等比例缩小的GaN HEMT器件制造技术

本实用新型专利技术提供了一种等比例缩小的GaN HEMT器件，其包括：衬底；成核层形成在衬底上；GaN缓冲层形成在成核层上；空间隔离层插入在GaN缓冲层中；AlN势垒层形成在GaN缓冲层上，且GaN缓冲层与AlN势垒层接触处形成二维电子气；n+GaN外延层形成在AlN势垒层两侧的GaN缓冲层上；源极和漏极分别形成在AlN势垒层两侧的n+GaN外延层上；GaN帽层形成在AlN势垒层上，且GaN帽层和两侧的n+GaN外延层形成0.7μm长度的栅槽；Al2O3钝化层覆盖源极和漏极之间的区域；栅极填充在栅槽中的Al2O3钝化层上。本实用新型专利技术能够将S‑D距离减小至0.7μm。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及半导体器件
，特别是涉及一种等比例缩小的GaN HEMT器件。
技术介绍
硅基芯片经历几十年发展，随着Si基CMOS尺寸不断缩小，其频率性能也不断提高，预计特征尺寸达到25nm时，其fT可达490GHz。但Si材料的Johnson优值仅为0.5THzV，随着尺寸的缩小，Si基CMOS器件的击穿电压将远小于1V，这极大地限制了硅基芯片在超高速数字领域的应用。近年来，人们不断地寻找其替代品，由于宽禁带半导体氮化镓(GaN)材料具有超高的Johnson优值(5THzV)，其器件沟道尺寸达到10nm量级时，击穿电压仍能保持在10V左右，所以其在要求高转换效率和精确阈值控制、宽带、大动态范围的数字电子电路(如超宽带ADC、DAC电路)领域具有广阔和特殊的应用前景，可以支持国防通信、机载和空间系统。目前，基于GaN HEMT的逻辑器件的加工尺度已进入了GaN纳米电子的范畴，fT已达到190GHz，正向fT为300GHz到500GHz进军，成为第三代半导体发展中的一个新的机遇，在超高速领域具有非常广阔的发展潜力。然而，由于常规GaN HEMT器件受限于AlGaN势垒的“内在应力”和“表面耗尽效应”，其AlGaN势垒极限厚度无法突破18nm，其源极-漏极(S-D)距离通常在1.3μm以上。如图1所示，是现有技术一种GaN HEMT器件的结构示意图，该GaN HEMT器件的AlN势垒层11形成在外延上，n+GaN外延层12形成在AlN势垒层11两侧，AlN势垒层11上是GaN帽层13，源极15和漏极16通过光刻工艺形成在n+GaN外延层12上，Al2O3钝化层14覆盖在源极15和漏极16之间， 栅极17为柱形，形成在栅槽121中，其S-D距离为1.3μm，显然，其不能满足毫米波应用器件等比例缩小的要求，阻碍了其向毫米波段超高速数字电路方向的发展。
技术实现思路
本技术主要解决的技术问题是提供一种等比例缩小的GaN HEMT器件，能够将S-D距离减小至0.7μm。为解决上述技术问题，本技术采用的一个技术方案是：提供一种等比例缩小的GaN HEMT器件，包括：Si衬底；SiN/AlN成核层，所述SiN/AlN成核层形成在所述Si衬底上；GaN缓冲层，所述GaN缓冲层形成在所述SiN/AlN成核层上；AlN/GaN空间隔离层，所述AlN/GaN空间隔离层插入在所述GaN缓冲层中；AlN势垒层，所述AlN势垒层形成在所述GaN缓冲层上，且所述GaN缓冲层与所述AlN势垒层接触处形成二维电子气；n+GaN外延层，所述n+GaN外延层形成在所述AlN势垒层两侧的的GaN缓冲层上；源极和漏极，所述源极和漏极分别形成在所述AlN势垒层两侧的n+GaN外延层上；GaN帽层，所述GaN帽层形成在所述AlN势垒层上，且所述GaN帽层和两侧的n+Ga N外延层形成0.7μm长度的栅槽；Al2O3钝化层，所述Al2O3钝化层覆盖所述源极和漏极之间的区域；栅极，所述栅极填充在所述栅槽中的Al2O3钝化层上，且所述栅极与源极和漏极之间通过所述Al2O3钝化层电气隔离。优选地，所述栅槽为倒梯形形状。优选地，所述GaN帽层的厚度为1nm～3nm。优选地，所述源极和漏极与所述n+GaN外延层为欧姆接触。优选地，所述AlN势垒层的厚度为1.5nm。优选地，还包括隔离层，所述隔离层形成在所述SiN/AlN成核层与所述n+GaN外延层之间的两侧，并且所述GaN缓冲层和所述AlN/GaN空间隔离层夹在所述隔离层之间。区别于现有技术的情况，本技术的有益效果是：1.与传统的GaN HEMT器件相比，有效改善了增强型器件的可靠性，可在极端环境下正常工作，且结构简单，制造工艺简单。2.由于栅槽长度为0.7μm，其AlN势垒层极限厚度可以做得很小，可满足微波毫米波器件应用等比例缩小的要求。3.与传统的AlGaN/GaN异质结相比，在维持相同的功率时，AlN势垒层不仅能降低器件的短沟效应，具有更高的功率密度和热稳定性，因而在高温、高频大功率器件和数字电路方面更具优势。4.与传统的AGaN增强型器件相比，由于采用了MOS结构，可有效的改善栅极泄露电流，提升器件击穿电压，减小E/D数字电路功耗。5.能进一步提升宽禁带半导体器件的性能，又可大幅度降低成本，还能够与Si基CMOS高速逻辑电路器件工艺兼容，因此在数模和RF电路应用中拥有巨大的潜力。附图说明图1是现有技术一种GaN HEMT器件的结构示意图。图2是本技术实施例等比例缩小的GaN HEMT器件的结构示意图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。参见图2，是本技术实施例等比例缩小的GaN HEMT器件的结构示意图。本技术的GaN HEMT器件包括Si衬底201、SiN/AlN成核层202、GaN缓冲层203、AlN/GaN空间隔离层204、AlN势垒层205、n+GaN外延层207、源极208、漏极209、GaN帽层210、Al2O3钝化层211和栅极212。SiN/AlN成核层202形成在Si衬底201上。SiN/AlN成核层202不掺杂，用于吸收Si衬底201与后续外延层之间因为晶格失配产生的应力，避免产生晶格驰豫。GaN缓冲层203形成在SiN/AlN成核层202上。AlN/GaN空间隔离层204插入在GaN缓冲层203中。GaN缓冲层203可以采用Mg掺杂，用于吸收Si衬底201与后续外延层之间因为晶格失配产生的应力。上层的GaN缓冲层203可以不掺杂，厚度为1um～2um。AlN/GaN空间隔离层204主要用来对GaN缓冲层203的应力进行调节，避免晶格弛豫。AlN势垒层205形成在GaN缓冲层203上，且GaN缓冲层203与AlN势垒层205接触处形成二维电子气206。其中，AlN势垒层205的厚度为1.5nm。二维电子气206形成在GaN缓冲层203与AlN势垒层205接触处大概100nm区域。n+GaN外延层207形成在AlN势垒层205两侧的的GaN缓冲层203上。n+GaN外延层207可以采用MOCVD技术通过二次外延生长形成。n+GaN外延层207可以采用高掺杂层，用于为源极或漏极区域提供隧穿电子，形成非合金欧姆接触。源极208和漏极209分别形成在AlN势垒层205两侧的n+GaN外延层207上。其中，源极208和漏极209与n+GaN外延层207为欧姆接触。GaN帽层210形成在AlN势垒层205上，且GaN帽层210和两侧的n+GaN外延层207形成0.7μm长度的栅槽(图中未标示)。GaN帽层210不掺杂，GaN帽层的厚度为1nm～3nm。栅槽可以为倒梯形形状。Al2O3钝化层211覆盖源极208和漏极209之间的区域。栅极212填充在栅槽中的Al2O3钝化层211上，且栅极212与源极208和漏极209之间通过Al2O3钝化层211电气隔离。在本实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等比例缩小的GaN HEMT器件，其特征在于，包括：Si衬底；SiN/AlN成核层，所述SiN/AlN成核层形成在所述Si衬底上；GaN缓冲层，所述GaN缓冲层形成在所述SiN/AlN成核层上；AlN/GaN空间隔离层，所述AlN/GaN空间隔离层插入在所述GaN缓冲层中；AlN势垒层，所述AlN势垒层形成在所述GaN缓冲层上，且所述GaN缓冲层与所述AlN势垒层接触处形成二维电子气；n+GaN外延层，所述n+GaN外延层形成在所述AlN势垒层两侧的的GaN缓冲层上；源极和漏极，所述源极和漏极分别形成在所述AlN势垒层两侧的n+GaN外延层上；GaN帽层，所述GaN帽层形成在所述AlN势垒层上，且所述GaN帽层和两侧的n+GaN外延层形成0.7μm长度的栅槽；Al2O3钝化层，所述Al2O3钝化层覆盖所述源极和漏极之间的区域；栅极，所述栅极填充在所述栅槽中的Al2O3钝化层上，且所述栅极与源极和漏极之间通过所述Al2O3钝化层电气隔离。

【技术特征摘要】
1.一种等比例缩小的GaN HEMT器件，其特征在于，包括：Si衬底；SiN/AlN成核层，所述SiN/AlN成核层形成在所述Si衬底上；GaN缓冲层，所述GaN缓冲层形成在所述SiN/AlN成核层上；AlN/GaN空间隔离层，所述AlN/GaN空间隔离层插入在所述GaN缓冲层中；AlN势垒层，所述AlN势垒层形成在所述GaN缓冲层上，且所述GaN缓冲层与所述AlN势垒层接触处形成二维电子气；n+GaN外延层，所述n+GaN外延层形成在所述AlN势垒层两侧的的GaN缓冲层上；源极和漏极，所述源极和漏极分别形成在所述AlN势垒层两侧的n+GaN外延层上；GaN帽层，所述GaN帽层形成在所述AlN势垒层上，且所述GaN帽层和两侧的n+GaN外延层形成0.7μm长度的栅槽；Al2O3钝化层，所述Al2O3钝化层覆盖所述源极和漏极之间的区域；栅极，...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎明，
申请(专利权)人：成都海威华芯科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川;51