[发明专利]集成增强型和耗尽型的HEMT及其制造方法

说明书

本发明所提出的集成增强型和耗尽型的HEMT及其制造方法，可以将增强型和耗尽型晶体管集成在一起，有利于增加氮化镓HEMT器件的用途，提高电路的特性，并且为实现单片集成高速数字/模拟混合信号射频电路奠定了基础。同时，利用缓冲层的再生长以及掺杂需求，将杂质产生的电子变为掺杂层的一部分，提高掺杂浓度的同时防止多余的电子对器件产生干扰。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种集成增强型和耗尽型的HEMT及其制造方法。

背景技术

作为第三代半导体材料的代表，氮化镓(GaN)具有许多优良的特性，高临界击穿电场、高电子迁移率、高二维电子气浓度和良好的高温工作能力等。基于氮化镓的第三代半导体结构，如高电子迁移率场效应管(HEMT)、异质结构场效应场效应管(HFET)等已经得到了应用，尤其在射频、微波等需要大功率和高频率的领域具有明显优势。

GaN HEMT主要是应用于通讯行业和电力电子行业，但它在高速数字电路和混合信号领域也有独特的优势。GaN HEMT具有出色的高温稳定性，可以大幅度降低电路在热源和温场控制方面的成本。而GaN的宽禁带特征使得它同时具备高电子饱和速度和高击穿电压，使器件可以在更高的电压之下工作，而这可以提高电路的驱动能力。因此，与传统的硅技术相比，使用GaN HEMT基的数字电路能够满足在大电流电压摆幅和在严酷环境下工作的能力，使得其在相应的领域有潜在的巨大应用。

要实现GaN HEMT基的数字电路，就必须实现高性能的氮化镓基的E/D HEMT单片集成。相对于常规的D-mode(耗尽型)GaN HEMT,E-mode(增强型)GaN HEMT比较难以制造。而E-mod GaN HEMT不仅仅是实现DCFL逻辑的需要，而且其性能对电路的特性也起着至关重要的作用。因此，在E-mod GaN HEMT难以制造的基础上，实现增强型和耗尽型HEMT的单片集成就更加困难。

发明内容

本申请提出一种集成增强型与耗尽型的HEMT制造方法，包括：

提供衬底，在所述衬底上依次形成第一缓冲层、第一势垒层和第一沟道层；

在所述第一沟道层上形成介质层，并选择性的刻蚀所述介质层、第一沟道层、第一势垒层和第一缓冲层，以暴露出部分第一缓冲层；

在暴露出的部分第一缓冲层上进行再生长，依次形成第二缓冲层、第二势垒层和第二沟道层；

去除所述介质层，在所述第一沟道层上形成第一源极、第一漏极和第一栅极，在所述第二沟道层上形成第二源极、第二漏极和第二栅极。

在一个实施例中，所述第一势垒层的厚度为1nm-30nm，所述第二势垒层的厚度大于所述第一势垒层且小于100nm。

在一个实施例中，所述第二势垒层的厚度为1nm-30nm，所述第一势垒层的厚度大于所述第二势垒层且小于100nm。

在一个实施例中，所述在选择性的刻蚀所述介质层之前，在所述介质层上形成光刻胶层，并在所述光刻胶层上定义出要刻蚀的区域。

在一个实施例中，所述第一缓冲层包括与所述第一势垒层接触的第一掺杂层，所述第一势垒层包括与所述第一掺杂层接触的第二掺杂层。

在一个实施例中，所述第二缓冲层包括与所述第二势垒层接触的第三掺杂层，所述第二势垒层包括与所述第三掺杂层接触的第四掺杂层。

在一个实施例中，所述再生长过程中，所述第一缓冲层再生长界面上形成由于暴露而引起杂质诱导产生的n型掺杂，第二缓冲层形成之后，所述n型掺杂产生的电子成为第三掺杂层的一部分。

在一个实施例中，所述介质层材料为氮化硅、二氧化硅和氮氧化硅中的任意一种。

相应的，本申请还提出一种集成增强型和耗尽型的HEMT，包括：