基于垂直沟道的异质结场效应管器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于垂直沟道的异质结场效应管器件(VC‑HFET)及其制备方法。所述异质结场效应管器件包括源极、漏极、栅极以及至少一异质结沟道，所述异质结沟道的轴线基本垂直于一选定平面，所述异质结沟道位于异质结构内，所述异质结构包括第二半导体和环绕第二半导体设置的第一半导体，第一半导体的禁带宽度大于第二半导体，且所述异质结沟道内形成有二维电子气或二维空穴气，所述源极与漏极经所述二维电子气或二维空穴气电连接，所述栅极分布于源极和漏极之间。本发明专利技术的异质结场效应管器件具有栅控能力好、工作频率高，工艺难度低，易于制作，成品率高等优点。

Heterojunction channel field effect tube device based on vertical channel and method for making same

The invention discloses a vertical channel based on hetero junction FET devices (VC HFET) and preparation method thereof. The heterojunction FET device comprises a source electrode, a drain electrode, a gate and at least one heterojunction channel axis of the heterojunction channel substantially perpendicular to a selected plane, the channel is located in heterojunction heterostructure, the hetero structure includes second semiconductor and semiconductor semiconductor arranged around the first second the band gap of the first semiconductor semiconductor is greater than second, and the heterojunction with two-dimensional electron gas or two-dimensional hole gas channel is formed in the source electrode and the drain electrode through the two-dimensional electron gas or two-dimensional hole gas is electrically connected to the gate is distributed between source and drain. The heterojunction field effect tube device has the advantages of good grid control capability, high work frequency, low technical difficulty, easy fabrication and high yield.

【技术实现步骤摘要】
基于垂直沟道的异质结场效应管器件及其制备方法
本专利技术涉及一种半导体器件，特别涉及一种基于垂直沟道的异质结场效应管(VerticalChannelHeterostructureField-effectTransistor,VC-HFET)器件及其制备方法。
技术介绍
随着微电子技术的发展，CMOS器件和集成电路已经步入所谓的后摩尔时代，也即，集成电路的发展已经逐步偏离“摩尔定律”的曲线。特别是当器件的栅长及异质结沟道长度越来越短、栅介质层越来越薄时所带来的“短异质结沟道效应”、“DIBL效应”(DrainInducedBarrierLowering，漏端引入的势垒降低)以及源漏直接隧穿等，使得器件尺寸缩小愈来愈困难。并且由于栅长变短，栅控能力下降，使器件的亚阈摆幅以及开关电流比下降，带来功耗增加等一系列问题。为了解决以上问题，研究人员提出了Si基Fin-FET、Si基的垂直沟道器件、基于纳米线的垂直器件等解决方案。但这些解决方案仍存在一些缺陷。例如，Fin-FET仍然要借助光刻技术来获得更小的栅长。又如，基于Si纳米线的器件等必须进行局部掺杂，这增大了工艺难度。再如，Si的垂直沟道器件可以先行形成多层不同掺杂类型的结构再刻蚀形成垂直沟道结构，但是，这无疑更加增大了工艺的复杂程度，而且Si材料体系由于其材料性质所限，在耐高压和耐高温、抗辐射方面性能不甚理想。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种具有垂直沟道阵列的HFET器件，以克服现有技术的不足。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案：本专利技术实施例提供了一种基于垂直沟道的异质结场效应管器件，其包括源极、漏极、栅极以及至少一异质结沟道，所述异质结沟道的轴线基本垂直于一选定平面，所述异质结沟道位于异质结构内，所述异质结构包括第二半导体和环绕第二半导体设置的第一半导体，第一半导体的禁带宽度大于第二半导体，且所述异质结沟道内形成有二维电子气或二维空穴气，所述源极与漏极经所述二维电子气(2DEG)或二维空穴气电连接，所述栅极分布于源极和漏极之间。在一些较为优选的实施方案中，所述异质结场效应管器件包括由复数个所述异质结沟道形成的异质结沟道阵列。进一步的，所述异质结中的第一半导体与第二半导体同轴设置。进一步的，所述异质结沟道为柱状。进一步的，所述源极、漏极分别与所述第一半导体、第二半导体形成欧姆接触。进一步的，所述栅极环绕所述异质结沟道设置。优选的，所述源极、漏极及栅极中的至少一者平行于所述选定平面。进一步的，所述源极和漏极中的至少一者与栅极之间还保留或未保留隔离绝缘介质层。其中，若在所述源极和/或漏极与栅极之间保留有隔离绝缘介质层，特别是低介电常数的隔离绝缘介质层，可以简化器件制作工艺。但是更为优选的，所述源极和漏极中的任一者与栅极之间均无前述隔离绝缘介质层，如此可以减少寄生电容。本专利技术实施例还提供了一种基于垂直沟道的异质结场效应管器件的制备方法，其包括：于衬底主平面上形成至少一异质结沟道，所述异质结沟道的轴线基本垂直于所述衬底主平面，所述异质结沟道位于异质结构内，所述异质结构包括第二半导体和环绕第二半导体设置的第一半导体，第一半导体的禁带宽度大于第二半导体，所述异质结沟道内形成有二维电子气或二维空穴气；制作源极、栅极及漏极，并使所述源极与漏极经所述二维电子气或二维空穴气电连接，所述栅极分布于源极和漏极之间。进一步的，所述异质结沟道为柱状。进一步的，所述异质结构中的第一半导体与第二半导体同轴设置。进一步的，所述异质结场效应管器件包括由复数个所述异质结沟道形成的异质结沟道阵列。进一步的，所述源极、漏极分别与所述第一半导体、第二半导体形成欧姆接触。进一步的，所述栅极环绕所述异质结沟道设置。优选的，所述源极、漏极及栅极中的至少一者平行于所述选定平面。进一步的，所述源极和漏极中的至少一者与栅极之间还保留或未保留隔离绝缘介质层。在一些实施方案中，所述源极和/或漏极与栅极之间保留有隔离绝缘介质层，特别是低介电常数的隔离绝缘介质层。但是在一些更为优选的实施方案中，所述源极和漏极中的任一者与栅极之间均无前述隔离绝缘介质层，如此可以减少甚至消除寄生电容。较之现有技术，本专利技术提供的基于垂直沟道的异质结场效应管器件至少具有如下优点：(1)所述异质结场效应管器件的栅极可对异质结沟道实现全角度包围，因此可以最大限度提高栅控能力。(2)所述异质结场效应管器件的栅极长度由沉积的栅极金属厚度决定，其极限厚度可以达到单原子层厚度，即，可以突破光刻的极限，因此可以极大提高器件工作频率。(3)所述异质结场效应管器件因异质结构特有的二维电子气或二维空穴气可以形成天然导电通道，所以毋需对源、漏极接触处的半导体进行局部掺杂，简化了工艺；(4)所述异质结场效应管器件在制作时，无需如现有平面结构器件那样考虑栅极、漏极、源极的引线交迭问题，可以大大简化工艺难度，提高成品率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术一典型实施例中一种基于垂直沟道的异质结场效应管器件的立体结构示意图。图2是本专利技术一典型实施例中一种基于垂直沟道的异质结场效应管器件的主视图。图3是本专利技术一典型实施例中一种基于垂直沟道的异质结场效应管器件的俯视图。图4是本专利技术一典型实施例中一种基于垂直沟道的异质结场效应管器件的左视图。图5是本专利技术另一典型实施例中一种基于垂直沟道的异质结场效应管器件的主视图。图6是本专利技术另一典型实施例中一种基于垂直沟道的异质结场效应管器件的俯视图。图7是本专利技术另一典型实施例中一种基于垂直沟道的异质结场效应管器件的左视图。具体实施方式本专利技术实施例的一个方面提供了一种基于垂直沟道的异质结场效应管器件(VC-HFET)，其可包括源极、漏极、栅极以及至少一异质结沟道，所述异质结沟道的轴线基本垂直于一选定平面，所述异质结沟道位于异质结构内部，所述异质结构包括第二半导体和环绕第二半导体设置的第一半导体，第一半导体的禁带宽度大于第二半导体，且所述异质结沟道内形成有二维电子气(2DEG)或二维空穴气，所述源极与漏极经所述二维电子气或二维空穴气电连接，所述栅极分布于源极和漏极之间。前述的“基本垂直于”是指所述异质结沟道的轴线与所述选定平面成90°或接近于90°的角，即所述异质结沟道可以相对于所述选定平面竖直站立或者倾斜站立的方式设置。其中，所述异质结沟道可以为柱状的，其径向截面可以是圆形、正六边形、三角形或其它封闭多边形中的一种。亦即，所述异质结沟道可以呈圆柱状、棱柱状等。在一些较佳实施方案中，所述异质结中的第一半导体与第二半导体同轴设置。进一步的，所述异质结沟道的长度和直径可以依据实际需要而相应设置。例如，所述异质结沟道中的第二半导体可以是纳米柱，即，其直径可以是纳米级的。例如，所述异质结沟道长度可以达到纳米尺度，当其小于符合条件的值时，将使所述器件具有更佳性能，例如产生诸如弹道输运等性能。进一步的，所述源极、漏极与第一、第二半导体形成欧姆接触，从而实现源、漏极可通过二维电子气或二维本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于垂直沟道的异质结场效应管器件，包括源极、漏极、栅极以及至少一异质结沟道，其特征在于：所述异质结沟道的轴线基本垂直于一选定平面，所述异质结沟道位于异质结构内，所述异质结构包括第二半导体和环绕第二半导体设置的第一半导体，第一半导体的禁带宽度大于第二半导体，且所述异质结沟道内形成有二维电子气或二维空穴气，所述源极与漏极经所述二维电子气或二维空穴气电连接，所述栅极分布于源极和漏极之间。

【技术特征摘要】
1.一种基于垂直沟道的异质结场效应管器件，包括源极、漏极、栅极以及至少一异质结沟道，其特征在于：所述异质结沟道的轴线基本垂直于一选定平面，所述异质结沟道位于异质结构内，所述异质结构包括第二半导体和环绕第二半导体设置的第一半导体，第一半导体的禁带宽度大于第二半导体，且所述异质结沟道内形成有二维电子气或二维空穴气，所述源极与漏极经所述二维电子气或二维空穴气电连接，所述栅极分布于源极和漏极之间。2.根据权利要求1所述的基于垂直沟道的异质结场效应管器件，其特征在于：所述异质结场效应管器件包括由复数个所述异质结沟道形成的异质结沟道阵列。3.根据权利要求1所述的基于垂直沟道的异质结场效应管器件，其特征在于：所述异质结构中的第一半导体与第二半导体同轴设置；优选的，所述异质结沟道为柱状；优选的，所述异质结沟道的径向截面形状包括多边形或圆形；优选的，所述第二半导体为纳米柱。4.根据权利要求1所述的基于垂直沟道的异质结场效应管器件，其特征在于：所述源极、漏极分别与所述第一半导体、第二半导体形成欧姆接触；优选的，所述源极和漏极沿所述异质结沟道轴向间隔设置；优选的，所述栅极与源极之间的距离小于所述栅极与漏极之间的距离；优选的，所述源极和漏极分别设置所述异质结沟道两端处；优选的，所述栅极环绕所述异质结沟道设置；优选的，所述源极、漏极及栅极中的至少一者平行于所述选定平面；优选的，所述源极、漏极及栅极均平行于所述选定平面；优选的，所述源极包括源极接触环，所述源极接触环环绕所述异质结沟道设置；优选的，所述源极接触环经连接线与源极引线盘电连接；优选的，所述漏极包括漏极接触环，所述漏极接触环环绕所述异质结沟道设置；优选的，所述漏极接触环经连接线与漏极引线盘电连接；优选的，所述栅极包括栅极接触环，所述栅极接触环环绕所述异质结沟道设置；优选的，所述栅极接触环经连接线与栅极引线盘电连接；优选的，所述源极接触环、漏极接触环和栅极接触环中的至少一者与所述异质结沟道同轴设置；优选的，所述源极接触环、漏极接触环和栅极接触环中的至少一者平行于所述选定平面。5.根据权利要求1所述的基于垂直沟道的异质结场效应管器件，其特征在于：所述栅极与所述第一半导体之间还设有绝缘介质层；和/或，所述源极和漏极中的至少一者与栅极之间还保留或未保留隔离绝缘介质层；优选的，所述源极和漏极中的任一者与栅极之间均无隔离绝缘介质层；和/或，所述栅极具有场板结构。6.根据权利要求1所述的基于垂直沟道的异质结场效应管器件，其特征在于：所述第一半导体与第二半导体之间还设有插入层；优选的，所述插入层的材质包括AlN；和/或，所述第一半...

【专利技术属性】
技术研发人员：董志华，蔡勇，程知群，刘国华，柯华杰，周涛，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33