[发明专利]一种高电子迁移率晶体管及其制作方法

说明书

本发明实施例公开了一种高电子迁移率晶体管及其制作方法。其中高电子迁移率晶体管包括衬底；设置于衬底一侧依次层叠的应力缓冲层和外延层；设置于外延层背离衬底一侧的源极、漏极以及p型栅极层；设置于p型栅极层背离衬底一侧依次层叠的n型表面盖层、p型表面盖层以及栅极；其中，p型表面盖层中掺杂物的掺杂浓度小于p型栅极层中掺杂物的掺杂浓度。本发明实施例的技术方案，有效提高器件的栅极开启电压、栅极耐击穿电压、栅极输入电压摆幅以及栅极输入阻抗，使得器件的稳定性和可靠性得以改善。

技术领域

本发明实施例涉及半导体器件技术，尤其涉及一种高电子迁移率晶体管及其制作方法。

背景技术

以氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体材料具有禁带宽、临界击穿电场高、导热性好、熔点高、电子饱和迁移率高、耐辐射等特点，适用于制作高压、高功率、高频、耐高温、耐辐射等高性能电子器件。其应用包括电力电子器件、射频器件、光电子器件等领域，是固态照明、存储、通讯、消费电子产品，以及新能源汽车、智能电网等应用的核心电子元件。目前第三代半导体已经成为科研和产业研究的焦点之一，具有广阔的应用前景，切合国家节能减排，智能制造，通讯与信息安全的要求。在电力电子和射频电子应用领域，以铝镓氮/镓氮(AlGaN/GaN)异质结为核心制作的高电子迁移率晶体管(HEMT)具有十分优异的电学特性。尤其是结构中的极化效应会在其异质界面产生浓度达到10¹²cm^-2以上的二维电子气(2DEG)。且由于沟道内没有电离杂质散射，其电子迁移率可高达2000cm²/Vs，非常适用于高功率和高频率电子器件。

从器件工作机理来区分，目前常见的GaN基HEMT器件主要分为两大类，增强型器件和耗尽型器件。耗尽型器件是指栅极零偏压下器件沟道已经开启的HEMT器件，而增强型器件是指栅极零偏压下沟道关断的HEMT器件。增强型器件具有栅极零偏压下常关特性而受到了广泛的关注。一方面增强型常关器件在掉电保护方面具有安全的保障，另一方面常关器件也会降低静态功率消耗。AlGaN/GaN基增强型HEMT主要有三种常见实现形式，第一种是p-GaN栅极结构，第二种是栅极氟离子注入结构，第三种是栅极沟槽结构。工作机理都是通过将栅极底部沟道内的二维电子气耗尽，进而实现常关型器件。其中比较有实用型前景的结构是p-GaN栅极结构，其具有机构简单，工艺可控等优点。

目前的p-GaN栅极结构虽然简单可行，但是其也具有许多不足之处。例如，与传统金属氧化物半导体晶体管(MOS)器件比较，HEMT栅极没有绝缘介质层，器件工作时仅由栅极金属与半导体形成的肖特基势垒以及AlGaN异质结势垒等结构承担正向电压并抑制电流。因此存在栅极开启电压低、栅极输入电压摆幅小，易受到外部信号干扰，栅极漏电大，栅极耐压差且击穿电压低，栅极输入阻抗低等缺点，导致器件的可靠性低。而由于界面态、体电荷等问题的存在，如果在栅极增加绝缘介质层，器件的工作性能将会显著下降。

发明内容

本发明提供一种高电子迁移率晶体管及其制作方法，以实现提高器件的栅极开启电压、栅极耐击穿电压、栅极输入电压摆幅以及栅极输入阻抗，使得器件的稳定性和可靠性得以改善。

第一方面，本发明实施例提供一种高电子迁移率晶体管，包括：

衬底；

设置于所述衬底一侧依次层叠的应力缓冲层和外延层；

设置于所述外延层背离所述衬底一侧的源极、漏极以及p型栅极层；

设置于所述p型栅极层背离所述衬底一侧依次层叠的n型表面盖层、p型表面盖层以及栅极；

其中，所述p型表面盖层中掺杂物的掺杂浓度小于所述p型栅极层中掺杂物的掺杂浓度。

可选的，所述n型表面盖层的掺杂物包括硅烷。