一种增强型hemt器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体技术领域，具体的说涉及一种增强型高电子迀移率晶体管(HEMT)器件。
【背景技术】
[0002]氮化镓(GaN)是第三代宽禁带半导体的代表之一，具有优良的特性:高的临界击穿电场(?3.5X106V/cm)、高电子迀移率(?2000cm2/V *s)、高的二维电子气(2DEG)浓度(?1013cm2)、高的高温工作能力。基于AlGaN/GaN异质结的高电子迀移率晶体管(HEMT)(或异质结场效应晶体管HFET，调制掺杂场效应晶体管M0DFET，以下统称为HEMT器件)在半导体领域已经取得广泛应用。该类器件具有反向阻断电压高、正向导通电阻低、工作频率高等特性，因此可以满足系统对半导体器件更大功率、更高频率、更小体积和更恶劣高温工作的要求。
[0003]对于AlGaN/GaN HEMT器件而言，增强型(常关型)HEMT器件比耗尽型(常开型)HEMT器件具有更多的优势，其实现技术是研究者们极其关注的问题。虽然近年来增强型HEMT的研究工作已经取得了巨大的进步，但目前增强型AlGaN/GaN HEMT的阈值电压都比较低(大多小于IV)，性能要明显比耗尽型HEMT的差。通常器件阈值电压要求在3?5V以上，才能避免由于噪音而引起的误操作，满足功率开关应用。其中，降低A1组分或者生长薄的势皇层降低了沟道中2DEG浓度，增大了 AlGaN/GaN HEMT的寄生电阻和开态电阻，因此A1组分和势皇层厚度只能够在有限的范围内降低；生长InGaN盖帽层或p_GaN盖帽层制作增强型HEMT，盖帽层使栅极对于沟道的控制变弱，降低了器件的跨导，对于AlGaN/GaN HEMT高频工作不利；凹栅刻蚀能够有效地耗尽栅极下方2DEG浓度，极大地提高阈值电压，但是凹栅刻蚀需要精确地控制刻蚀深度和降低等离子体处理引起的刻蚀损伤；尽管目前F基等离子体处理是一种十分有前途的制作增强型HEMT的方法，但有可能遇到注入损伤和高压工作稳定性问题。因此目前的增强型HEMT器件存在阈值电压较低的问题。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的，就是针对上述问题，提出一种增强型HEMT器件。
[0005]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]—种增强型HEMT器件，包括衬底3、位于衬底3上表面的GaN层1和位于GaN层1上表面的MGaN层2 ;所述GaN层1和MGaN层2的接触面形成异质结；所述MGaN层2 —端的上层具有金属漏电极4，所述MGaN层2另一端的上表面具有金属源电极5 ;所述金属源电极5与MGaN层2之间为肖特基势皇接触；所述金属漏电极4与金属源电极5之间的MGaN层2的上表面具有绝缘栅介质6 ;所述绝缘栅介质6还完全覆盖住金属源电极5的表面并沿金属源电极5远离金属漏电极4的一侧沿器件垂直方向延伸入GaN层1中；所述绝缘栅介质6位于金属源电极5上表面的部分及延伸入GaN层1中的部分的截面图形为Z型；所述绝缘栅介质6所形成的Z型结构的表面覆盖有金属栅电极7 ;所述Μ为除Ga之外的III族元素。
[0007]具体的，所述金属栅电极7沿绝缘栅介质6的上表面向靠近金属漏电极4的一侧延伸。
[0008]具体的，所述Μ为A1或In。
[0009]具体的，所述绝缘栅介质6采用的材料为Si02、Si3N4、AlN、Al203、Mg0或Sc203中的一种。
[0010]本发明的有益效果为，实现了常关型沟道，使得器件更加利于控制；同时克服了短沟道效应，使得特征频率显著提高，可以应用于高频电路中；并且可以改善器件的回滞电压和电流崩塌现象；还可以与传统工艺兼容。
【附图说明】
[0011 ]图1为传统的AlGaN/GaN HEMT器件结构示意图；
[0012]图2为本发明的AlGaN/GaN HEMT器件结构示意图；
[0013]图3为本发明的器件VJ0时的导带示意图；
[0014]图4为本发明的器件ν<^= 0时的导带示意图；
[0015]图5为本发明的器件VJ0时的导带示意图；
[0016]图6为本发明的器件在不同栅压下对沟道中导带能量的调制仿真示意图；
[0017]图7为本发明的器件的转移特性曲线示意图；
[0018]图8为本发明的器件的输出特性曲线示意图；
[0019]图9为本发明的器件的制造工艺流程中在衬底上形成MGaN和GaN后的结构示意图；
[0020]图10为本发明的器件的制造工艺流程中刻蚀MGaN和GaN侧壁形成凹槽后的结构示意图；
[0021]图11为本发明的器件的制造工艺流程中制作漏极金属电极后的结构示意图；
[0022]图12为本发明的器件的制造工艺流程中制作源极金属后的结构示意图；
[0023]图13为本发明的器件的制造工艺流程中制作淀积绝缘层后的结构示意图；
[0024]图14为本发明的器件的制造工艺流程中制作侧壁栅极结构后的结构示意图；
[0025]图15为本发明的另一种应用结构示意图；
[0026]图16为本发明器件在截止时的等势线分布图；
[0027]图17为本发明的器件在正向开启时栅附近等势线分布图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图，详细描述本发明的技术方案:
[0029]如图2所示，本发明的一种增强型HEMT器件，包括衬底3、位于衬底3上表面的GaN层1和位于GaN层1上表面的MGaN层2 ;所述GaN层1和MGaN层2的接触面形成异质结；所述MGaN层2 —端的上层具有金属漏电极4，所述MGaN层2另一端的上表面具有金属源电极5 ;所述金属源电极5与MGaN层2之间为肖特基势皇接触；所述金属漏电极4与金属源电极5之间的MGaN层2的上表面具有绝缘栅介质6 ;所述绝缘栅介质6还完全覆盖住金属源电极5的表面并沿金属源电极5远离金属漏电极4的一侧沿器件垂直方向延伸入GaN层1中；所述绝缘栅介质6位于金属源电极5上表面的部分及延伸入GaN层1中的部分的截面图形为Z型；所述绝缘栅介质6所形成的Z型结构的表面覆盖有金属栅电极7 ;所述Μ为除Ga之外的III族元素。
[0030]本发明的工作原理是:
[0031]本发明提供的栅控增强型HMET器件，与常规的凹槽栅-增强型AlGaN/GaN HEMT器件(如图1所示)不同的是，本发明中源极金属(S)与半导体之间的接触是肖特基接触而不是常规结构中的欧姆接触，而且源极位于栅极(G)和漏极(D)之间；栅极是侧壁绝缘栅电极，在源极边缘通过刻蚀AlGaN和GaN形成的侧壁上。常规的凹槽栅_增强型AlGaN/GaN HEMT器件的导电通道有非栅控的2DEG沟道和栅区下方栅控2DEG沟道，栅压通过控制栅区下方2DEG沟道的电导来实现栅控；而本发明提供的增强型HMET器件的导电通道有非栅控的2DEG沟道和源极下方的垂直栅控隧穿通道，在侧壁绝缘栅极施加电压可以改变场控隧穿通道的导通状况，而对2DEG沟道没有太大影响。在侧壁绝缘栅极加较大正向电压时源极正下方的AlGaN势皇会变薄，即电子从源极金属隧穿到2DEG沟道的隧穿势皇变薄，电子隧穿的几率变大，即场控隧穿通道开启，大量电子可以直接隧穿过势皇并且进入2DEG中，并在漏极电压的作用下流向漏极，形成从漏极欧姆电极流向源极肖特基电极的电流，实现器件的开启；在栅极加较小正向电