[實(shí)用新型]一種GaNMIS溝道HEMT器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720738269.9
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN207068860U
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 倪煒江;袁俊;楊永江;張敬偉;李明山;孫安信
• 申請（專利權(quán)）人: 北京華進(jìn)創(chuàng)威電子有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L21/336;H01L29/778
• 代理公司: 北京中創(chuàng)陽光知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司11003
• 代理人: 張宇鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種GaN MIS溝道HEMT器件。

背景技術(shù)

GaN作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料的典型代表之一，與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料Si、GaAs相比，具有禁帶寬度寬、擊穿電場大、電子飽和漂移速度高、介電常數(shù)小以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)。特別是基于GaN材料的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)高電子遷移率晶體管(HEMT)結(jié)構(gòu)具有更高的電子遷移率(高于1800cm²V^-1s^-1)和二維電子氣(2DEG)面密度(約10¹³cm^-2)，使得基于GaN材料器件在射頻領(lǐng)域和電力電子領(lǐng)域都具有非常明顯的優(yōu)勢。

作為增強(qiáng)型器件的一種，MIS溝道HEMT(MIS-channel HEMT)結(jié)合了MISFET的特性和HEMT的優(yōu)勢(當(dāng)柵介質(zhì)為SiO₂時即為MOS溝道HEMT)，即具有優(yōu)異的增強(qiáng)型性能，即MIS柵控制性能，又能在大部分區(qū)域保持HEMT的二維電子氣高電導(dǎo)性能，成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。但是，通常的MIS溝道HEMT器件，由于凹槽的刻蝕會在GaN表面引入缺陷，帶來很大的問題，導(dǎo)致MIS柵界面態(tài)密度高和溝道遷移率非常低，使得MIS柵溝道的電阻成為HEMT器件的主要電阻部分。同時刻蝕的均勻性也很難控制，導(dǎo)致器件性能的一致性差。因此，一方面通過設(shè)計(jì)和工藝減少M(fèi)IS柵的長度，另一方面改善工藝方法降低凹槽刻蝕對GaN表面的損傷，是改進(jìn)當(dāng)前MIS溝道HEMT器件性能和可靠性的重要方法。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型為一種GaN MIS溝道HEMT器件。在GaN外延過程中在溝道層上插入AlN薄層，既作為勢壘層對二維電子氣進(jìn)行限域，又作為后續(xù)工藝中的刻蝕緩沖層。通過AlN刻蝕緩沖層降低和消除了等離子體刻蝕柵凹槽時對GaN表面的損傷，改善了GaN MIS界面的性能，從而減少了溝道電阻和總導(dǎo)通電阻。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：

一種GaN MIS溝道HEMT器件，所述HEMT器件的材料結(jié)構(gòu)包括襯底以及依次向上生長的AlN成核層、GaN緩沖層、GaN溝道層、AlN插入層、AlGaN勢壘層和GaN帽層。

進(jìn)一步，所述AlN成核層的厚度為20-100nm；所述GaN緩沖層的厚度為1-5μm；所述GaN溝道層的厚度為50-1000nm；所述AlN插入層的厚度小于20nm；所述AlGaN勢壘層的厚度為10-50nm；所述GaN帽層的厚度小于10nm。

進(jìn)一步，所述襯底為SiC襯底、Si襯底、GaN襯底或Al₂O₃襯底的任一種。

一種制備GaN MIS溝道HEMT器件的方法，所述方法包括如下步驟：

1)在襯底材料上依次通過MOCVD方法原位生長AlN成核層、GaN緩沖層、GaN溝道層、AlN插入層、AlGaN勢壘層和GaN帽層；

2)使用傳統(tǒng)工藝流程完成器件的隔離、源漏歐姆接觸工藝后，進(jìn)行柵槽的刻蝕；在凹槽的刻蝕過程中，在刻蝕接近AlGaN勢壘層的底部時，選擇AlN比AlGaN刻蝕選擇比高的工藝條件繼續(xù)刻蝕，確保晶圓上各凹槽中AlGaN已完全刻蝕干凈，同時刻蝕掉部分AlN層，剩余部分AlN層；

3)用熱磷酸進(jìn)行腐蝕，以腐蝕掉晶圓上各凹槽中剩余部分的AlN層；

4)用稀釋的HF酸和HCl酸進(jìn)行表面處理，去除表面的氧化物；之后淀積柵介質(zhì)層；

5)淀積柵金屬，柵金屬完成后淀積鈍化介質(zhì)層進(jìn)行鈍化保護(hù)，然后在每個原胞的源漏極進(jìn)行一次刻孔，淀積金屬在源漏極上，并形成源場板；

6)最后淀積第二鈍化介質(zhì)層，進(jìn)行二次刻孔，在源、漏、柵電極壓塊處刻蝕出介質(zhì)窗口，在介質(zhì)窗口區(qū)域淀積厚的金屬，并形成介質(zhì)橋的互連；淀積第三鈍化層或聚酰亞胺，對整個芯片表面進(jìn)行保護(hù)，并刻蝕出電極壓塊處的窗口。

進(jìn)一步，步驟3)中熱磷酸進(jìn)行腐蝕的腐蝕溫度為160-210℃。

進(jìn)一步，步驟4)柵介質(zhì)層為SiO₂、SiN或Al₂O₃。

本實(shí)用新型具有以下有益技術(shù)效果：

本實(shí)用新型在GaN外延過程中在溝道層上插入AlN薄層，既作為勢壘層對二維電子氣進(jìn)行限域，又作為后續(xù)工藝中的刻蝕緩沖層。通過AlN插入層降低和消除了等離子體刻蝕柵凹槽時對GaN表面的損傷，改善了GaN MIS界面的性能，從而起到減少了溝道電阻和總導(dǎo)通電阻的作用。