极和漏极的器件上进行M次曝光并刻蚀曝光区域，使刻蚀停止在势垒层内，形成M个深度随曝光次数的增加而减小的凹型栅槽，得到栅极窗口；在得到栅极窗口的器件上依次沉积栅介质层和栅极金属层；在依次沉积栅介质层和栅极金属层的器件上刻蚀掉栅极区以外的栅极金属层，形成栅极；在形成栅极的器件上刻蚀掉源极和漏极区域的栅介质层。依据上述实施例的增强型高电子迁移率晶体管及其制备方法，由于栅极的凹槽为深度呈梯度变化的多个凹型栅槽，这多个凹型栅槽的总长等于预设栅长，能够保证足够的栅控能力；且各凹型栅槽的深度沿远离源极的方向依次减小，使得沟道中电子耗尽程度依次减弱，保证了沟道中存在足够的电子，进而能够在实现增强型的基础上维持大电流特性，降低静态功耗。附图说明图1为本专利技术实施例中一种增强型HEMT的结构示意图；图2为本专利技术实施例中一种增强型HEMT的制备方法的流程图；图3～图7为本专利技术实施例中一种增强型HEMT制备过程中的器件结构示意图；图8为本专利技术实施例中另一种增强型HEMT的结构示意图；图9为本专利技术实施例中一种增强型HEMT的另一种制备方法的流程图；图10～图15为本专利技术实施例中一种增强型HEMT的另一种制备过程中的器件结构示意图；图16为本专利技术实施例中又一种增强型HEMT的结构示意图；图17为本专利技术实施例中再一种增强型HEMT的结构示意图。具体实施方式下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。在本专利技术实施例中，增强型HEMT的栅极的凹槽由多个凹型栅槽构成，各凹型栅槽的底部位于GaN外延片的势垒层内，其总长度等于预设栅长，且各凹型栅槽的深度沿远离源极的方向依次减小。实施例一：本实施例以M＝4为例对增强型HEMT的结构及制备方法进行说明，但并不用于限制本专利技术，实际应用中，M为大于或等于2的整数，可以根据对阈值电压和电流的需求来设定M的值。请参考图1，图1为本专利技术一种实施例中增强型HEMT的结构示意图，如图1所示，增强型HEMT包括GaN外延片，该GaN外延片至少包括衬底11和依次形成在衬底11上的缓冲层12、沟道层13、势垒层14和帽层15，其中的帽层15作为GaN外延片的上表面，沟道层13和势垒层14之间形成二维电子气薄层16，且该二维电子气薄层16位于沟道层13内。在GaN外延片上表面的两端分别形成有源极2和漏极3，源极2和漏极3之间形成有栅极6(图1中椭圆虚线所示的部分)，该栅极6为MIS(金属-绝缘层-半导体)型栅极，其包括M个凹型栅槽，这M个凹型栅槽的表面依次沉积有栅介质层4和栅极金属层5；M个凹型栅槽的底部位于GaN外延片的势垒层14内，其总长度等于预设栅长，以保证足够的栅极控制能力，且各凹型栅槽的深度沿远离源电极的方向依次减小，使沟道中电子耗尽程度依次减弱。具体的，该M个凹型栅槽通过光刻工艺(如黄光光刻)依次曝光后，刻蚀掉曝光区域的帽层15和部分势垒层14形成，且靠近源极2的第一个凹型栅槽的底部位于沟道层13的上表面，即该凹型栅槽处的势垒层14被完全去除。在图1所示的4个凹型栅槽的增强型HEMT中，设预设栅长为L，靠近源极2的第一个凹型栅槽(即最左侧的凹型栅槽)的栅长为L1，第二至第四个凹型栅槽的栅长分别为L2、L3和L4，则有L＝L1+L2+L3+L4。在实际应用中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增强型高电子迁移率晶体管，其特征在于，包括：GaN外延片，其包括势垒层；源极和漏极，分别位于GaN外延片的两端；栅极，位于源极和漏极之间，其包括M个凹型栅槽，所述M个凹型栅槽表面沉积有栅极金属层或依次沉积有栅介质层和栅极金属层，所述M个凹型栅槽的底部位于GaN外延片的势垒层内，其总长度等于预设栅长，且各凹型栅槽的深度沿远离源极的方向依次减小，所述M为大于或等于2的整数。

【技术特征摘要】
1.一种增强型高电子迁移率晶体管，其特征在于，包括：GaN外延片，其包括势垒层；源极和漏极，分别位于GaN外延片的两端；栅极，位于源极和漏极之间，其包括M个凹型栅槽，所述M个凹型栅槽表面沉积有栅极金属层或依次沉积有栅介质层和栅极金属层，所述M个凹型栅槽的底部位于GaN外延片的势垒层内，其总长度等于预设栅长，且各凹型栅槽的深度沿远离源极的方向依次减小，所述M为大于或等于2的整数。2.如权利要求1所述的增强型高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述GaN外延片包括衬底和依次形成在衬底上的缓冲层、沟道层、势垒层和帽层，帽层作为GaN外延片的上表面，沟道层和势垒层之间形成二维电子气薄层。3.如权利要求2所述的增强型高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述M个凹型栅槽通过光刻工艺依次曝光并刻蚀掉曝光区域的帽层和部分势垒层形成，靠近源极的第一个凹型栅槽的底部位于沟道层的上表面。4.如权利要求3所述的增强型高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述凹型栅槽的数量M和各凹型栅槽的深度由增强型高电子迁移率晶体管的阈值电压和电流确定。5.如权利要求1所述的增强型高电子迁移率晶体管，其特征在于，还包括在源极、漏极和栅极上沉积的保护层，在保护层上采用刻蚀方式形成有用于打开源极、漏极和栅极的接触孔。6.如权利要求1至5任一项所述的增强型高电子迁移率晶体管，其特征在于，帽层上还沉积有填充介质层。7.一种增强型高电子迁移率晶体管的制备方法，其特征在于，所述增强型高电子迁移率晶体管的栅极包括M个凹型栅槽，所述M为大于或等于2的整数，所述凹型栅槽表面沉积有栅极金属层或依次沉积有栅介质层和栅极金属层，所有凹型栅槽的底部位于GaN外延片的势垒层内，其总长度等于预设栅长，且各凹型栅槽的深度沿远离源极的方向依次减小，所述方法包括：准备GaN外延片，所述GaN外延片包括势垒层；采用光刻工艺，对GaN外延片进行M次曝光并刻蚀曝光区域的GaN外延...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙辉，胡腾飞，刘美华，林信南，陈东敏，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44