[发明专利]Ⅲ族氮化物增强型HEMT器件及其制造方法

说明书

本发明揭示了一种Ⅲ族氮化物增强型HEMT器件及其制造方法，所述制造方法包括：提供衬底；在衬底上外延生长沟道层；在沟道层上外延生长绝缘介质层；在绝缘介质层上的栅极区域中形成栅极；刻蚀栅极区域以外的绝缘介质层；基于选择区域生长工艺在绝缘介质层以外的沟道层上外延生长势垒层；刻蚀Ⅲ族氮化物异质结，形成源极区域和漏极区域；在源极区域和漏极区域中分别形成源极和漏极。本发明基于选择区域生长工艺优先在沟道层形成绝缘介质层和栅极，而后在绝缘介质层以外区域的沟道层生长势垒层，从而一次性形成断开的二维电子气通道；本发明无需传统工艺中对栅极或势垒层表面进行的刻蚀或离子注入处理，有效避免了传统工艺带来的刻蚀损伤或晶格损伤。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种半导体器件及其制造方法。

背景技术

氮化镓(GaN)基高电子迁移率晶体管(HEMT)因氮化镓材料具有禁带宽度大、击穿电场强度大、载流子饱和迁移率高等优点，已被广泛应用于高温、高频、高压、大功率等电力电子器件领域。铝镓氮/氮化镓(AlGaN/GaN)异质结构具有很强的自发极化和压电极化效应，在界面处会产生高浓度的载流子，即二维电子气(2DEG)，这种基于铝镓氮/氮化镓异质结构形成的高电子迁移率晶体管沟道调制机制属于耗尽型(D-mode)。然而，从应用的安全操作和低功耗角度考虑，增强型(E-mode)功率晶体管更受到电路设计人员的青睐，采用增强型功率晶体管可避免使用负压电源以简化栅极驱动电路的设计。

目前，主流的几种制作氮化镓增强型器件的技术包括栅极凹槽、氟离子注入和p型氮化镓栅极等。栅极凹槽技术需要用到刻蚀工艺，而刻蚀工艺带来的损伤会导致栅极漏电增加且阈值电压不均匀；采用氟离子注入技术会有高场和高温应力下阈值电压的稳定性差的问题；p型氮化镓栅极技术需要额外生长一层p型氮化镓外延，此技术成本较高，p型氮化镓的生长均匀性和镁(Mg)激活是该技术的难点，而且需要刻蚀去除栅极区域以外部分的p型氮化镓，该过程同样会带来刻蚀损伤，导致晶体管界面特性变差，同时，p型氮化镓栅极耐压较低，通常小于+7V，这增加了电路设计的难度。

选择区域生长(selective-area growth，SAG)技术已被用于p型氮化镓的生长，用此技术制作出的增强型晶体管也相继被报道出，该技术主要是利用金属有机化学气相沉积(Metal-Organic Chemical Vapour Deposition，MOCVD)系统以氧化硅为硬掩膜，选择性地在铝镓氮/氮化镓异质结构的栅极区域生长p型氮化镓。该技术的优势是无需常规p型氮化镓制作增强型晶体管技术路线中的刻蚀步骤，避免铝镓氮表面的刻蚀损伤，可以有效的减轻因表面缺陷带来的电流崩塌效应。此外，也有报道利用选择区域生长技术生长铝镓氮，但鲜有将此应用于增强型晶体管的制作。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种Ⅲ族氮化物增强型HEMT器件及其制造方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种Ⅲ族氮化物增强型HEMT器件及其制造方法。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种Ⅲ族氮化物增强型HEMT器件的制造方法，所述制造方法包括：

提供衬底；

在衬底上外延生长沟道层，所述沟道层为Ⅲ族氮化物沟道层；

在沟道层上外延生长绝缘介质层；

在绝缘介质层上的栅极区域中形成栅极；

刻蚀栅极区域以外的绝缘介质层；

基于选择区域生长工艺在绝缘介质层以外的沟道层上外延生长势垒层，所述势垒层为Ⅲ族氮化物势垒层，沟道层和势垒层形成Ⅲ族氮化物异质结；

刻蚀Ⅲ族氮化物异质结，形成源极区域和漏极区域；

在源极区域和漏极区域中分别形成源极和漏极。