载流子浓度调制型高迁移率场效应晶体管及其制造方法与流程

本发明涉及高迁移率场效应晶体管技术，特别是载流子浓度调制型高迁移率场效应晶体管及其制造方法。

背景技术：

目前的高迁移率场效应晶体管，有利用二维电子气的技术，例如公开号为cn101399285，公开日为2009年4月1日的中国专利文献，公开了一种均匀性及生产性高、并且作为高频性能，噪声指数小且相关增益大的场效应晶体管(fet)、具有该fet的半导体芯片及半导体装置。本发明的fet(1)在gaas半导体基板(2)上层叠i形gaas缓冲层(3)、i形ingaas二维电子气体层(4)、和n形algaas电子供给层(5)，在n形algaas电子供给层(5)上具有线状地欧姆接触的栅电极(12)，从栅电极(12)的两侧离开并且在n形algaas电子供给层(5)上层叠n形ingap蚀刻停止层(6)，并接着在同等程度的横向位置上层叠n形gaas接触层(7)，在n形gaas接触层(7)上，作为从接触层(7)的端部离开并带状地欧姆接触的电极，在各侧具有源电极(9)和漏电极(10)。但是该方案采用的algaas材料体系，没有任何调制内容，主要用于控制器件的噪声和迁移率。

因此，现有的技术中，利用外延层和器件衬底界面处形成的二维电子气导电，由于外延层的厚度是一定的，所以界面处的二维电子气的浓度也是一定的，这就使得在追求高频率响应的时候，要降低载流子浓度，而低载流子浓度使得器件在高电压工作条件下，漏端耗尽现象明显，从而又影响器件的频率特性，而人为的缩短源漏间距会使得器件的击穿电压下降；因此如何平衡晶体管的频率特性和击穿电压特性是业内亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明为克服上述技术缺陷，提供了一种载流子浓度调制型高迁移率场效应晶体管及其制造方法，制造得到的该晶体管采用适宜浓度的二维电子气，可以保证器件在高电压的时候不会发生穿通击穿，能相应平衡器件的频率特性。

本发明的技术效果如下：

载流子浓度调制型高迁移率场效应晶体管，其特征在于：包括位于底部的器件衬底，器件衬底上表面形成有外延层，外延层的两端部形成有源极欧姆接触和漏极欧姆接触，外延层与器件衬底之间界面处形成有一定的载流子浓度调制的二维电子气，外延层上端形成有t形金属栅；所述二维电子气的浓度靠近源级欧姆接触的一端较低，靠近漏极欧姆接触的一端较高，二维电子气的浓度的变化趋势为线性渐变或阶梯变化。

所述器件衬底的材料为si、gan、蓝宝石、碳化硅中的一种或这四种材料的组合。

所述外延层为单层结构或多层结构，外延层的材料为gan、algan、aln中的一种或这三种材料的组合。

所述t形金属栅的材料为ti、au、pt中的一种或这三种材料的组合。

所述t形金属栅的栅足靠近源极欧姆接触的一侧上方。

所述源极欧姆接触和漏极欧姆接触与器件衬底和外延层同时接触，源极欧姆接触和漏极欧姆接触的材料均为ti、al、au、v的多层组合。

上述载流子浓度调制型高迁移率场效应晶体管的制造方法如下，具体步骤为：

（1）首先在器件衬底上通过外延的方式，制备外延层；

（2）在外延层上通过离子注入的方式，形成载流子调制的二维电子气；

（3）在外延层上通过金属沉积+退火、二次外延+金属沉积的方式，制备源极欧姆接触和漏极欧姆接触；

（4）在外延层上制备t形金属栅，使得t形金属栅的栅足部分位于载流子调制的二维电子气靠源极欧姆接触的一侧上方。

所述二维电子气的制备是通过在外延层上分区域注入载流子调制作用的离子，离子的种类为bf3、cl、f、br、b、p等半导体工艺常用注入离子。

本发明的有益效果如下：

1、本发明首先采用的是高浓度的二维电子气，其电子浓度高于一般的射频器件，这样就保证了器件在高电压的时候不会发生穿通击穿；

2、本发明在通过注入载流子调制离子的方式，将二维电子气调制成源端浓度低、漏端浓度高、中间渐变过渡的形态：

低二维电子气浓度可以增加器件的跨导、提高器件的相应频率；

渐变的二维电子气浓度可以压缩漏端耗尽区的宽度，提高器件工作频率；

高浓度的二维电子气可以减小器件的导通电阻，防止串通击穿，提高击穿电压；

3、通过注入图形的变化，能实现载流子浓度可以随意精准控制，不受注入机束流波动的影响；

4、工艺简单、不增加器件的工艺步骤、适用于功率器件和射频器件；

5、通过改变外延层调制区和非调制区的宽度比，就能实现整片衬底的载流子浓度精确控制；通过这样的调制方法，在外延层上通过不同的注入图形，就能在器件上的t形金属栅和漏端欧姆接触之间，形成载流子调制的二维电子气。

附图说明

图1为本发明晶体管的原理结构示意图。

图2-4为实施例中外延层的调制区和非调制区不同宽度比的载流子浓度示意图。

图5-7为实施例中通过不同注入图形形成载流子调制的二维电子气的俯视示意图。

图8-11为本发明的制造流程示意图。

其中，附图标记为：100-器件衬底，110-外延层，120-t形金属栅，130-源极欧姆接触，140-漏极欧姆接触，150-载流子调制的二维电子气，111-外延层调制区，112-外延层非调制区。

具体实施方式

如图1所示，载流子浓度调制型高迁移率场效应晶体管，包括位于底部的器件衬底，器件衬底上表面形成有外延层，外延层的两端部形成有源极欧姆接触和漏极欧姆接触，外延层与器件衬底之间界面处形成有一定的载流子浓度调制的二维电子气，外延层上端形成有t形金属栅；所述二维电子气的浓度靠近源级欧姆接触的一端较低，靠近漏极欧姆接触的一端较高，二维电子气的浓度的变化趋势为线性渐变或阶梯变化。

所述器件衬底的材料为si、gan、蓝宝石、碳化硅中的一种或这四种材料的组合。

所述外延层为单层结构或多层结构，外延层的材料为gan、algan、aln中的一种或这三种材料的组合。

所述t形金属栅的材料为ti、au、pt中的一种或这三种材料的组合。

所述t形金属栅的栅足靠近源极欧姆接触的一侧上方。

所述源极欧姆接触和漏极欧姆接触与器件衬底和外延层同时接触，源极欧姆接触和漏极欧姆接触的材料均为ti、al、au、v的多层组合。

如图8-11所示，上述载流子浓度调制型高迁移率场效应晶体管的制造方法如下，具体步骤为：

（1）首先在器件衬底上通过外延的方式，制备外延层；

（2）在外延层上通过离子注入的方式，形成载流子调制的二维电子气；

（3）在外延层上通过金属沉积+退火、二次外延+金属沉积的方式，制备源极欧姆接触和漏极欧姆接触；

（4）在外延层上制备t形金属栅，使得t形金属栅的栅足部分位于载流子调制的二维电子气靠源极欧姆接触的一侧上方。

所述二维电子气的制备是通过在外延层上分区域注入载流子调制作用的离子，离子的种类为bf3、cl、f、br、b、p等半导体工艺常用注入离子。

如图2-4所示，通过改变外延层调制区111和非调制区112的宽度比，就能实现整片衬底的载流子浓度精确控制；通过这样的调制方法，在外延层上通过不同的注入图形，就能在图5-7所示的器件上的t形金属栅和漏端欧姆接触之间，形成所述的载流子调制的二维电子气。