[发明专利]基于应变调控的增强型GaN基FinFET结构

说明书

本发明公开了一种基于应变调控的增强型GaN基FinFET结构，包括：薄势垒异质结，自下而上包括：GaN缓冲层和薄势垒层，在该薄势垒异质结的界面处存在受晶格应变调控的二维电子气；电荷诱导层，形成于薄势垒层上方，包含若干间隔开的被刻蚀至薄势垒层的空心区域，分别为源极开口区、漏极开口区以及栅极开口区；以及Fin纳米带阵列结构，在栅极开口区由薄势垒层刻蚀至GaN缓冲层内部形成，用于实现应变调控。该结构使Fin宽拓宽至100nm以上，解决了目前增强型AlGaN/GaN FinFET器件Fin宽临界尺寸偏小问题，从而增大了器件Fin宽制备工艺窗口，降低了工艺难度以及制作AlGaN/GaN FinFET器件的工艺成本。

技术领域

本公开属于半导体器件技术领域，涉及一种基于应变调控的增强型GaN基FinFET结构。

背景技术

鳍式场效应晶体管(FinFET，Fin Field-Effect Transisitor)是一种新型的互补式金属氧化物半导体晶体管，在传统的晶体管结构中，控制电流通过的栅极，只能在栅极的一侧控制电路的接通与断开，属于平面的架构，而在FinFET结构中，栅极呈类似鱼鳍的叉状3D架构，可在电路的两侧控制电路的接通与断开。因此，FinFET相较于传统的晶体管来说，大幅改善了电路控制并减少了漏电流，有助于大幅缩短晶体管的栅长。

最新研究结果表明，鳍(Fin)结构有助于实现增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件，并且随Fin宽度减小，阈值电压正移，但是只有Fin宽度小于100nm时，才有望实现增强型器件，且对应的阈值电压较低。因此，现有的FinFET结构存在Fin宽临界尺寸偏小、阈值电压偏低且制备工艺较为复杂、成本偏高的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种基于应变调控的增强型GaN基FinFET结构，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种基于应变调控的增强型GaN基FinFET结构，包括：薄势垒异质结，自下而上包括：GaN缓冲层和薄势垒层，在该薄势垒异质结的界面处存在受晶格应变调控的二维电子气；电荷诱导层，形成于薄势垒层上方，包含若干间隔开的被刻蚀至薄势垒层的空心区域，分别为源极开口区、漏极开口区以及栅极开口区；以及Fin纳米带阵列结构，在栅极开口区由薄势垒层刻蚀至GaN缓冲层内部形成，用于实现应变调控。

在本公开的一些实施例中，基于应变调控的增强型GaN基FinFET结构，还包括：源极，形成于源极开口区，下方与薄势垒层接触；漏极，形成于漏极开口区，下方与薄势垒层接触；以及栅极，覆盖于Fin纳米带阵列结构的表面。

在本公开的一些实施例中，薄势垒层的材料包括如下材料的一种：AlGaN、AlInN三元合金或AlInGaN四元合金。

在本公开的一些实施例中，AlGaN、AlInN三元合金或AlInGaN四元合金中Al的组分x(Al)满足：x(Al)≤25％。

在本公开的一些实施例中，薄势垒层的厚度介于3nm～6nm之间。

在本公开的一些实施例中，薄势垒异质结外延于一衬底之上，该衬底为如下材料中的一种：硅、碳化硅、蓝宝石。

在本公开的一些实施例中，电荷诱导层的材料为氮化硅或硅氧氮。

在本公开的一些实施例中，电荷诱导层的应力介于1GPa～5GPa之间，厚度小于10nm。

在本公开的一些实施例中，源极、漏极的材料为如下材料中的一种或其组合：Ti，Al，Ni，Au；和/或栅极的材料为如下材料中的一种或其组合：Ni，Au。