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CN103715086A - 一种增强型器件的制造方法 - Google Patents

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程凯
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SUZHOU JINGZHAN SEMICONDUCTOR CO Ltd
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Abstract

本发明公开了一种增强型器件的制造方法，所述方法包括：提供一衬底；在所述衬底上沉积氮化物沟道层，氮化物沟道层上定义有栅极区、源极区和漏极区，所述氮化物沟道层上的栅极区形成有至少一个非平面结构；在所述氮化物沟道层上沉积氮化物势垒层，氮化物势垒层形成有至少一个非平面结构；在所述氮化物势垒层上形成栅极、源极和漏极。本发明不需要对氮化物势垒层做刻蚀，避免了有源区的损伤带来的器件性能下降，比如说低电流密度或者电流崩塌等效应。另外，也不需要用到引入Mg原子实现p型氮化物，避免了对MOCVD或者MBE腔体的污染。

Description

一种增强型器件的制造方法
技术领域
本发明涉及半导体电子技术领域，特别是涉及一种增强型器件的制造方法。
背景技术
第三代半导体材料氮化镓具有禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、击穿场强高、导热性能好等特点，在电子器件方面，氮化镓材料比硅和砷化镓更适合于制作高温、高频、高压和大功率的半导体器件。
由于AlGaN/GaN异质结构中存在较强的二维电子气，通常采用AlGaN/GaN异质结形成的高电子迁移率晶体管(High Electron MobilityTransistor；HEMT)都是耗尽型器件，对于增强型器件则不易实现。而在许多地方耗尽型器件的应用又具有一定的局限性，比如在功率开关器件的应用中，需要增强型(常关型)开关器件。增强型氮化镓开关器件主要用于高频器件、功率开关器件和数字电路等，它的研究具有十分重要的意义。
实现增强型氮化镓开关器件，需要找到合适的方法来降低零栅压时栅极下方的沟道载流子浓度。一种方法是在栅极处采用刻蚀结构，局部减薄栅极下面的铝镓氮层的厚度，达到控制或降低栅极下二维电子气浓度的目的，如图1所示，缓冲层11、氮化镓层12、铝镓氮层13分别位于衬底10上，栅极14、源极15以及漏极16分别位于铝镓氮层13上，其中在栅极4下方铝镓氮层被局部刻蚀，从而减薄了栅极区的铝镓氮层厚度。另外一种办法是在栅极下面选择性保留p型(Al)GaN，通过p型(Al)GaN来提拉铝镓氮/氮化镓异质结处的导带能级，形成耗尽区，从而实现增强型器件；如图2所示，在栅极14’下方通过选择性保留了局部p型氮化物17。还有一种办法是氟化物等离子处理技术，在势垒层中注入氟离子等带负电的离子，控制注入离子浓度可以耗尽导电沟道中的二维电子气，需要用很强的负离子来夹断沟道，如图3所示，在栅极14’’下方的势垒层13中注入负电离子18。
但是，这些办法都有一定的不足之处。在第一种方法中，阈值电压一般在0V-1V左右，未达到应用的阈值电压3V-5V，为了达到较高的阈值电压和工作电压，还需要增加额外的介质层，如原子层沉积的三氧化二铝，但是，这个介质层与铝镓氮表面的界面态如何控制，是一个悬而未决的大问题。在第二种方法中，需要选择性刻蚀掉除了栅极下面以外的所有区域，如何实现刻蚀厚度的精确控制，也是非常具有挑战性的，另外，由于刻蚀中带来的缺陷，以及p型铝镓氮中残余的镁原子，会引起严重的电流崩塌效应。还有就是由于空穴密度的不足(一般而言，p型氮化镓中空穴的浓度不会超过1E18/cm3)，AlGaN/GaN异质结中的二维电子气的密度会受到很大的限制。如果二维电子气中电子的密度过高，就无法实现增强型的器件了，所以增强型器件的AlGaN/GaN异质结中，铝的含量通常低于20%，如15%左右。在第三种方法中，氟化物等离子处理会破坏晶格结构，工艺重复控制性也较差，对器件的稳定性和可靠性造成了比较大的影响。
因此，针对上述技术问题及改进方法，有必要提供一种新的增强型器件的制造方法。
发明内容
正如背景技术中所述，氮化镓材料在运用到增强型器件中的时候，需要控制零栅压时沟道中的载流子浓度。然而现有的工艺中，无论是减薄栅极下方的氮化物势垒层的厚度，还是在栅极下方保留一层p型氮化物，或者在势垒层中注入负离子，都会因为工艺问题对器件的稳定性和可靠性产生比较大的影响。
因此，本发明公开了一种增强型器件的制造方法，该增强型器件实现夹断二维电子气的原理是根据III族氮化物是一种极性半导体的特点，请参见图4和图5，同传统的III-V族半导体不同，III族氮化物中存在很强的内建电场。如果在C(0002)平面形成AlInGaN/GaN异质结，即使在AlInGaN层不进行n型掺杂，在所述异质结当中也会产生浓度很高的二维电子气。其原因就是III族氮化物内的自发极化电场和由于应力引起的压电电场。此二维电子气的浓度可以超过1E13/cm2。但是，III族氮化物中的自发极化电场和压电电场只存在于<0002>方向，而非极性方向，即与<0002>方向垂直的方向，包括<1-100>、<11-20>等则不存在自建电场。对于半极性方向来说，例如在<0002>与<1-100>或者<11-20>之间的方向，该方向上的内建电场强度也远远小于<0002>方向。
因此，在极化方向生长的氮化镓异质结结构中，不需要故意掺杂就可以生成电子浓度很高的二维电子气。但是，对于氮化镓材料的非极性面或者半极性面，由于极化场强几乎没有或者很低，在没有掺杂的情况下就不会生成二维电子气。利用氮化镓材料的此特点，在本发明中，我们通过在衬底中制作凹槽、凸起和台阶等形式，控制外延的参数，把衬底的形状转移到沟道层，使得沟道层的栅极区域形成了非平面结构，利用非平面结构中产生的氮化物非极性面、半极性面或者二者组合，造成栅极区域二维电子气的中断，从而实现了增强型器件。
由于这种增强型器件在制作时，把衬底的形状转移到了沟道层，使得沟道层的栅极区域形成了非平面结构，非平面结构中产生的氮化物非极性面、半极性面或者二者组合会引起二维电子气的中断，所以不需要对势垒层做刻蚀，避免了有源区的损伤带来的器件性能下降，比如说低电流密度或者电流崩塌等效应。另外，也不需要用到引入Mg原子实现p型氮化物，避免了对MOCVD或者MBE腔体的污染。
为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：
一种增强型器件的制造方法，所述方法包括：
S1、提供一衬底；
S2、在所述衬底上沉积氮化物沟道层，所述氮化物沟道层上定义有栅极区、源极区和漏极区，所述氮化物沟道层的栅极区形成有至少一个非平面结构；
S3、在所述氮化物沟道层上沉积氮化物势垒层，所述氮化物势垒层形成有至少一个非平面结构，形成氮化物沟道层/氮化物势垒层异质结，所述非平面结构处存在氮化物的非极性面或半极性面或其组合，氮化物沟道层/氮化物势垒层异质结沟道中的二维电子气至少部分形成中断；
S4、在所述氮化物势垒层上形成栅极、源极和漏极，栅极、源极和漏极分别位于氮化物沟道层上栅极区、源极区和漏极区的上方，所述栅极位于源极和漏极之间。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S1还包括：
在衬底中制作至少一个非平面结构。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S1还包括：
在所述衬底上沉积氮化物缓冲层，在氮化物缓冲层上制作至少一个非平面结构。
作为本发明的进一步改进，所述非平面结构包括凹槽、凸起和台阶。
作为本发明的进一步改进，所述凹槽的截面形状包括矩形、三角形、梯形、锯齿形、多边形、半圆形、U形中的一种或多种的组合。
作为本发明的进一步改进，所述凸起的截面形状包括矩形、三角形、梯形、锯齿形、多边形、半圆形、U形中的一种或多种的组合。
作为本发明的进一步改进，所述台阶的截面为垂直面、或斜坡面、或弧形面、或非规则形状的面。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S1还包括：在衬底上沉积氮化物成核层。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S3后还包括：在氮化物势垒层上沉积介质层。
作为本发明的进一步改进，所述介质层为SiN、SiCN、SiO2、SiAlN、Al2O3、AlON、SiON、HfO2、HfAlO中的一种或多种的组合。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S3后还包括：在氮化物势垒层上沉积氮化物冒层，所述氮化物冒层为氮化镓或铝镓氮。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S2后还包括：在氮化物沟道层上沉积氮化铝中间层。
本发明增强型器件的制造方法不需要对氮化物势垒层做刻蚀，避免了有源区的损伤带来的器件性能下降，比如说低电流密度或者电流崩塌等效应。另外，也不需要用到引入Mg原子实现p型氮化物，避免了对MOCVD或者MBE腔体的污染。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中通过减薄栅极下面的铝镓氮层的厚度达到控制或降低栅极下二维电子气浓度的增强型器件结构示意图；
图2为现有技术中通过在栅极下面选择性保留p型(Al)GaN，以提拉铝镓氮/氮化镓异质结处的导带能级，形成耗尽区的增强型器件结构示意图；
图3为现有技术中在栅极下面采用氟离子处理的增强型器件结构示意图；
图4为氮化物晶格结构的示意图；
图5为氮化物中不同方向上的内建电场分布示意图；
图6A-6G本发明第一实施方式的增强型器件的制造流程示意图，其中，图6G为第一实施方式中增强型器件的结构示意图；
图7A-7G本发明第二实施方式的增强型器件的制造流程示意图，其中，图7G为第二实施方式中增强型器件的结构示意图；
图8A-8G本发明第三实施方式的增强型器件的制造流程示意图，其中，图8G为第三实施方式中增强型器件的结构示意图；
图9A-9G本发明第四实施方式的增强型器件的制造流程示意图，其中，图9G为第四实施方式中增强型器件的结构示意图；
图10为本发明第五实施方式的增强型器件的结构示意图；
图11为本发明第六实施方式的增强型器件的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
此外，在不同的实施例中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚地叙述本发明，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间具有任何关联性。
请参见图6，图6A-6G本发明第一实施方式的增强型器件的制造流程示意图，其中图6G为第一实施方式中增强型器件的结构示意图。
参图6G所示，本实施方式中增强型器件包括：
衬底1；
位于衬底1上的氮化物成核层2；
位于氮化物成核层2上的氮化物缓冲层3；
位于氮化物缓冲层3上的氮化物沟道层4；
位于氮化物沟道层4上的氮化物势垒层5，氮化物沟道层4和氮化物势垒层5形成氮化物沟道层4/氮化物势垒层5异质结；
位于氮化物势垒层5上的介质层6，介质层6为SiN、SiCN、SiO2、SiAlN、Al2O3、AlON、SiON、HfO2、HfAlO中的一种或多种的组合；
位于介质层6上的栅极7、氮化物势垒层5上的源极8和漏极9，栅极8位于源极8和漏极9之间；
其中，氮化物沟道层4和氮化物势垒层5上位于栅极下方区域设有至少一个非平面结构，非平面结构处存在氮化物的非极性面或半极性面或其组合，氮化物沟道层4/氮化物势垒层5异质结沟道中的二维电子气在栅极下方区域至少部分形成中断。
在本实施方式中，衬底1、氮化物成核层2、氮化物缓冲层3、氮化物沟道层4、氮化物势垒层5以及介质层6上均设有非平面结构，且非平面结构设置为矩形凹槽。
参图6A-6G所示，该实施方式中增强型器件的制造方法包括步骤：
（1）参见图6A，提供一衬底1，在衬底1中制作矩形凹槽，该衬底的材料可以为蓝宝石、碳化硅、硅、铌酸锂、SOI、氮化镓和氮化铝等。
（2）参见图6B，在衬底1上沉积氮化物成核层2，如AlN等。
（3）参见图6C，在氮化物成核层2上沉积氮化物缓冲层3，如AlGaN等。
（4）参见图6D，在氮化物缓冲层3上沉积氮化物沟道层4，如GaN等，该氮化物沟道层4中有从衬底的凹槽中转移过来的凹槽41，该凹槽41的位置对应定义在外延多层结构上的栅极区域。根据III族氮化物的自发极化效应和压电效应，该氮化物沟道层4的表面为极性面，即(0002)面，而凹槽41的至少两个侧面与氮化物沟道层4的表面形成一定的角度，即这些侧面处于非<0002>方向上，比如(1-100)面、(11-20)面、(1-101)面、(11-22)面等等。
（5）参见图6E，在氮化物沟道层4上沉积氮化物势垒层5，氮化物势垒层5位于该凹槽41上方的部分也具有与该凹槽41对应的凹槽51，根据上述分析，凹槽处存在氮化物的非极性面或半极性面或其组合，这样一来，形成在氮化物沟道层4/氮化物势垒层5异质结沟道中的二维电子气在栅极区域形成中断，因而在栅压为零时，能够使栅极的载流子浓度得到有效的控制。
（6）参见图6F，在氮化物势垒层5上沉积介质层6，介质层6的选择可以是SiN、SiCN、SiO2、SiAlN、Al2O3、AlON、SiON、HfO2、HfAlO中的一种或多种的组合。该介质层6可以起到钝化层的作用。
（7）参见图6G，栅极7形成在该栅极区的介质层6之上，该栅极6的至少部分可以形成在沟道之中，使栅极7具有T型结构，通常栅极7需要与氮化物势垒层5形成MIS或者MOSFET结构。源极8和漏极9则分别形成在源极区和漏极区，该源极8和漏极9则与氮化物势垒层5形成欧姆接触。
在本实施方式中，凹槽41为矩形凹槽，在其他实施方式中凹槽41也可以为其它形状，比如截面形状为三角形、梯形、锯齿形、多边形、半圆形、U形中的一种或多种的组合等等。
本实施方式中的氮化物成核层2、氮化物缓冲层3和介质层6为可选的，在其他实施方式中可以不生长氮化物成核层2、氮化物缓冲层3和介质层6或仅生长氮化物成核层2、氮化物缓冲层3和介质层6中的部分。进一步地，氮化物势垒层上还可以生长氮化物冒层，氮化物冒层可为氮化镓或铝镓氮；氮化物势垒层和氮化物沟道层之间还可生长氮化铝中间层。
请参见图7，图7A-7G本发明第二实施方式的增强型器件的制造流程示意图，其中图7G为第二实施方式中增强型器件的结构示意图。
参图7G所示，本实施方式中增强型器件包括：
衬底1；
位于衬底1上的氮化物成核层2；
位于氮化物成核层2上的氮化物缓冲层3；
位于氮化物缓冲层3上的氮化物沟道层4；
位于氮化物沟道层4上的氮化物势垒层5，氮化物沟道层4和氮化物势垒层5形成氮化物沟道层4/氮化物势垒层5异质结；
位于氮化物势垒层5上的介质层6，介质层6为SiN、SiCN、SiO2、SiAlN、Al2O3、AlON、SiON、HfO2、HfAlO中的一种或多种的组合；
位于介质层6上的栅极7、氮化物势垒层5上的源极8和漏极9，栅极8位于源极8和漏极9之间；
其中，氮化物沟道层4和氮化物势垒层5上位于栅极下方区域设有至少一个非平面结构，非平面结构处存在氮化物的非极性面或半极性面或其组合，氮化物沟道层4/氮化物势垒层5异质结沟道中的二维电子气在栅极下方区域至少部分形成中断。
在本实施方式中，衬底1、氮化物成核层2、氮化物缓冲层3、氮化物沟道层4、氮化物势垒层5以及介质层6上均设有非平面结构，且非平面结构设置为矩形凸起。
参图7A-7G所示，该实施方式中增强型器件的制造方法包括步骤：
（1）参见图7A，提供一衬底1，在衬底1中制作矩形凸起，该衬底的材料可以为蓝宝石、碳化硅、硅、铌酸锂、SOI、氮化镓和氮化铝等。
（2）参见图7B，在衬底1上沉积氮化物成核层2，如AlN等。
（3）参见图7C，在氮化物成核层2上沉积氮化物缓冲层3，如AlGaN等。
（4）参见图7D，在氮化物缓冲层3上沉积氮化物沟道层4，如GaN等，该氮化物沟道层4中有从衬底的凸起中转移过来的凸起42，该凸起42的位置对应定义在外延多层结构上的栅极区域。根据III族氮化物的自发极化效应和压电效应，该氮化物沟道层4的表面为极性面，即(0002)面，而凸起42的至少两个侧面与氮化物沟道层4的表面形成一定的角度，即这些侧面处于非<0002>方向上，比如(1-100)面、(11-20)面、(1-101)面、(11-22)面等等。
（5）参见图7E，在氮化物沟道层4上沉积氮化物势垒层5，氮化物势垒层5位于该凸起42上方的部分也具有与该凸起42对应的凸起52，根据上述分析，凸起处存在氮化物的非极性面或半极性面或其组合，这样一来，形成在氮化物沟道层4/氮化物势垒层5异质结沟道中的二维电子气在栅极区域形成中断，因而在栅压为零时，能够使栅极的载流子浓度得到有效的控制。
（6）参见图7F，在氮化物势垒层5上沉积介质层6，介质层6的选择可以是SiN、SiCN、SiO2、SiAlN、Al2O3、AlON、SiON、HfO2、HfAlO中的一种或多种的组合。该介质层6可以起到钝化层的作用。
（7）参见图7G，栅极7形成在该栅极区的介质层6之上，该栅极6的至少部分可以形成在沟道之中，使栅极7具有T型结构，通常栅极7需要与氮化物势垒层5形成MIS或者MOSFET结构。源极8和漏极9则分别形成在源极区和漏极区，该源极8和漏极9则与氮化物势垒层5形成欧姆接触。
在本实施方式中，凸起42为矩形凸起，在其他实施方式中凸起42也可以为其它形状，比如截面形状为三角形、梯形、锯齿形、多边形、半圆形、U形中的一种或多种的组合等等。
本实施方式中的氮化物成核层2、氮化物缓冲层3和介质层6为可选的，在其他实施方式中可以不生长氮化物成核层2、氮化物缓冲层3和介质层6或仅生长氮化物成核层2、氮化物缓冲层3和介质层6中的部分。进一步地，氮化物势垒层上还可以生长氮化物冒层，氮化物冒层可为氮化镓或铝镓氮；氮化物势垒层和氮化物沟道层之间还可生长氮化铝中间层。
请参见图8，图8A-8G本发明第三实施方式的增强型器件的制造流程示意图，其中图8G为第三实施方式中增强型器件的结构示意图。
参图8G所示，本实施方式中增强型器件包括：
衬底1；
位于衬底1上的氮化物成核层2；
位于氮化物成核层2上的氮化物缓冲层3；
位于氮化物缓冲层3上的氮化物沟道层4；
位于氮化物沟道层4上的氮化物势垒层5，氮化物沟道层4和氮化物势垒层5形成氮化物沟道层4/氮化物势垒层5异质结；
位于氮化物势垒层5上的介质层6，介质层6为SiN、SiCN、SiO2、SiAlN、Al2O3、AlON、SiON、HfO2、HfAlO中的一种或多种的组合；
位于介质层6上的栅极7、氮化物势垒层5上的源极8和漏极9，栅极8位于源极8和漏极9之间；
其中，氮化物沟道层4和氮化物势垒层5上位于栅极下方区域设有至少一个非平面结构，非平面结构处存在氮化物的非极性面或半极性面或其组合，氮化物沟道层4/氮化物势垒层5异质结沟道中的二维电子气在栅极下方区域至少部分形成中断。
在本实施方式中，衬底1、氮化物成核层2、氮化物缓冲层3、氮化物沟道层4、氮化物势垒层5以及介质层6上均设有非平面结构，且非平面结构设置为台阶。
参图8A-8G所示，该实施方式中增强型器件的制造方法包括步骤：
（1）参见图8A，提供一衬底1，在衬底1中制作台阶状结构，使衬底1的表面呈台阶状，该衬底的材料可以为蓝宝石、碳化硅、硅、铌酸锂、SOI、氮化镓和氮化铝等。
（2）参见图8B，在衬底1上沉积氮化物成核层2，如AlN等。
（3）参见图8C，在氮化物成核层2上沉积氮化物缓冲层3，如AlGaN等。
（4）参见图8D，在氮化物缓冲层3上沉积氮化物沟道层4，如GaN等，该氮化物沟道层4中有从衬底的台阶中转移过来的台阶，该台阶状的氮化物沟道层4具有位于不同高度上的第一平面43和第二平面44，第一平面43和第二平面44之间连接有衔接面45，本实施方式中衔接面45为呈一定角度的坡面。
（5）参见图8E，在氮化物沟道层4上沉积氮化物势垒层5，台阶处存在氮化物的非极性面或半极性面或其组合，这样以来，形成在氮化物沟道层4/氮化物势垒层5异质结沟道中的二维电子气在栅极区域形成中断，因而在栅压为零时，能够使栅极的载流子浓度得到有效的控制。
（6）参见图8F，在氮化物势垒层5上沉积介质层6，介质层6的选择可以是SiN、SiCN、SiO2、SiAlN、Al2O3、AlON、SiON、HfO2、HfAlO中的一种或多种的组合。该介质层6可以起到钝化层的作用。
（7）参见图8G，栅极7形成在该栅极区的介质层6之上，该栅极6的至少部分可以形成在沟道之中，使栅极7具有T型结构，通常栅极7需要与氮化物势垒层5形成MIS或者MOSFET结构。源极8和漏极9则分别形成在源极区和漏极区，该源极8和漏极9则与氮化物势垒层5形成欧姆接触。
在本实施方式中，台阶的衔接面为呈一定角度的坡面，在其他实施方式中该台阶的截面也可以为其它形状，比如垂直面、或弧形面、或非规则形状的面等等。
本实施方式中的氮化物成核层2、氮化物缓冲层3和介质层6为可选的，在其他实施方式中可以不生长氮化物成核层2、氮化物缓冲层3和介质层6或仅生长氮化物成核层2、氮化物缓冲层3和介质层6中的部分。进一步地，氮化物势垒层上还可以生长氮化物冒层，氮化物冒层可为氮化镓或铝镓氮；氮化物势垒层和氮化物沟道层之间还可生长氮化铝中间层。
请参见图9，图9A-9G本发明第四实施方式的增强型器件的制造流程示意图，其中图9G为第四实施方式中增强型器件的结构示意图。
参图9G所示，本实施方式中增强型器件包括：
衬底1；
位于衬底1上的氮化物成核层2；
位于氮化物成核层2上的氮化物缓冲层3；
位于氮化物缓冲层3上的氮化物沟道层4；
位于氮化物沟道层4上的氮化物势垒层5，氮化物沟道层4和氮化物势垒层5形成氮化物沟道层4/氮化物势垒层5异质结；
位于氮化物势垒层5上的介质层6，介质层6为SiN、SiCN、SiO2、SiAlN、Al2O3、AlON、SiON、HfO2、HfAlO中的一种或多种的组合；
位于介质层6上的栅极7、氮化物势垒层5上的源极8和漏极9，栅极8位于源极8和漏极9之间；
其中，氮化物沟道层4和氮化物势垒层5上位于栅极下方区域设有至少一个非平面结构，非平面结构处存在氮化物的非极性面或半极性面或其组合，氮化物沟道层4/氮化物势垒层5异质结沟道中的二维电子气在栅极下方区域至少部分形成中断。
在本实施方式中，衬底1、氮化物成核层2、氮化物缓冲层3、氮化物沟道层4、氮化物势垒层5以及介质层6上均设有非平面结构，且衬底1、氮化物成核层2和氮化物缓冲层3上的非平面结构设置为矩形凹槽，氮化物沟道层4、氮化物势垒层5以及介质层6上的非平面结构设置为三角形凹槽。
参图9A-9G所示，该实施方式中增强型器件的制造方法包括步骤：
（1）参见图9A，提供一衬底1，在衬底1中制作矩形凹槽，该衬底的材料可以为蓝宝石、碳化硅、硅、铌酸锂、SOI、氮化镓和氮化铝等。
（2）参见图9B，在衬底1上沉积氮化物成核层2，如AlN等，该氮化物成核层2中有从衬底的凹槽中转移过来的凹槽。
（3）参见图9C，在氮化物成核层2上沉积氮化物缓冲层3，如AlGaN等，该氮化物缓冲层3中有从衬底的凹槽中转移过来的凹槽。
（4）参见图9D，在氮化物缓冲层3上沉积氮化物沟道层4，如GaN等，氮化物沟道层4中有从衬底的凹槽中转移过来的凹槽46，凹槽46的形状为三角形，凹槽46的转移方法是通过控制生长的条件，在生长的过程中把氮化物缓冲层3中的矩形凹槽转换成氮化物沟道层4中的三角形凹槽46，该凹槽46的位置对应定义在外延多层结构上的栅极区域。根据III族氮化物的自发极化效应和压电效应，该氮化物沟道层4的表面为极性面，即(0002)面，而凹槽46的至少两个侧面与氮化物沟道层4的表面形成一定的角度，即这些侧面处于非<0002>方向上，比如(1-100)面、(11-20)面、(1-101)面、(11-22)面等等。
（5）参见图9E，在氮化物沟道层4上沉积氮化物势垒层5，氮化物势垒层5位于该凹槽46上方的部分也具有与该凹槽46对应的凹槽56，根据上述分析，凹槽处存在氮化物的非极性面或半极性面或其组合，这样一来，形成在氮化物沟道层4/氮化物势垒层5异质结沟道中的二维电子气在栅极区域形成中断，因而在栅压为零时，能够使栅极的载流子浓度得到有效的控制。
（6）参见图9F，在氮化物势垒层5上沉积介质层6，介质层6的选择可以是SiN、SiCN、SiO2、SiAlN、Al2O3、AlON、SiON、HfO2、HfAlO中的一种或多种的组合。该介质层6可以起到钝化层的作用。
（7）参见图9G，栅极7形成在该栅极区的介质层6之上，该栅极6的至少部分可以形成在沟道之中，使栅极7具有T型结构，通常栅极7需要与氮化物势垒层5形成MIS或者MOSFET结构。源极8和漏极9则分别形成在源极区和漏极区，该源极8和漏极9则与氮化物势垒层5形成欧姆接触。
在本实施方式中，凹槽46为三角形凹槽，在其他实施方式中凹槽46也可以为其它形状，比如矩形、梯形、锯齿形、多边形、半圆形、U形中的一种或多种的组合等等。
本实施方式中的氮化物成核层2、氮化物缓冲层3和介质层6为可选的，在其他实施方式中可以不生长氮化物成核层2、氮化物缓冲层3和介质层6或仅生长氮化物成核层2、氮化物缓冲层3和介质层6中的部分。进一步地，氮化物势垒层上还可以生长氮化物冒层，氮化物冒层可为氮化镓或铝镓氮；氮化物势垒层和氮化物沟道层之间还可生长氮化铝中间层。
请参见图10，图10是本发明的第五实施方式中增强型器件的结构示意图，在本实施方式中，衬底1上的凹槽为矩形，氮化物成核层2和氮化物缓冲层3中的凹槽为梯形，氮化物沟道层4、氮化物势垒层5和介质层6中的凹槽为三角形，其他制造方法均与第一实施方式相同。
请参见图11，图11是本发明的第六实施方式中增强型器件的结构示意图，在本实施方式中，衬底1上的凹槽为梯形，氮化物成核层2、氮化物缓冲层3、氮化物沟道层4、氮化物势垒层5和介质层6中的凹槽都为梯形，其他制造方法均与第一实施方式相同。
由以上技术方案可以看出，本发明提供了一种增强型器件的制造方法，由于这种增强型器件在制造时，把衬底的形状转移到了氮化物沟道层，使得氮化物沟道层的栅极区域形成了非平面结构，非平面结构中产生的氮化物非极性面、半极性面或者二者组合会引起二维电子气的中断，所以不需要对氮化物势垒层做刻蚀，避免了有源区的损伤带来的器件性能下降，如低电流密度或者电流崩塌等效应。另外，也不需要用到引入Mg原子实现p型氮化物，避免了对MOCVD或者MBE腔体的污染。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (12)

1.一种增强型器件的制造方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、提供一衬底；
S2、在所述衬底上沉积氮化物沟道层，所述氮化物沟道层上定义有栅极区、源极区和漏极区，所述氮化物沟道层的栅极区形成有至少一个非平面结构；
S3、在所述氮化物沟道层上沉积氮化物势垒层，所述氮化物势垒层形成有至少一个非平面结构，形成氮化物沟道层/氮化物势垒层异质结，所述非平面结构处存在氮化物的非极性面或半极性面或其组合，氮化物沟道层/氮化物势垒层异质结沟道中的二维电子气至少部分形成中断；
S4、在所述氮化物势垒层上形成栅极、源极和漏极，栅极、源极和漏极分别位于氮化物沟道层上栅极区、源极区和漏极区的上方，所述栅极位于源极和漏极之间。
2.根据权利要求1所述的增强型器件的制造方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：
在衬底中制作至少一个非平面结构。
3.根据权利要求1所述的增强型器件的制造方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：
在所述衬底上沉积氮化物缓冲层，在氮化物缓冲层上制作至少一个非平面结构。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的增强型器件的制造方法，其特征在于，所述非平面结构包括凹槽、凸起和台阶。
5.根据权利要求4所述的增强型器件的制造方法，其特征在于，所述凹槽的截面形状包括矩形、三角形、梯形、锯齿形、多边形、半圆形、U形中的一种或多种的组合。
6.根据权利要求4所述的增强型器件的制造方法，其特征在于，所述凸起的截面形状包括矩形、三角形、梯形、锯齿形、多边形、半圆形、U形中的一种或多种的组合。
7.根据权利要求4所述的增强型器件的制造方法，其特征在于，所述台阶的截面为垂直面、或斜坡面、或弧形面、或非规则形状的面。
8.根据权利要求1～3中任一项所述的增强型器件的制造方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：在衬底上沉积氮化物成核层。
9.根据权利要求1～3中任一项所述的增强型器件的制造方法，其特征在于，所述步骤S3后还包括：在氮化物势垒层上沉积介质层。
10.根据权利要求9所述的增强型器件的制造方法，其特征在于，所述介质层为SiN、SiCN、SiO2、SiAlN、Al2O3、AlON、SiON、HfO2、HfAlO中的一种或多种的组合。
11.根据权利要求1～3中任一项所述的增强型器件的制造方法，其特征在于，所述步骤S3后还包括：在氮化物势垒层上沉积氮化物冒层，所述氮化物冒层为氮化镓或铝镓氮。
12.根据权利要求1～3中任一项所述的增强型器件的制造方法，其特征在于，所述步骤S2后还包括：在氮化物沟道层上沉积氮化铝中间层。
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