异质结场效应晶体管制造技术

本发明专利技术公开了一种异质结场效应晶体管，主要解决现有功率开关器件存在的阈值电压低和实现高击穿电压时工艺复杂的问题，其包括：衬底(1)、过渡层(2)、势垒层(3)、第一栅柱(6)、第二栅柱(7)、源极(9)、漏极(10)、台面(11)、第一栅极(12)、第二栅极(13)和钝化层(14)。第一栅柱和第二栅柱均由P型层(4)和N型排柱(5)组成；N型排柱由N

Heterojunction FET

【技术实现步骤摘要】
异质结场效应晶体管
本专利技术属于微电子
，特别涉及一种功率开关器件，可用于作为电力电子系统的基本器件。技术背景电力电子系统广泛应用于航空航天、工业设备、电动汽车、家用电器等众多领域，功率开关器件作为电力电子系统的重要元件，是实现能量转换与控制的重要工具。因此，功率开关器件的性能和可靠性对整个电力电子系统的各项技术指标和性能有着决定性影响。当前，Si基功率开关器件性能已经趋近其理论极限，不能满足下一代电力电子系统高温、高压、高频、高效和高功率密度的要求。而以GaN为代表的第三代宽禁带半导体材料，具有禁带宽度大、饱和电子漂移速度高、临界击穿电场大、化学性质稳定的特点，在制备具有更低导通电阻、更快开关速度、更高击穿电压的功率开关器件方面，已展现出独特的优势。特别是基于GaN基异质结结构的高电子迁移率器件晶体管，即GaN基高电子迁移率晶体管HEMT功率开关器件，以其优异的功率特性，在国民经济与军事领域具有广阔和特殊的应用前景。传统GaN基HEMT功率开关器件是基于GaN基异质结结构，其包括：衬底1、过渡层2、势垒层3、P型层4、栅柱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种异质结场效应晶体管，自下而上包括：衬底(1)、过渡层(2)、势垒层(3)和钝化层(14)；势垒层(3)的侧面刻有台面(11)，势垒层(3)上部的两边分别设有第一栅柱(6)和第二栅柱(7)；第一栅柱(6)的上面淀积有第一栅极(12)，其左侧淀积有源极(9)；第二栅柱(7)上面淀积有第二栅极(13)，其右侧淀积有漏极(10)；第一栅柱(6)左侧的势垒层(3)内和第二栅柱(7)右侧的势垒层(3)内均刻蚀有阵列孔(8)，其特征在于：/n所述第一栅柱(6)和第二栅柱(7)为大小相同的长方体，其均由P型层(4)和N型排柱(5)组成；/n所述N型排柱(5)包括m个等间距且大小相同的长方形N柱，m&g...

【技术特征摘要】
1.一种异质结场效应晶体管，自下而上包括：衬底(1)、过渡层(2)、势垒层(3)和钝化层(14)；势垒层(3)的侧面刻有台面(11)，势垒层(3)上部的两边分别设有第一栅柱(6)和第二栅柱(7)；第一栅柱(6)的上面淀积有第一栅极(12)，其左侧淀积有源极(9)；第二栅柱(7)上面淀积有第二栅极(13)，其右侧淀积有漏极(10)；第一栅柱(6)左侧的势垒层(3)内和第二栅柱(7)右侧的势垒层(3)内均刻蚀有阵列孔(8)，其特征在于：
所述第一栅柱(6)和第二栅柱(7)为大小相同的长方体，其均由P型层(4)和N型排柱(5)组成；
所述N型排柱(5)包括m个等间距且大小相同的长方形N柱，m>0，每一个长方形N柱是由下部的长方形N-柱(51)和上部的长方形N+柱(52)组成；
所述第一栅极(12)，其下边缘与第一栅柱(6)内所有上部的N+柱(52)的上边缘均有重合，第二栅极(13)下边缘与第二栅柱(7)内所有上部的N+柱(52)的上边缘均有重合；
所述钝化层(14)，其在第一栅柱(6)和第二栅柱(7)之间的区域上刻蚀有2n+1个大小相同的凹槽，n≥1；其上部设有复合板(15)；
所述复合板(15)，由左调制板、右调制板和2n-1个大小相同的独立金属块构成，且下端完全填充在2n+1个凹槽内，该左调制板与源极(9)电气连接，右调制板与漏极(10)电气连接，各独立金属块彼此悬空，左调制板与第一栅极(12)在水平方向上交叠，右调制板与第二栅极(13)在水平方向上交叠，左调制板和右调制板以第n个独立金属块为中心呈左右对称分布，n≥1；
所述钝化层(14)和复合板(15)的外围设有保护层(16)。


2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于源极(9)和漏极(10)的长度为LO，宽度为WO。


3.根据权利要求1所述的器件，其特征在于：
所述第一栅柱(6)中，N-柱(51)与N+柱(52)的宽度相同，该宽度为x1，相邻两个N+柱(52)的间距为x2，第一个N+柱(52)的左边缘与第一栅柱(6)的左边缘重合，第m个N+柱(52)与第一栅柱(6)的右边缘间距为x3，第一栅柱(6)的长度z大于等于4nm，x1＝x2＝x3，且(2m)×x1＝z；
所述第二栅柱(7)中，N-柱(51)与N+柱(52)的宽度相同，该宽度为x1；相邻两个N+柱(52)的间距为x2，第一个N+柱(52)的左边缘与第二栅柱(7)的左边缘重合，第m个N+柱(52)与第二栅柱(7)的右边缘间距为x3，第二栅柱(7)的长度z大于等于4nm，x1＝x2＝x3，且(2m)×x1＝z。


4.根据权利要求3所述的器件，其特征在于所述N-柱(51)的深度为y1，N+柱(52)的深度为y2，y1>0，y2>0，P型层(4)的厚度h为20～1000nm，y1+y2<h。


5.根据权利要求1所述的器件，其特征在于：
所述N+柱(52)的掺杂浓度为1×1018～5×1020cm-3；
所述P型层(4)的掺杂浓度为5×1016～1×1020cm-3；
所述N-柱(51)的掺杂浓度为1×1011～1×1018cm-3，其掺杂浓度均小于N+柱(52)的掺杂浓度和P型层(4)的掺杂浓度。


6.根据权利要求1所述的器件，其特征在于：
所述阵列孔(8)，由f×g个大小相同的孔组成，f>1，g>1，每个孔由上部的长方体孔柱(81)和下部的四棱锥(82)构成，相邻两个孔的间距k3为0.5～3μm，最外围孔与源极(9)或漏极(10)的边界间距k1为1～4μm；
所述孔柱(81)的上表面和下表面均为正方形，该正方形的边长k2为0.5～2μm，孔柱(81)深度r为2～20nm，且孔柱(81)的下表面与四棱锥(82)的上表面重合；
所述四棱锥(82)的深度e为1～35nm，且四个侧面均相同。


7.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，钝化层(14)上各凹槽大小相同，每个凹槽的深度d均大于0μm，且小于钝化层(14)的厚度，宽度a为0.1～4μm。


8.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，以第n个独立金属块为对称轴，在对称轴左侧，左调制板与其第一个独立金属块的间距为S1，第一个独立金属块与第二个独立金属块的间距为S2，以此类推，第n-1个独立金属块与第n个独立金属块的间距为Sn，S1<S2<...<Sn；在对称轴右侧，右调制板与其第1个独立金属块的间距为U1，第1个独立金属块与第2个独立金属块的间距为U2，以此类推，第n-1个独立金属块与第n个独立金属块的间距为Un，U1<U2<...<Un,且S1＝U1，S2＝U2，...，Sn＝Un，n≥1。


9.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，左调制板、右调制板和每个独立金属块的厚度均相同，每个独立金属块的长度t均为0.5～5μm，左调制板右边缘与第一栅柱(6)右边缘之间的距离等于右调制板左边缘与第二栅柱(7)左边缘之间的距离，该距离为L。


10.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，以第n+1个凹槽为对称轴，在对称轴左侧，第一栅柱(6)与第一个凹槽的间距为b1，且0μm<b1<(L-a)，第一个凹槽与第二个凹槽的间距为c1，以此类推，第n个凹槽与第n+1个凹槽间距为...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛维，王海永，杨翠，张金风，马佩军，郑雪峰，王冲，张进成，马晓华，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61