[发明专利]基于栅下图形化的新型Fin结构GaN HEMT器件及其制备方法

说明书

本发明公开了基于栅下图形化的新型Fin结构GaN HEMT器件及其制备方法，所述器件包括：外延基片、源电极区、漏电极区、钝化层、欧姆金属、第二势垒层和栅电极；其中，所述外延基片自下而上包括衬底层、成核层、缓冲层和第一势垒层；所述第一势垒层位于所述缓冲层上方；源电极区和漏电极区位于缓冲层和第一势垒层两侧；所述欧姆金属位于所述源电极区和所述漏电极区的上方；所述钝化层覆盖在所述第一势垒层和所述欧姆金属上，且所述钝化层中间有预设栅槽区域；所述预设栅槽区域的深度等于或大于钝化层深度；所述第一势垒层上包括预设阵列凹槽区域；所述第二势垒层覆盖在所述预设阵列凹槽区域上；所述第二势垒层上覆盖有栅电极。本发明器件具有高电流、高功率输出能力。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种基于栅下图形化的新型Fin结构GaNHEMT器件及其制备方法。

背景技术

GaN(氮化镓)材料禁带宽度约为3.4eV，相较于第一、二代半导体材料而言具有更高的击穿场强和击穿电压，故其在大输出功率方面具有明显的优势。并且GaN基材料，如AlGaN、GaN、InAlN等具有通过调节材料组分来改变材料禁带宽度的优点，也可将不同禁带宽度的材料组合形成异质结，即便没有进行掺杂，也可以在异质结表面形成高面电子密度的2DEG(二维电子气)，故GaN基HEMT(High Electron Mobility Transistor，高电子迁移率晶体管)适合于制作微波毫米波功率放大器，主要应用于雷达、通信基站。随着通信频段不断向更高的波段偏移，器件要满足高频性能就必须减少栅长且保证沟道中载流子高速流动。但当栅长缩小到深亚微米范围时会导致短沟道效应，体现在阈值电压漂移、亚阈值摆幅增加和漏致势垒降低等，其主要原因就是沟道上方栅控能力减弱以及漏极电场对沟道作用增强。

为了解决上述问题，本领域技术人员提出了Fin结构。Fin结构的栅极包含顶栅和两个侧壁栅，三面环绕包围着纳米沟道。早期Fin结构采用体硅衬底，应用于MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)器件，其缺点是存在源漏穿通且工艺繁琐需要提供额外的隔离，故考虑将Fin结构移植到GaN基器件。

但是，现有技术中的GaN基Fin HEMT在制备过程中会将部分区域势垒进行刻蚀，使得有效栅宽减小，实际电流导通面积缩小，实际电流导通能力退化，随着集成度要求的不断提高，对版图面积是一种浪费；刻蚀损伤还会导致晶格应力释放，沟道中2DEG浓度下降，输出电流密度减小，以及导致栅极漏电增大，寄生电容增加等问题。这些问题都会严重影响器件的性能，使其在高频领域发展和应用范围受到限制。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于栅下图形化的新型Fin结构GaN HEMT器件及其制备方法。

本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种基于栅下图形化的新型Fin结构GaN HEMT器件，所述器件包括：外延基片、源电极区、漏电极区、钝化层、欧姆金属、第二势垒层和栅电极；其中，所述外延基片自下而上包括衬底层、成核层、缓冲层和第一势垒层；所述第一势垒层位于所述缓冲层上方；源电极区和漏电极区位于缓冲层和第一势垒层两侧；所述欧姆金属位于所述源电极区和所述漏电极区的上方；所述钝化层覆盖在所述第一势垒层和所述欧姆金属上，且所述钝化层中间有预设栅槽区域；所述预设栅槽区域的深度等于或大于钝化层深度；所述第一势垒层上包括预设阵列凹槽区域；所述第二势垒层覆盖在所述预设阵列凹槽区域上；所述第二势垒层上覆盖有栅电极。

本发明的有益效果：

本发明能够在传统fin结构上，再生长一层势垒层材料，以及改变栅下刻蚀形状，以得到一种具备高电流、功率输出能力的高性能GaN HEMT器件。在本发明所述器件中，实际电流导通面积是原有沟道面积加侧壁因异质结形成产生的二维电子气导通面积，能够大幅度增加栅宽，大幅提升输出电流密度和功率附加效率，从而实现大功率器件；同时本发明能够将传统Fin结构侧壁和栅极金属直接接触，从而对栅极电流泄露进行有效隔绝，即，使栅极漏电减小。