鳍式场效应晶体管制造技术

本发明专利技术提供了一种鳍式场效应晶体管，包括：衬底、绝缘层、鳍部、源极、漏极以及栅极结构；其中，绝缘层位于衬底上；鳍部凸出于绝缘层，鳍部包括源区、漏区以及位于源区与漏区之间的沟道区；鳍部包括：在朝向背离衬底的方向上依次堆叠设置的第一异质结结构、第二异质结结构，

【技术实现步骤摘要】
鳍式场效应晶体管


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种鳍式场效应晶体管。

技术介绍

[0002]宽禁带半导体材料III族氮化物作为第三代半导体材料的典型代表，具有禁带宽带大、耐高压、耐高温、电子饱和速度和漂移速度高、容易形成高质量异质结构的优异特性，非常适合制造高温、高频、大功率电子器件。
[0003]为了进一步推动异质结器件在更大电流、更高频率等领域的应用，对于多沟道多异质结材料和器件的研究就显得很有必要。与单沟道异质结相比，双沟道异质结可以有更高的2DEG总浓度，这使得器件饱和电流大幅度增加。但是双沟道异质结材料总势垒层厚度增加，使得器件栅与下面的沟道距离增大，这样降低了栅控能力，器件跨导峰值有所下降，线性工作特性有待进一步提升。
[0004]在通讯等领域中，半导体器件的线性度是一个重要参数。然而，普通HEMT器件由于电子饱和速度下降与器件串联电阻增大等因素，会出现随着栅源偏压的增大，器件跨导先上升，达到一定峰值后再下降的现象。跨导下降现象会影响器件的线性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的专利技术目的是提供一种鳍式场效应晶体管，提高HEMT器件的线性工作特性。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供一种鳍式场效应晶体管，包括：
[0007]衬底；
[0008]位于所述衬底上的绝缘层；
[0009]凸出于所述绝缘层的鳍部，所述鳍部包括源区、漏区以及位于所述源区与所述漏区之间的沟道区；所述鳍部包括：在朝向背离所述衬底的方向上依次堆叠设置的第一异质结结构、第二异质结结构，
……
，以及第n异质结结构，n≥2；所述第一异质结结构包括第一沟道层与第一势垒层，所述第二异质结结构包括第二沟道层与第二势垒层，
……
，所述第n异质结结构包括第n沟道层与第n势垒层，所述第一势垒层、所述第二势垒层，
……
，与所述第n势垒层中的至少两个的组分不同；
[0010]覆盖于所述源区的源极、覆盖于所述漏区的漏极以及覆盖于所述沟道区的栅极结构。
[0011]可选地，所述第一势垒层、所述第二势垒层，
……
，以及所述第n势垒层的材料都为AlGaN。
[0012]可选地，自下而上，所述第一势垒层，所述第二势垒层，
……
，以及所述第n势垒层的Al的组分逐层逐渐降低。
[0013]可选地，自下而上，所述第一势垒层，所述第二势垒层，
……
，以及所述第n势垒层的Al的组分逐层先增加后降低。
[0014]可选地，所述Al组分最高的势垒层上方的势垒层层数大于等于所述Al组分最高的势垒层下方的势垒层层数。
[0015]可选地，所述第一势垒层，所述第二势垒层，
……
，以及所述第n势垒层中至少存在一层势垒层的Al组分保持不变、逐渐降低或逐渐升高。
[0016]可选地，所述鳍部具有多个，所述源极覆盖于多个所述源区、所述漏极覆盖于多个所述漏区，所述栅极结构覆盖于多个所述沟道区。
[0017]可选地，所述多个鳍部中的至少两个的高度或者宽度不同。
[0018]可选地，自下而上，所述第一势垒层，所述第二势垒层，
……
，以及所述第n势垒层的厚度逐层逐渐减小。
[0019]可选地，所述第一异质结结构的宽度大于所述第二异质结结构，
……
，与所述第n异质结结构中的任意一个的宽度，或所述第n异质结结构的宽度小于所述第一异质结结构，所述第二异质结结构，
……
，与所述第n
‑
1异质结结构中的任意一个的宽度。
[0020]可选地，所述第一异质结结构、所述第二异质结结构，
……
，所述第n异质结结构的宽度尺寸逐渐缩小。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0022]1、鳍式场效应晶体管相对于平面型HEMT器件，利用栅极对沟道在三个表面的控制，可提高栅极对沟道的控制能力。此外，鳍部设置为包括n个在厚度方向堆叠的异质结结构，通过各个异质结结构的势垒层的组分、和/或厚度、和/或宽度尺寸大小不同，改变各个异质结结构对应的跨导峰值，改变各个异质结结构的阈值电压，通过多个异质结结构的叠加，提高器件的线性工作特性。
[0023]2、本专利技术提供的鳍式场效应晶体管通过多层堆叠的异质结结构有效的减少了外延结构的方阻和接触电阻，提升了器件的频率特性。至少两层势垒层的组分不同来实现跨导的相互补偿，实现在较大栅源偏压范围内跨导的相对稳定，电子饱和速率上升，可使得器件具有很好的线性度。本专利技术的器件制备与工艺调节，引入的附加效应小，具有更高的可行性和重复性。保持高线性度的同时实现高击穿电压、高输出电流等特性。
[0024]3、由于越底层的异质结结构，栅极对其的控制能力越弱，器件跨导峰值有所下降，线性工作特性降低。本专利技术通过自下而上多层势垒层中的Al组分逐层降低，下层势垒层的高Al组分可以具有更高的2DEG密度，器件的饱和电流大幅度增加，对于功率应用的器件，饱和电流的提高至关重要。通过调整不同层势垒层的Al组分，进而调整每层异质结结构的饱和电流，进而调整每层异质结结构的跨导峰值趋向均匀。本专利技术半导体结构可视为若干跨导分布各不相同的器件的并联，通过这一并联结构，实现器件各不同跨导的相互补偿，从而实现在较大的栅源偏压范围内跨导值的相对稳定，使得器件具有很好的线性度。
[0025]4、势垒层中的Al组分可以调节跨导的峰值和跨导的分布。本专利技术通过自下而上多层势垒层中的Al组分逐层先增加后降低的方式来保证顶层栅对底层沟道的控制，同时调整器件的线性度。
[0026]5、多个鳍部连接在源漏之间，提升击穿电压，改善动态特性。多个鳍部增加了栅控面积，提升栅极控制能力，提升载流子密度的同时还能保持半导体迁移率的稳定，降低面电阻，大大改善了器件的频率特性。
[0027]6、多个鳍部中的至少两个的高度或者宽度不同，本专利技术鳍式场效应晶体管可视为
若干跨导分布各不相同的器件的并联，通过这一并联结构中的多个鳍部中的至少两个的高度或者宽度不同，实现器件各不同跨导的相互补偿。多个鳍部，鳍部越宽，跨导平坦且小，鳍部越窄，跨导狭窄且高，从而实现在较大的栅源偏压范围内跨导值的相对稳定。
附图说明
[0028]图1是本专利技术第一实施例的鳍式场效应晶体管的截面结构示意图；
[0029]图2是图1中的鳍式场效应晶体管的俯视图；
[0030]图3是图2中的鳍式场效应晶体管去除源极、漏极以及栅极后的俯视图；
[0031]图4是本专利技术第二实施例的鳍式场效应晶体管的截面结构示意图；
[0032]图5是本专利技术第三实施例的鳍式场效应晶体管的截面结构示意图；
[0033]图6是本专利技术第四实施例的鳍式场效应晶体管的截面结构示意图；
[0034]图7是本专利技术第五实施例的鳍式场效应晶体管的截面结构示意图。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种鳍式场效应晶体管，其特征在于，包括：衬底(10)；位于所述衬底(10)上的绝缘层(11)；凸出于所述绝缘层(11)的鳍部(12)，所述鳍部(12)包括源区(12a)、漏区(12b)以及位于所述源区(12a)与所述漏区(12b)之间的沟道区(12c)；所述鳍部(12)包括：在朝向背离所述衬底(10)的方向上依次堆叠设置的第一异质结结构(121)、第二异质结结构(122)，
……
，以及第n异质结结构，n≥2；所述第一异质结结构(121)包括第一沟道层(121a)与第一势垒层(121b)，所述第二异质结结构(122)包括第二沟道层(122a)与第二势垒层(122b)，
……
，所述第n异质结结构包括第n沟道层与第n势垒层，所述第一势垒层(121b)、所述第二势垒层(122b)，
……
，与所述第n势垒层中的至少两个的组分不同；覆盖于所述源区(12a)的源极(13)、覆盖于所述漏区(12b)的漏极(14)以及覆盖于所述沟道区(12c)的栅极结构(15)。2.根据权利要求1所述的鳍式场效应晶体管，其特征在于，所述第一势垒层(121b)、所述第二势垒层(122b)，
……
，以及所述第n势垒层的材料都为AlGaN。3.根据权利要求2所述的鳍式场效应晶体管，其特征在于，自下而上，所述第一势垒层(121b)，所述第二势垒层(122b)，
……
，以及所述第n势垒层的Al的组分逐层逐渐降低。4.根据权利要求2所述的鳍式场效应晶体管，其特征在于，自下而上，所述第一势垒层(121b)，所述第二势垒层(122b)，
……
，以及所述第n势垒层的Al的组...

【专利技术属性】
技术研发人员：程凯，
申请(专利权)人：苏州晶湛半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：