鳍型栅氮化镓基功率晶体管及制备方法与流程

本发明涉及半导体，尤其涉及一种鳍型栅氮化镓基功率晶体管及制备方法。

背景技术：

1、鳍型栅氮化镓基功率晶体管被用于解决短沟道横向器件栅控能力差、寄生效应多的问题，然而由于三边包围的栅极会耗尽部分二维电子气从而减小沟道电流密度，传统的鳍型栅氮化镓基功率晶体管中存在栅极控制能力(更小的亚阈值摆幅)和击穿电压的设计矛盾，即设计更窄的沟道宽度可以获取更高的击穿电压，但同时对应更小的电流密度和功率放大倍数。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种鳍型栅氮化镓基功率晶体管及制备方法，能够解决栅极控制能力和击穿电压的设计矛盾。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明的有益效果：

4、鳍型栅氮化镓基功率晶体管，包括：

5、衬底；

6、沟道层，铺设于所述衬底上，所述沟道层上开孔以形成多个间隔设置的沟道；

7、势垒层，铺设于所述沟道层上；

8、栅极，铺设于所述势垒层，并呈三维鳍式结构；

9、源极和漏极，所述势垒层的一端设置有所述源极，另一端设置有所述漏极，所述栅极位于所述源极和所述漏极之间；

10、高介电常数介质层，铺设于所述源极和所述栅极之间的所述沟道内以及所述漏极和所述栅极之间的所述沟道内。

11、作为上述鳍型栅氮化镓基功率晶体管的一种可选方案，所述高介电常数介质层为二氧化铪层或钛酸锶层。

12、作为上述鳍型栅氮化镓基功率晶体管的一种可选方案，所述沟道层包括：

13、源极沟道层，设置于所述衬底沿第一方向的一端；

14、漏极沟道层，设置于所述衬底沿第一方向的另一端；

15、栅极沟道层，设置于所述源极沟道层和所述漏极沟道层之间，所述栅极沟道层包括多个沿第二方向间隔设置的第一沟道层；

16、接入区沟道层，所述栅极沟道层和所述漏极沟道层、所述栅极沟道层和所述源极沟道层之间均设置有接入区沟道层，所述接入区沟道层包括沿所述第二方向间隔设置的多个第二沟道层；

17、其中，所述第一方向与所述第二方向垂直。

18、作为上述鳍型栅氮化镓基功率晶体管的一种可选方案，所述高介电常数介质层设置于相邻的两个所述第二沟道层之间。

19、作为上述鳍型栅氮化镓基功率晶体管的一种可选方案，所述高介电常数介质层沿所述第一方向的两端均与对应的所述沟道层和所述势垒层抵接。

20、作为上述鳍型栅氮化镓基功率晶体管的一种可选方案，所述沟道层靠近所述势垒层的一侧形成有二维电子气层。

21、作为上述鳍型栅氮化镓基功率晶体管的一种可选方案，所述栅极与所述势垒层之间设置有氧化层。

22、作为上述鳍型栅氮化镓基功率晶体管的一种可选方案，所述氧化层为氧化铝层或氧化硅层。

23、作为上述鳍型栅氮化镓基功率晶体管的一种可选方案，所述鳍型栅氮化镓基功率晶体管还包括缓冲层，所述缓冲层设置于所述衬底和所述沟道层之间。

24、作为上述鳍型栅氮化镓基功率晶体管的一种可选方案，所述衬底为硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底或氮化镓衬底。

25、鳍型栅氮化镓基功率晶体管的制备方法，用于制备上述的鳍型栅氮化镓基功率晶体管，所述鳍型栅氮化镓基功率晶体管的制备方法包括：

26、在所述衬底表面依次成型沟道材料层和势垒材料层，以形成外延片；

27、去除部分所述沟道材料层和所述势垒材料层，以形成沟道；

28、向所述沟道内填充高介电常数介质，以使所述外延片的表面平整；

29、去除用于形成栅极的区域内的所述高介电常数介质；

30、形成所述栅极、所述源极以及所述漏极。

31、作为上述鳍型栅氮化镓基功率晶体管的制备方法的一种可选方案，在形成所述沟道以及填充所述高介电常数介质之间还包括：

32、对外延片进行台面隔离，确定所述外延片尺寸；

33、对所述外延片进行表面处理。

34、作为上述鳍型栅氮化镓基功率晶体管的制备方法的一种可选方案，在去除用于形成栅极的区域内的所述高介电常数介质之后以及形成所述栅极、所述源极以及所述漏极之间还包括：

35、沉积氧化材料层；

36、去除用于形成所述栅极的区域以外的所述氧化材料层。

37、本发明提供的鳍型栅氮化镓基功率晶体管中，在栅极与源极、栅极与漏极之间的沟道内增加高介电常数介质层，利用高介电常数介质和半导体沟道形成的宽度方向的电场，造成等势线的扭曲，从而使长度方向电场畸变，使得等势线的分布更加均匀、分散，从而获得更低的栅边缘电场强度峰值，从而提高击穿电压，并降低比导通电阻，最终解决鳍式栅结构中更窄的鳍宽与更高的击穿电压无法同时实现的问题。

38、本发明还提供的制备上述鳍型栅氮化镓基功率晶体管的制备方法，能够使制备的鳍型栅氮化镓基功率晶体管具有高击穿电压和低导通电阻。

技术特征：

1.鳍型栅氮化镓基功率晶体管，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的鳍型栅氮化镓基功率晶体管，其特征在于，所述高介电常数介质层(5)为二氧化铪层或钛酸锶层。

3.根据权利要求1所述的鳍型栅氮化镓基功率晶体管，其特征在于，所述沟道层(7)包括：

4.根据权利要求3所述的鳍型栅氮化镓基功率晶体管，其特征在于，所述高介电常数介质层(5)设置于相邻的两个所述第二沟道层(73)之间。

5.根据权利要求4所述的鳍型栅氮化镓基功率晶体管，其特征在于，所述高介电常数介质层(5)沿所述第一方向的两端均与对应的所述沟道层(7)和所述势垒层(8)抵接。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的鳍型栅氮化镓基功率晶体管，其特征在于，所述沟道层(7)靠近所述势垒层(8)的一侧形成有二维电子气层(10)。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的鳍型栅氮化镓基功率晶体管，其特征在于，所述栅极(4)与所述势垒层(8)之间设置有氧化层(9)。

8.根据权利要求7所述的鳍型栅氮化镓基功率晶体管，其特征在于，所述氧化层(9)为氧化铝层或氧化硅层。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的鳍型栅氮化镓基功率晶体管，其特征在于，所述鳍型栅氮化镓基功率晶体管还包括缓冲层(6)，所述缓冲层(6)设置于所述衬底(1)和所述沟道层(7)之间。

10.根据权利要求1-5中任一项所述的鳍型栅氮化镓基功率晶体管，其特征在于，所述衬底(1)为硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底或氮化镓衬底。

11.鳍型栅氮化镓基功率晶体管的制备方法，用于制备如权利要求1-10中任一项所述的鳍型栅氮化镓基功率晶体管，其特征在于，所述鳍型栅氮化镓基功率晶体管的制备方法包括：

12.根据权利要求11所述的鳍型栅氮化镓基功率晶体管的制备方法，其特征在于，在形成所述沟道以及填充所述高介电常数介质之间还包括：

13.根据权利要求11所述的鳍型栅氮化镓基功率晶体管的制备方法，其特征在于，在去除用于形成栅极(4)的区域内的所述高介电常数介质之后以及形成所述栅极(4)、所述源极(2)以及所述漏极(3)之间还包括：

技术总结
本发明属于半导体技术领域，公开了一种鳍型栅氮化镓基功率晶体管及制备方法。该鳍型栅氮化镓基功率晶体管包括衬底、沟道层、势垒层、栅极、漏极、源极和高介电常数介质层；沟道层铺设于所述衬底上，所述沟道层上开孔以形成多个间隔设置的沟道；势垒层铺设于所述沟道层上；栅极铺设于所述势垒层，并呈三维鳍式结构；所述势垒层的一端设置有所述源极，另一端设置有所述漏极，所述栅极位于所述源极和所述漏极之间；高介电常数介质层铺设于所述源极和所述栅极之间的沟道内以及所述漏极和所述栅极之间的沟道内。该鳍型栅氮化镓基功率晶体管能够提高击穿电压，并降低比导通电阻，解决鳍式栅结构中更窄的鳍宽与更高的击穿电压无法同时实现的问题。

技术研发人员：任开琳,黄豪,李育良,殷录桥,张建华,杨翰林
受保护的技术使用者：苏州迈为科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15