[發明專利]基于超級結的氮化鎵HEMT器件及制備方法

無效

• 申請號: 201310021186.4
• 申請日: 2013-01-21
• 公開（公告）號: CN103077891A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 李海鷗;黃偉;吳笑峰;李思敏;首照宇;于宗光;李琦;胡仕剛;鄧洪高
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: H01L21/335
• 分類號: H01L21/335;H01L29/778;H01L29/06
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司 45107
• 代理人: 陳躍琳

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，具體涉及一種基于超級結的氮化鎵HEMT（高電子遷移率晶體管）器件及制備方法。?

背景技術

繼硅（Si）、砷化鎵（GaAs）之后，具有優良高溫、高壓及高頻特性的被稱為第三代半導體的氮化鎵（GaN）材料成為目前國際上研究的熱點。寬禁帶半導體氮化鎵(GaN)具有禁帶寬度大、臨界擊穿電場高、飽和電子漂移速度高、熱導率大、抗輻射能力強以及良好的化學穩定性等特點，非常適合于制作抗輻射、高溫、高頻、大功率和高密度集成的電路，是電力電子、汽車電子、通訊、雷達、制導等現代化國防裝備的核心部件。?

隨著微電子技術的發展，傳統Si和GaAs半導體器件性能已接近其材料本身決定的理論極限,寬禁帶半導體GaN材料其臨界擊穿電場比硅(Si)高近10倍，AlGaN/GaN?HEMTs功率器件的導通電阻在耐壓超過350V的應用中比Si器件低近三個數量級，因此其制作的功率器件突破了主流硅功率器件的理論極限，并可同步減小芯片面積和減輕驅動電路的重量。在工作溫度高的（大于250℃）的功率電子應用中，GaN功率電子因無少數載流子存儲效應、具有優良的高溫可靠性等優點超越了硅基功率半導體工作的溫度上限150℃，GaN基功率電子將成為Si基功率器件的理想替代者，并在未來的智能電網、混合動力汽車、航空航天以及高速鐵路等新型產業中扮演著舉足輕重的地位。?

然而，作為一種功率器件，氮化鎵HEMT在性能上仍然存在很大的問題。其中最關鍵的一個就是擊穿電壓和導通電子之間的制約關系，由于肖特基柵邊緣下方存在強電場，導致漂移區電場分布不均勻，使實現高擊穿電壓和低導通電阻難以同時實現，因此器件在大電壓下工作時會有很大的能量損耗。?

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于超級結的氮化鎵HEMT器件及制備方法，其能夠在低導通電阻的情況下提高器件擊穿電壓。?

為解決上述問題，本發明是通過以下技術方案實現的：?

一種基于超級結的氮化鎵HEMT器件的制備方法，包括如下步驟：?

1）清洗已激活Mg（鎂）元素的藍寶石襯底；?

2）在步驟1）所得藍寶石襯底上按順序外延生長AlN（氮化鋁）層、GaN（氮化鎵）層和AlGaN（氮化鎵鋁）層，并形成外延片；?

3）清洗步驟2）所得外延片，并在該外延片上生長SiO₂（二氧化硅）作?為掩膜層，涂光刻膠，曝光有源區圖形，采用干法ICP（反應耦合等離子體）刻蝕工藝，形成HEMT器件有源區；?

4）清洗步驟3）所得外延片，涂光刻膠，曝光源極和漏極歐姆接觸圖形，蒸發歐姆接觸金屬，剝離金屬形成金屬源極和金屬漏極，并在N₂（氮氣）氣氛中退火形成源極和漏極歐姆接觸；?

5）清洗步驟4)所得外延片，涂光刻膠，曝光柵極圖形，蒸發柵極金屬，剝離金屬形成金屬柵極；?

6）清洗步驟5)所得外延片，涂光刻膠，曝光超級結圖形，使用RIE（反應離子刻蝕）設備進行F（氟）離子處理形成超級結。由于F離子在外延層中能夠捕獲其中的自由電子，變成負F離子；與未進行F離子處理的區域形成超級結區域，進而使柵-漏極區域的電場分布趨于均勻分布，提高器件的擊穿電壓和降低導通電子，因此該技術可用于高壓、大功率的GaN基器件和電路的制造中，不僅解決GaN材料難以采用常規硅工藝中形成超級結技術的問題，還可以實現高擊穿電壓和低導通電阻的GaN基HEMT器件制備。?

7）去除步驟6）所得外延片的光刻膠、并清洗外延片；?

8）在N₂氣氛中，對步驟7）所得外延片進行快速退火修復晶格損傷,然后清洗外延片。?

上述步驟2）中所述AlN層的生長厚度為350～450nm，GaN層的生長厚度為2～2.5um，AlGaN層的生長厚度為30～40nm。?

上述步驟3）中所述干法ICP刻蝕工藝的條件為：ICP線圈功率500W，源功率120W，源氣體Cl₂和He分別為25sccm和10sccm，刻蝕時間20～25秒。?

上述步驟4）中采用電子束蒸發設備蒸發金屬，蒸發的歐姆接觸金屬即源金屬極和漏金屬極均為Ti、Al、Pt和Au。?

上述步驟5）中采用電子束蒸發設備蒸發金屬，蒸發的柵極金屬為Ni和Au。?

上述步驟6）所述F離子處理所用RIE設備的功率為200～350W，離子處理時間為120～200秒。?

上述步驟8）中所述退火溫度為400～450℃，修復時間為5～10min。?