[发明专利]双栅极氮化镓MIS-HEMT器件及其制备方法

说明书

本发明涉及一种双栅极氮化镓MIS‑HEMT器件及其制备方法，该双栅极氮化镓MIS‑HEMT器件包括衬底和依次设置在所述衬底上的GaN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、电子储存层和钝化层，在所述GaN沟道层和AlGaN势垒层的有源区上设有源电极、漏电极和第一栅极，用于调控所述电子储存层中的电子；所述AlGaN势垒层上设有凹槽，所述凹槽上设有第二栅极，用于控制沟道。该双栅极氮化镓MIS‑HEMT器件及其制备方法通过双栅结构对电子储存层充放电从而达到调控氮化镓阈值的办法。

技术领域

本发明涉及一种双栅极氮化镓MIS-HEMT器件及其制备方法，属于半导体器件制备领域。

背景技术

传统的增强型器件使用的是氟离子注入，PGaN和凹槽栅等方式实现的，但这几种增强型器件都有缺陷，并且器件的阈值在使用中是不可控的。

由于压电极化效应，在GaN和AlGaN的界面上存在2DEG，基于AlGaN/GaN的HEMT具有耗尽型的特性，即栅极偏压为零时，晶体管处于常开的状态。这使得HEMT作为功率器件有很大的隐患，形成增强型晶体管成为了研究的热点。目前传统的增强型晶体管主要使用的方法是氟离子注入(implanted gate structure)，P型GaN栅极(pGaN gate structure)和凹槽栅(recessed gate structure)等方式，但这几种增强型器件都有缺陷：

(1)P型GaN栅极

首先，对于具有肖特基栅极接触的p-GaN栅极HEMT，p-GaN层是“浮动区域(floating region)”，没有直接连接到任何电极。当对晶体管施加很高的漏极偏压时，由于2DEG的耗尽，漏极-栅极的区域会产生固定的净正电荷。p-GaN层中存储的一部分负电荷与这些正电荷配对，这将导致在开关切换期间阈值的正偏移。

其次，栅极承受电压和电压摆幅(约3-4V)存在明显的问题。另外，由于技术限制，不能获得高质量的P型GaN材料的高掺杂浓度。

(2)氟离子注入

首先，基于氟离子注入的晶体管的阈值不超过1V，这对于电力电子的应用是一个很大的限制因素。

其次，氟离子注入会破坏AlGaN/GaN的界面特性，并且使得HEMT在高温下会有严重的性能退化，造成一定的不稳定因素。

(3)凹槽栅

部分或者完成的刻蚀掉栅极下的AlGaN可以有效的调控阈值的大小。但如果将AlGaN完全刻蚀掉，会造成2DEG通道上的不可控损坏，从而会导致输出电流密度相对较低。另一方面，如果刻蚀掉部分的AlGaN，阈值有可能太小甚至小于零。

中国专利CN102709322A提出的使用等离子体浸没，离子注入或者含离子气氛沉积等方法将F离子或者Cl离子注入到固定电荷层薄膜的方法。这种方法的原理是使用注入的固定负电荷的电场排斥2DEG沟道中的电子，从而实现增强型器件。这种方法的缺点是：a.固定电荷的电荷量不容易控制b.离子注入后没有退火修复损伤，薄膜的可靠性下降c.引入F和Cl离子，有可能造成离子污染。

中国专利CN110648914A提出的双栅结构，在栅极和漏极之间增加一个栅极用来提升晶体管的耐压能力和漏极电流。这种方法有一定的缺陷：第二个栅下还是采用了刻蚀AlGaN的方法来改变电场的分布，这种方法会破坏2DEG沟道，使得漏极的饱和电流受到了限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双栅极氮化镓MIS-HEMT器件及其制备方法，通过双栅结构对电子储存层充放电从而达到调控氮化镓阈值的办法。