[發明專利]加柵場板耗盡型AlGaN/GaNHEMT器件結構及其制作方法

有效

• 申請號: 201410025458.2
• 申請日: 2014-01-20
• 公開（公告）號: CN103904113B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 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;H01L29/06;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

1.一種加柵場板耗盡型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、柵電極、源電極、漏電極、柵場板、絕緣層、鈍化層以及用于調節二維電子氣濃度的硅化物；所述AlN隔離層位于本征GaN層之上，所述本征AlGaN位于所述隔離層之上，所述AlGaN摻雜層位于本征AlGaN層之上，柵電極、源電極、漏電極以及絕緣層位于AlGaN摻雜層之上，硅化物位于絕緣層之上；在襯底上外延生長有耗盡型AlGaN/GaN異質結材料，所述AlGaN/GaN異質結材料中的AlGaN是由本征AlGaN層和AlGaN摻雜層共同組成，GaN就是本征GaN層，并在該異質結材料上形成有柵電極、源電極和漏電極，然后淀積一層絕緣層，其中厚絕緣層位于柵電極與漏電極之間，緊挨柵電極，厚度為200nm-700nm，薄絕緣層分別位于厚絕緣層與漏電極之間和柵電極與源電極之間，厚度為5～10nm，在絕緣層上的柵漏區域以及柵源區域間，形成有硅化物，硅化物為塊狀，會對硅化物正下方的絕緣層、本征AlGaN層和AlGaN摻雜層引入壓應力，而除此之外的其余本征AlGaN層和AlGaN摻雜層的區域會受到張應力，通過使塊間距小于塊寬度，使得本征AlGaN層和AlGaN摻雜層總體獲得張應力，從而使溝道中2DEG得到增強，所述的硅化物包括NiSi，TiSi₂或Co₂Si，將厚絕緣層上的硅化物與柵電極電連接形成柵場板結構，最后淀積鈍化層實現器件的鈍化。

2.根據權利要求1所述的加柵場板耗盡型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所述的加柵場板耗盡型AlGaN/GaN HEMT器件結構，其特征在于：其中的AlGaN中Al與Ga的組份能夠調節，Al_xGa_1-xN中x＝0～1。

4.根據權利要求1所述的加柵場板耗盡型AlGaN/GaN HEMT器件結構，其特征在于：其本征GaN層替換為AlGaN層，而該替換后的AlGaN中Al的組份小于本征AlGaN層和AlGaN摻雜層的Al組份。

5.根據權利要求1所述的加柵場板耗盡型AlGaN/GaN HEMT器件結構，其特征為：位于厚絕緣層上的硅化物與柵電極電連接形成柵場板結構，提高器件的擊穿電壓。

6.基于加柵場板耗盡型AlGaN/GaN HEMT器件結構的制作方法，包括如下步驟：

(1)對外延生長的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體積比的溶液中進行腐蝕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AlGaN/GaN材料進行光刻，形成源漏區，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；

(4)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；

(5)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體積比的溶液中，腐蝕3min～5min，將Al₂O₃腐蝕至5-10nm；

(6)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；

(7)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，經過干法刻蝕后在器件上留下來的硅化物為塊狀，并使得硅化物塊之間的間距小于硅化物塊寬度；

(8)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，硅化物會對Al₂O₃絕緣介質層和AlGaN層引入壓應力，硅化物之間的AlGaN層受到張應力，通過使塊間距小于塊寬度，使得AlGaN層總體獲得張應力，從而使溝道中2DEG得到增強；

(9)對完成合金的器件進行光刻，形成柵電極和柵場板區域，并將器件放入HF∶H₂O＝1∶10體積比溶液中將柵電極區域的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，完成柵電極與柵場板的制備；

(10)將完成柵電極制備的器件放入PECVD設備中淀積SiN薄膜，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；

(11)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，將源電極、柵電極、漏電極上面覆蓋的SiN和Al₂O₃薄膜刻蝕掉；

(12)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。