[發明專利]加柵場板增強型AlGaN/GaN HEMT器件結構及其制作方法

有效

• 申請號: 201410024945.7
• 申請日: 2014-01-20
• 公開（公告）號: CN103996707A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 馮倩;杜鍇;代波;張春福;梁日泉;郝躍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/40;H01L21/335
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 董芙蓉

1.一種加柵場板增強型AlGaN/GaN?HEMT器件結構，其特征在于：所述結構包括襯底、本征GaN層、AlN隔離層、本征AlGaN層、AlGaN摻雜層、p型GaN層、柵電極、源電極、漏電極、柵場板、絕緣層、鈍化層以及用于調節溝道電場的硅化物；所述AlGaN摻雜層位于本征AlGaN層之上，p型GaN層位于AlGaN摻雜層之上，源漏電極以及絕緣層位于AlGaN層之上，柵電極位于p型GaN層之上，硅化物位于絕緣層之上；在襯底上外延生長增強型AlGaN/GaN異質結材料，并在該異質結材料上形成源極和漏極，然后淀積一層絕緣層，在絕緣層上的柵漏區域以及柵源區域間，形成硅化物，將厚絕緣層上的硅化物與柵極電連接形成柵場板結構；柵極下方存在p-GaN外延層，形成增強型器件，最后淀積鈍化層實現器件的鈍化。

2.根據權利要求1所述的加柵場板增強型AlGaN/GaN?HEMT器件結構，其特征在于：其中的襯底材料是藍寶石、碳化硅、GaN或MgO。

3.根據權利要求1所述的加柵場板增強型AlGaN/GaN?HEMT器件結構，其特征在于：其中的AlGaN中Al與Ga的組份可以調節，Al_xGa_1-xN中x＝0～1。

4.根據權利要求1所述的加柵場板增強型AlGaN/GaN?HEMT器件結構，其特征在于：硅化物包括NiSi、TiSi₂、或Co₂Si。

5.根據權利要求1所述的加柵場板增強型AlGaN/GaN?HEMT器件結構，其特征在于：薄絕緣層的厚度為5～10nm，厚絕緣層厚度為200～700nm。

6.根據權利要求1所述的加柵場板增強型AlGaN/GaN?HEMT器件結構，其特征在于：其GaN溝道替換為Al_yGa_1-yN溝道，而Al_yGa_1-yN中y的組份小于另外兩層中的Al組份x，即x＞y。

7.根據權利要求1所述的加柵場板增強型AlGaN/GaN?HEMT器件結構，其特征為：其中p型GaN材料也可以是p型AlGaN或者InGaN材料。

8.根據權利要求1所述的加柵場板增強型AlGaN/GaN?HEMT器件結構，其特征在于：硅化物為塊狀，并且引入應力，塊間距小于塊寬度，硅化物會對下面的AlGaN外延層產生向內的壓應力，硅化物之間的AlGaN外延層則受到向外的張壓力，通過使硅化物間距小于硅化物寬度，使硅化物間距下的AlGaN層受到的張應力大于硅化物下面AlGaN層受到的壓應力，從整體而言溝道中的電場得到增強，如此反復，最終使得整個溝道中的電場得到增強。

9.根據權利要求1所述的加柵場板增強型AlGaN/GaN?HEMT器件結構，其特征為：位于厚絕緣層上的硅化物與柵極電相連形成柵場板結構，提高器件的擊穿電壓。

10.基于加柵場板增強型AlGaN/GaN?HEMT器件結構的制作方法，包括如下步驟：

利用金屬硅化物提高增強型AlGaN/GaN?HEMT器件性能的結構，包括如下過程：

(1)對外延生長的增強型p-GaN/AlGaN/GaN材料進行有機清洗，用流動的去離子水清洗并放入HCl∶H₂O＝1∶1的溶液中進行腐蝕30-60s，最后用流動的去離子水清洗并用高純氮氣吹干；

(2)對清洗干凈的p-GaN/AlGaN/GaN材料進行光刻和干法刻蝕，形成有源區臺面；

(3)對制備好臺面的p-GaN/AlGaN/GaN材料進行光刻，形成p-GaN的刻蝕區域；

(4)并將材料放入ICP干法刻蝕反應室中，工藝條件為：上電極功率為200W，下電極功率為20W，反應室壓力為1.5Pa，Cl₂的流量為10sccm，Ar氣的流量為10sccm，刻蝕時間約為10min，刻蝕掉柵區域外的p-GaN外延層；

(5)對完成刻蝕的p-GaN/AlGaN/GaN材料進行光刻，形成源漏歐姆接觸區，放入電子束蒸發臺中淀積歐姆接觸金屬Ti/Al/Ni/Au＝(20/120/45/50nm)并進行剝離，最后在氮氣環境中進行850℃35s的快速熱退火，形成歐姆接觸；

(6)將器件放入磁控濺射反應室中制備Al₂O₃薄膜，工藝條件為：Al靶的直流偏置電壓為100V，Ar氣流量為30sccm，O2流量為10sccm，反應室的壓力為0.5Pa，淀積300nm厚的Al₂O₃薄膜；

(7)對完成淀積的器件進行光刻顯影，形成Al₂O₃薄膜的濕法腐蝕區，將材料放入HF∶H₂O＝1∶10的溶液中，腐蝕3-5min，將Al₂O₃腐蝕至5-10nm；

(8)然后將器件放入磁控濺射的反應室中同時濺射Ni和Si，工藝條件為：Ni靶的直流偏置電壓為100V，Si靶的射頻偏置電壓為450V，載氣Ar的流量為30sccm，共淀積100nm～150nm厚的混合金屬薄膜；

(9)將淀積好薄膜的器件進行光刻，形成混合薄膜的刻蝕窗口區，并放入ICP干法刻蝕反應室中，工藝條件為：上電極功率為200W，下電極功率為20W，反應室壓力為1.5Pa，CF₄的流量為20sccm，Ar氣的流量為10sccm，刻蝕時間為5min；

(10)將器件放入快速退火爐中，在氮氣環境下進行450℃，30s的快速熱退火，形成NiSi合金；

(11)對完成合金的器件進行光刻，形成柵極以及柵極場板區域，并將器件放入HF∶H₂O(1∶1)溶液中將柵區域的Al₂O₃完全腐蝕形成柵電極以及柵場板窗口，然后放入電子束蒸發臺中淀積Ni/Au＝20/200nm并進行剝離，完成柵電極以及柵極場板的制備；

(12)將完成柵極制備的器件放入PECVD反應室淀積SiN鈍化膜，具體工藝條件為：SiH₄的流量為40sccm，NH₃的流量為10sccm，反應室壓力為1～2Pa，射頻功率為40W，淀積200nm～300nm厚的SiN鈍化膜；

(13)將器件再次進行清洗、光刻顯影，形成SiN薄膜的刻蝕區，并放入ICP干法刻蝕反應室中，工藝條件為：上電極功率為200W，下電極功率為20W，反應室壓力為1.5Pa，CF₄的流量為20sccm，Ar氣的流量為10sccm，刻蝕時間為10min，將源極、漏極和柵極上面覆蓋的SiN和Al₂O₃薄膜刻蝕掉；

(14)將器件進行清洗、光刻顯影，并放入電子束蒸發臺中淀積Ti/Au＝20/200nm的加厚電極，完成整體器件的制備。