專利名稱：基于溝道陣列結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體電子器件，尤其涉及一種基于溝道陣列結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)是由兩種以上不同半導(dǎo)體材料組成。由于不同半導(dǎo)體材料之間具有不同的物理化學(xué)參數(shù)(如電子親和勢、能帶結(jié)構(gòu)、介電常數(shù)、晶格常數(shù)等)，其接觸界面處會產(chǎn)生各種物理化學(xué)屬性的失配，從而使異質(zhì)結(jié)具有許多新特性。異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的基本結(jié)構(gòu)就是包含一個由寬帶隙材料和窄帶隙材料構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)。在該異質(zhì)結(jié)中，摻N型雜質(zhì)的寬帶隙材料作為電子的提供層向不摻雜窄帶隙材料提供大量電子，或者由于強(qiáng)極化材料的極化效應(yīng)引起大量電子，這些電子積累在由兩種材料導(dǎo)帶的能量差形成的三角形勢阱中形成二維電子氣。由于脫離了施主電離中心的散射，而呈現(xiàn)出很高的遷移率。利用高濃度、高遷移率的二維電子氣作為導(dǎo)電溝道，溝道中的電子濃度受到柵電壓的調(diào)制，在柵極兩側(cè)設(shè)置源區(qū)和漏區(qū)，即形成異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管。由于其具有非常高的截止頻率和振蕩頻率、高的電流密度、較小的短溝效應(yīng)以及良好噪聲性能，異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管在微波低噪聲放大器、高速數(shù)字集成電路、高速靜態(tài)隨機(jī)存儲器、高溫電路、功率放大器以及微波振蕩電路方面具有非常廣的應(yīng)用。目前，已經(jīng)有非常多的材料系統(tǒng)應(yīng)用于異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管，并且已經(jīng)取得了非常優(yōu)異的成果。如GaAs基異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管(HFET)在高頻、超高頻以及微波無線電頻率領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。而在毫米波段，與GaAs相比^P由于其優(yōu)越的性能受到人們的關(guān)注。InP的擊穿電場、電子平均速度均更高，而且在在異質(zhì)結(jié)InAlAs/lnGaAs界面處存在較大的導(dǎo)帶不連續(xù)性、二維電子氣密度大、溝道中電子遷移率高，所以InP基器件更適于高頻應(yīng)用。并且，Si/SiGe基和最近非常受關(guān)注的GaN基的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管等由于其材料以及形成異質(zhì)結(jié)后所具有的優(yōu)點，同樣也受到人們的關(guān)注。一般情況下，異質(zhì)結(jié)在沒有外偏壓的情況下就有很高密度的二維電子氣，形成的器件為耗盡型器件。然而，從應(yīng)用的角度來看，增強(qiáng)型的HEMT具有很多優(yōu)勢。例如，在高頻PA和LNA應(yīng)用方面，增強(qiáng)型HEMT可免去負(fù)性電壓源的使用，從而降低電路的復(fù)雜性和成本；在數(shù)字應(yīng)用方面，耗盡型和增強(qiáng)型HEMT的集成所形成的直接耦合場效應(yīng)晶體管邏輯(DCFL)可以提供最簡單的電路結(jié)構(gòu)；在功率電子應(yīng)用方面，由于系統(tǒng)可靠性和成本的要求，通常沒有負(fù)電源，因而應(yīng)用于功率電子系統(tǒng)的核心開關(guān)器件必須是增強(qiáng)型(常關(guān)型)器件。異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管一個重要應(yīng)用是在高頻、高速電路系統(tǒng)中，這就需要更高的器件截止頻率和最高振蕩頻率。目前，實現(xiàn)增強(qiáng)型HEMT器件的技術(shù)有槽柵技術(shù)、氟處理技術(shù)和ρ型柵的所謂GIT 技術(shù)，這些技術(shù)都存在一定的不足之處，尤其是在三族氮化物半導(dǎo)體HEMT方面，比如槽柵技術(shù)的工藝控制難度很大，氟處理技術(shù)和GIT技術(shù)的可靠性還有待驗證。另外，基于普通的HEMT結(jié)構(gòu)，器件的頻率性能的提升主要依賴于減小柵長，現(xiàn)在的技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了柵長30-50nm的器件，如果需要進(jìn)一步提高器件的頻率特性，將不可避免的遇到巨大的工藝難度?；谝陨显?，我們提出一種新的HEMT器件結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)器件閾值電壓大范圍的調(diào)整，甚至實現(xiàn)增強(qiáng)型器件，并且能夠在柵長相同的情況下，有效提高器件的頻率性能。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種新結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管，以滿足實際應(yīng)用的需要。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案一種基于溝道陣列結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管，包括異質(zhì)結(jié)，所述異質(zhì)結(jié)包括由上到下層疊設(shè)置的第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層，所述第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層界面處形成有二維電子氣，所述第一半導(dǎo)體層上設(shè)置有源極、漏極和柵極，所述柵極設(shè)置于源極和漏極之間，其特征在于所述柵極下方的異質(zhì)結(jié)內(nèi)形成有一條以上溝道，且所述電子溝道兩端分別指向源極和漏極。進(jìn)一步的講，所述柵極下方的異質(zhì)結(jié)內(nèi)設(shè)有由復(fù)數(shù)條并列設(shè)置的溝道組成的溝道陣列。所述溝道的上端面和兩側(cè)壁上連續(xù)覆設(shè)用于構(gòu)成柵極的柵金屬層。優(yōu)選的，所述溝道的上端面和兩側(cè)壁與柵金屬層之間還設(shè)置有絕緣層或氧化層。所述溝道的寬度在Inm 10 μ m。所述柵金屬層自所述溝道兩端之間的一選定位置延展至覆蓋溝道靠近源極或漏極的一端邊緣部上。所述柵金屬層分布在所述溝道的兩端之間。所述柵極與異質(zhì)結(jié)之間形成肖特基接觸、金屬-絕緣層-半導(dǎo)體接觸或者金屬-氧化層-半導(dǎo)體接觸。所述異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管還包括場板結(jié)構(gòu)。所述異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管中采用平面隔離或臺面隔離。一種基于溝道陣列結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管，包括異質(zhì)結(jié)，所述異質(zhì)結(jié)包括由上到下層疊設(shè)置的第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層，所述第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層界面處形成有二維電子氣，所述第一半導(dǎo)體層上設(shè)置有源極、漏極和柵極，所述柵極設(shè)置于源極和漏極之間，其特征在于所述柵極下方的異質(zhì)結(jié)內(nèi)形成有一條以上溝道，所述溝道兩端分別指向源極和漏極，且所述溝道的上端面和兩側(cè)壁上連續(xù)覆設(shè)用于構(gòu)成柵極的柵金屬層；所述第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層分別為由至少一種半導(dǎo)體材料形成的層狀結(jié)構(gòu)或由兩種以上半導(dǎo)體材料或其組合形成的疊層結(jié)構(gòu)。所述溝道為復(fù)數(shù)條，其并列設(shè)置形成溝道陣列，且每一溝道寬度在Inm ΙΟμπι。優(yōu)選的，所述第一半導(dǎo)體層為feiN、AlxGa1^xN, A1N、InxAl1^xN, InxAlyGa1^yN, InxAl1^xAs, InxGa1^xAs, AlxGa1^xAs和LxAl^Sb中的任意一種材料形成的層狀結(jié)構(gòu)或任意兩種以上材料或其組合形成的疊層結(jié)構(gòu)，其中，0彡χ彡1，0彡Y彡1，且0彡x+Y彡1。
優(yōu)選的，所述第二半導(dǎo)體層為 feiN、AlxGa1^xN, A1N、InxAl1^xN, InxAlyGa1^yN, InxAl^xAs, InxGa1^xAs,AlxGa1^xAs和LP中的任意一種材料形成的層狀結(jié)構(gòu)或任意兩種以上材料或其組合形成的疊層結(jié)構(gòu)，其中，0彡χ彡1，0彡Y彡1，且0彡x+Y彡1。當(dāng)然，前述第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層亦可由除上述材料之外的，本領(lǐng)域技術(shù)人員習(xí)知的其他半導(dǎo)體材料形成。該新結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的工作原理為對于單個溝道來說，柵金屬覆蓋在溝道上。柵極對溝道的調(diào)制除了上面的來自垂直方向上的調(diào)制，還有來自側(cè)墻兩側(cè)的調(diào)制，因為當(dāng)溝道寬度減小時，來自側(cè)墻兩側(cè)的柵調(diào)控不可忽略，從而形成環(huán)柵效應(yīng)。這種環(huán)柵結(jié)構(gòu)可以帶來以下幾點影響(1)環(huán)柵結(jié)構(gòu)增加的側(cè)墻的柵調(diào)制，將增大器件的調(diào)控能力，從而帶來器件跨導(dǎo)的增加，同時也帶來柵電容的增加。通過工藝調(diào)整，使跨導(dǎo)增加量大于柵電容的增加，則可帶來器件截止頻率的提高；(2)柵控能力的增加，在相比于傳統(tǒng)器件在施加同樣?xùn)艍旱那闆r下，溝道結(jié)構(gòu)將耗盡更多的二維電子氣，引起器件閾值電壓的正向漂移；(3)這種環(huán)柵結(jié)構(gòu)使每個溝道的電場更加均勻，在這種均勻電場和高電場的情況下，溝道內(nèi)的電子可以獲得更大的能量，這可能使溝道內(nèi)的聲學(xué)聲子和谷間聲子散射成為主要散射機(jī)制，而這種散射對晶格溫度有非常弱的敏感性。因此，在高溫下新結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管可以保持穩(wěn)定的漏端飽和電流。進(jìn)一步分析，由于溝道的引入，單條溝道的電流相比于傳統(tǒng)器件要小得多，所以散熱要比傳統(tǒng)器件更好，因此可以有效的抑制傳統(tǒng)異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管中存在的自熱效應(yīng)。 在一些強(qiáng)極化材料的異質(zhì)結(jié)中(如GaN材料體系)，溝道內(nèi)的二維電子氣主要是由極化效應(yīng) (自發(fā)極化和壓電極化)引起的。而在溝道邊緣處，由于應(yīng)力釋放，壓電極化效應(yīng)消失，溝道邊緣的界面處由極化效應(yīng)引起的這部分二維電子氣也將消失，從而使器件的閾值電壓進(jìn)一步往正向漂移。最后，當(dāng)做上柵極時，由于柵金屬與半導(dǎo)體之間的功函數(shù)差，在柵極下方、溝道邊緣處的二維電子氣將被進(jìn)一步耗盡，如果沒有柵極的器件的閾值電壓已經(jīng)在負(fù)向非常接近于零值，柵金屬的施加將可能使器件的閾值電壓漂變成正值，從而形成增強(qiáng)型異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管。該新結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管可以采用傳統(tǒng)的半導(dǎo)體微加工技術(shù)完成，可以使用的設(shè)備包括光刻系統(tǒng)(如電子束光刻、離子束光刻、浸入式光刻、分布式曝光以及光學(xué)曝光等設(shè)備)、納米壓印、刻蝕設(shè)備(RIE、ICP等)、離子注入設(shè)備等。


圖Ia是實施例1中基于溝道陣列結(jié)構(gòu)的肖特基柵異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的三維結(jié)構(gòu)示意圖；圖Ib是實施例1中基于溝道陣列結(jié)構(gòu)的肖特基柵異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的俯視圖；圖Ic是實施例1中基于溝道陣列結(jié)構(gòu)的肖特基柵異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的局部放大圖；圖2是圖1中肖特基柵的溝道陣列的剖面結(jié)構(gòu)示意圖3是實施例2中金屬-絕緣層-半導(dǎo)體(MIS)接觸的溝道陣列的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是實施例3中單條溝道的肖特基柵異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管三維結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是實施例4中柵金屬與溝道陣列邊緣靠近源極一端交疊的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的三維結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是實施例5中柵金屬與溝道陣列邊緣靠近漏極一端交疊的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管，其核心設(shè)計思想是采用溝道陣列結(jié)構(gòu)，其基本結(jié)構(gòu)如圖Ia Ic所示。在異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的源漏之間、柵極下面制作出溝道陣列，溝道陣列的結(jié)構(gòu)如圖2所示，是由一個或多個溝道并聯(lián)形成。概括的講，實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案為基于溝道陣列結(jié)構(gòu)的新結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管，在傳統(tǒng)異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上引入了溝道陣列結(jié)構(gòu)，所述溝道陣列是由位于源漏之間、柵極下方的一個或多個溝道并聯(lián)形成。具體而言，所述的溝道陣列結(jié)構(gòu)適用于一切基于異質(zhì)結(jié)界面處二維電子氣工作的半導(dǎo)體電子器件。所述異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的隔離可以采用平面隔離或臺面隔離。優(yōu)選的，所述的所述溝道陣列中溝道寬度可以從幾個納米到幾個微米，S卩Inm 10 μ m的范圍。所述溝道陣列中溝道的平面幾何形狀為規(guī)則形狀或非規(guī)則形狀。所述的溝道陣列，可以是單條溝道，也可以是多條溝道。所述的溝道陣列中，并列的溝道尺寸為相同尺寸或非相同尺寸；并列的溝道形狀為相同形狀或非相同形狀。所述的柵金屬覆蓋在溝道陣列上。所述的柵金屬與溝道陣列邊緣靠近源端或漏端的一邊交疊，或者不跟溝道陣列的邊緣交疊。所述的柵金屬的形狀為普通、T形或V形柵；柵金屬尺寸為亞微米或更大尺寸。所述的柵金屬與半導(dǎo)體形成的接觸可以是肖特基接觸，或者為了進(jìn)一步減小柵泄漏電流和增加器件的擊穿電壓，也可以采用金屬-絕緣層-半導(dǎo)體接觸或者金屬-氧化層-半導(dǎo)體接觸。所述的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)中可以沒有場板，或者也可加入場板以提高器件的擊穿電壓，提高器件的性能。需要說明的是，本發(fā)明中所述的溝道系本領(lǐng)域技術(shù)人員所習(xí)知的導(dǎo)電溝道，其實際上是在位于所述柵極下方的異質(zhì)結(jié)內(nèi)形成的兩端分別指向源極和漏極的條帶，該條帶兩側(cè)分別設(shè)有自第一半導(dǎo)體層深入第二半導(dǎo)體層的槽，同時該條帶上端面及兩側(cè)壁上連續(xù)覆設(shè)柵極金屬層。而前述的溝道陣列，即是由平行分布的若干條帶構(gòu)成的陣列結(jié)構(gòu)。為使本發(fā)明異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的實質(zhì)結(jié)構(gòu)特征、實現(xiàn)方法及有益效果更易于理解，以下結(jié)合若干較佳實施例及其附圖對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步非限制性的詳細(xì)說明。實施例1參閱圖la，該基于溝道陣列結(jié)構(gòu)的肖特基柵異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管由異質(zhì)結(jié)外延材料(包括半導(dǎo)體1和半導(dǎo)體2、、源極3、漏極4、溝道陣列5以及柵極6組成。其中，組成異質(zhì)結(jié)的半導(dǎo)體1和半導(dǎo)體2可以是可以在異質(zhì)結(jié)處形成二維電子氣7的任意半導(dǎo)體材料。 溝道內(nèi)的二維電子氣7通過柵極6進(jìn)行調(diào)整控，從而控制器件處于截止區(qū)、線性區(qū)以及飽和區(qū)。溝道陣列5由多個溝道8并聯(lián)而成，位于源極3和漏極4之間、柵極6下方的有源區(qū)內(nèi)。 在本實施例中，柵極6處于溝道陣列5之間，這可在圖Ib和圖Ic中清晰的看出。而由圖2 可知，柵金屬6覆蓋在溝道8頂部和兩側(cè)，形成環(huán)柵結(jié)構(gòu)對異質(zhì)結(jié)溝道進(jìn)行調(diào)控。按照本實施例所述結(jié)構(gòu)，以AlGaN/GaN HEMT為例，采用溝道8寬度為70nm，共1000條溝道并聯(lián)，柵極 6金屬厚度為300nm，柵極6長度為300nm，柵極6和源極3間距2 μ m,柵極6和漏極4間距 3 μ m的結(jié)構(gòu)設(shè)計，相比于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的器件，可以實現(xiàn)閾值電壓為0. 15V增強(qiáng)型的AlGaN/GaN HEMT，并且在器件的跨導(dǎo)增加五倍，寄生柵電容增加兩倍的情況下，可以使器件的截止頻率至少提高兩倍。實施例2參閱圖3，該基于溝道陣列結(jié)構(gòu)的絕緣柵異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管包括半導(dǎo)體1、半導(dǎo)體2、絕緣介質(zhì)層9以及柵極6。異質(zhì)結(jié)界面處存在高密度的二維電子氣7。絕緣介質(zhì)層覆蓋在溝道陣列5上方，最上面覆蓋的是柵金屬以調(diào)制溝道內(nèi)的二維電子氣。其中，絕緣介質(zhì)層可以是氧化物(如二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鉿等)，也可以是非氧化物介質(zhì)層(如氮化硅、氮化鋁等)。根據(jù)本實施例，以AWaN/GaN HEMT為例，在柵極6金屬與AWaN之間采用 ALD的方式淀積一層厚度為IOnm的Al2O3，可以使柵泄漏電流降低四個數(shù)量級，有效的增強(qiáng)了柵極對溝道的控制能力。實施例3參閱圖4，該單條溝道異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管包含半導(dǎo)體1、半導(dǎo)體2、源極3、漏極4、 溝道8以及柵極6。在異質(zhì)結(jié)界面處存在高密度的二維電子氣7。該器件由單條溝道8組成，柵極6覆蓋在溝道8的兩側(cè)，對異質(zhì)界面處的二維電子氣7進(jìn)行調(diào)制。源極3接地，漏極 4加正向電壓使溝道電子從源極3流向漏極4。按照本實施例，以AWaN/GaN異質(zhì)結(jié)為例， 溝道8的寬度為500nm，柵極6金屬厚度為300nm，柵極6長度為300nm，得到器件在Vgs = 1. 5V時的飽和漏電流為850mA/mm，最大峰值跨導(dǎo)為195mS/mm，相比于傳統(tǒng)AlGaN/GaN HEMT 器件在Vgs = 1. 5V時的飽和漏電流570mA/mm，最大峰值跨導(dǎo)為15&iiS/mm。器件的飽和漏電流和最大峰值跨導(dǎo)都有所增加。實施例4參閱圖5，本實施例中，柵極10與溝道陣列5邊緣靠近源極3的一邊交疊。整個晶體管由異質(zhì)結(jié)外延材料(包括半導(dǎo)體1和半導(dǎo)體幻、源極3、漏極4、溝道陣列5以及柵極 7組成。柵極7沒有處在溝道陣列5之間，而是一部分覆蓋住溝道陣列5，而另一部分覆蓋在溝道陣列5與源極3之間的有源區(qū)上。從而形成柵極7與溝道陣列5邊緣靠近源極3的一邊相交疊的結(jié)構(gòu)。按照本實施例，以AKiaN/GaN HEMT器件為例，溝道陣列5中單條溝道 8的寬度為200nm，溝道8長度為1 μ m，共1000條，柵極10金屬厚度為300nm，柵極10長度為500nm，覆蓋在溝道陣列5上的柵極10金屬部分的長度為300nm。溝道陣列器件相比于傳統(tǒng)的器件的跨導(dǎo)增加五倍，寄生柵電容增加兩倍的情況下，可以使器件的截止頻率至少提高兩倍。實施例5參閱圖6，本實施例中柵極11與溝道陣列5邊緣靠近漏極4的一邊交疊。整個晶體管由異質(zhì)結(jié)外延材料(包括半導(dǎo)體1和半導(dǎo)體2、、源極3、漏極4、溝道陣列5以及柵極 11組成。柵極11沒有處在溝道陣列5之間，而是一部分覆蓋住溝道陣列5，而另一部分覆蓋在溝道陣列5與漏極4之間的有源區(qū)上。從而形成柵極11與溝道陣列5邊緣靠近漏極4 的一邊相交疊的結(jié)構(gòu)。按照此實施例，以MGaN/GaN HEMT器件為例，溝道陣列中單條溝道 8的寬度為200nm，溝道8長度為Ιμπι，共1000條，柵極11金屬厚度為300nm，柵極11長度為500nm，覆蓋在溝道陣列5上的柵極11金屬部分的長度為300nm。溝道陣列器件相比于傳統(tǒng)的器件的跨導(dǎo)增加五倍，寄生柵電容增加兩倍的情況下，可以使器件的截止頻率至少提高兩倍。以上分別以溝道陣列結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的肖特基柵的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管(實施例1、 實施例4以及實施例幻、單條溝道的場效應(yīng)晶體管(實施例幻以及絕緣柵的場效應(yīng)晶體管 (實施例2)為例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行了說明。而在實際設(shè)計中，溝道陣列結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于有場板或沒有場板的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管；對應(yīng)每個溝道，并列的溝道尺寸可以為相同尺寸或非相同尺寸；形狀可以為相同形狀或非相同形狀。因此，上述實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于溝道陣列結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管，包括異質(zhì)結(jié)，所述異質(zhì)結(jié)包括由上到下層疊設(shè)置的第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層，所述第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層界面處形成有二維電子氣，所述第一半導(dǎo)體層上設(shè)置有源極、漏極和柵極，所述柵極設(shè)置于源極和漏極之間，其特征在于所述柵極下方的異質(zhì)結(jié)內(nèi)形成有一條以上溝道，且所述溝道兩端分別指向源極和漏極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于溝道陣列結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管，其特征在于所述柵極下方的異質(zhì)結(jié)內(nèi)設(shè)有由復(fù)數(shù)條并列設(shè)置的溝道組成的溝道陣列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于溝道陣列結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管，其特征在于 所述溝道的上端面和兩側(cè)壁上連續(xù)覆設(shè)用于構(gòu)成柵極的柵金屬層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于溝道陣列結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管，其特征在于所述溝道的上端面和兩側(cè)壁與柵金屬層之間還設(shè)置有絕緣層或氧化層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的基于溝道陣列結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管，其特征在于所述溝道的寬度在Inm 10 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于溝道陣列結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管，其特征在于所述柵金屬層自所述溝道兩端之間的一選定位置延展至覆蓋溝道靠近源極或漏極的一端邊緣部上。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于溝道陣列結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管，其特征在于所述柵金屬層分布在所述溝道的兩端之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于溝道陣列結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管，其特征在于所述柵極與異質(zhì)結(jié)之間形成肖特基接觸、金屬-絕緣層-半導(dǎo)體接觸或者金屬-氧化層-半導(dǎo)體接觸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于溝道陣列結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管，其特征在于所述異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管還包括場板結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于溝道陣列結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管，其特征在于所述異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管中采用平面隔離或臺面隔離。
11.一種基于溝道陣列結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管，包括異質(zhì)結(jié)，所述異質(zhì)結(jié)包括由上到下層疊設(shè)置的第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層，所述第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層界面處形成有二維電子氣，所述第一半導(dǎo)體層上設(shè)置有源極、漏極和柵極，所述柵極設(shè)置于源極和漏極之間，其特征在于所述柵極下方的異質(zhì)結(jié)內(nèi)形成有一條以上溝道，所述溝道兩端分別指向源極和漏極， 且所述溝道的上端面和兩側(cè)壁上連續(xù)覆設(shè)用于構(gòu)成柵極的柵金屬層；所述第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層分別為由至少一種半導(dǎo)體材料形成的層狀結(jié)構(gòu)或由兩種以上半導(dǎo)體材料或其組合形成的疊層結(jié)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的基于溝道陣列結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管，其特征在于 所述溝道為復(fù)數(shù)條，其并列設(shè)置形成溝道陣列，且每一溝道寬度在Inm ΙΟμπι。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或11所述的基于溝道陣列結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管，其特征在于所述第一半導(dǎo)體層為 GaNjlxfeihlAlN、InxAl1^xN, InxAlyGa1^yN,InxAl^xAs,InxGa1^xAs, AlxGi^xAs和MxAlhSb中的任意一種材料形成的層狀結(jié)構(gòu)或任意兩種以上材料或其組合形成的疊層結(jié)構(gòu)，其中，0彡X彡1,0 ^ Y^ 1，且0彡X+Y彡1。
14.根據(jù)權(quán)利要求1或11所述的基于溝道陣列結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管，其特征在于所述第二半導(dǎo)體層為 GaNjlxfeihlAlN、InxAl1^xN, InxAlyGa1^yN,InxAl^xAs,InxGa1^xAs, AlxGa1^xAs和MP中的任意一種材料形成的層狀結(jié)構(gòu)或任意兩種以上材料或其組合形成的疊層結(jié)構(gòu)，其中，0彡χ彡1，0彡Y彡1，且0彡x+Y彡1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于溝道陣列結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管，其包括異質(zhì)結(jié)，所述異質(zhì)結(jié)包括由上到下層疊設(shè)置的第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層，所述第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層界面處形成有二維電子氣，所述第一半導(dǎo)體層上設(shè)置有源極、漏極和柵極，所述柵極設(shè)置于源極和漏極之間，所述柵極下方的異質(zhì)結(jié)內(nèi)形成有一條以上溝道，且所述溝道兩端分別指向源極和漏極。本發(fā)明采用基于溝道陣列的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并通過將柵金屬覆蓋在溝道的頂部和兩邊的側(cè)壁形成環(huán)柵結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)了對溝道的調(diào)制能力。本發(fā)明適用于一切基于異質(zhì)結(jié)界面處二維電子氣工作的半導(dǎo)體電子器件，并可同時滿足實際應(yīng)用的各種要求。
文檔編號H01L29/205GK102201442SQ20111008301
公開日2011年9月28日 申請日期2011年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月2日
發(fā)明者劉勝厚, 張寶順, 蔡勇 申請人:中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所