[發明專利]一種GaN基增強型MOS高電子遷移率晶體管器件及其制備方法

在審

• 申請號: 201810025899.0
• 申請日: 2018-01-11
• 公開（公告）號: CN108258043A
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發明（設計）人: 梁世博
• 申請（專利權）人: 北京華碳科技有限責任公司
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/335
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所(普通合伙) 11200
• 代理人: 邱曉鋒

1.一種GaN基增強型MOS HEMT器件，其特征在于，包括襯底、緩沖層、GaN溝道層、AlGaN勢壘層、AlN勢壘層、AlON介質層、鈍化層、高k柵介質層、柵金屬層、和源漏金屬層；所述緩沖層疊置在所述襯底之上；所述GaN溝道層疊置在所述緩沖層之上：所述AlGaN勢壘層疊置在所述GaN溝道層之上；所述AlN勢壘層疊置在所述AlGaN勢壘層之上的兩側；所述AlON介質層疊置在所述AlGaN勢壘層之上靠近一側的位置，且其兩側與所述AlN勢壘層相接；所述源漏金屬層疊置在所述AlN勢壘層之上并處于所述GaN基增強型MOS HEMT器件的兩側；所述鈍化層處于所述AlN勢壘層和所述源漏金屬層的靠近柵極一側之上，且覆蓋所述源漏金屬層靠近柵極一側的側壁；所述高k柵介質層疊置在所述鈍化層和所述AlON介質層之上；所述柵金屬層疊置在所述高k柵介質層的柵極區域部分之上。

2.如權利要求1所述的一種GaN基增強型MOS HEMT器件，其特征在于，所述AlGaN勢壘層的厚度在3埃-6納米之間。

3.如權利要求1所述的一種GaN基增強型MOS HEMT器件，其特征在于，所述AlN勢壘層的厚度在3埃-4納米之間。

4.如權利要求1所述的一種GaN基增強型MOS HEMT器件，其特征在于，所述AlON介質層的寬度與所述鈍化層之間的距離基本相同。

5.一種權利要求1所述GaN基增強型MOS HEMT器件的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：在所述襯底上依次外延所述緩沖層、所述GaN溝道層、所述AlGaN勢壘層、AlN單晶層；

步驟2：在所述AlN單晶層之上的兩側通過光刻、蒸發、剝離的方式形成所述源漏金屬層；

步驟3：沉積所述鈍化層的材料層，采用光刻、剝離、干法刻蝕或濕法腐蝕的方式去除柵極區域的所述鈍化層的材料層；

步驟4：沉積所述高k柵介質的材料層，利用含臭氧氣體或氧等離子體透過所述高k柵介質層的材料層來氧化柵極區域的AlN單晶層，生成所述AlON介質層；

步驟5：在所述高k柵介質的材料層上形成所述柵金屬層；

步驟6：去除所述源漏金屬層上的部分所述鈍化層的材料層和部分所述高k柵介質層的材料層，形成所述鈍化層和所述高k柵介質層。

6.如權利要求5所述的GaN基增強型MOS HEMT器件的制備方法，其特征在于，所述步驟4中，所述高k柵介質層的材料層的沉積方法包括原子層沉積、等離子增強化學氣相沉積、磁控濺射、分子束外延或金屬有機化學氣相沉積中的一種或多種沉積方法，所述高k柵介質層為高介電常數的氧化物，包括鋁基、鋯基、鉿基、釓基、鎵基、鑭基、鉭基、釔基氧化物，所述高k柵介質層的氧化物中的摻雜元素為鋁、鋯、鉿、釓、鎵、鑭、鉭、氮、磷、釔中的一種或多種，所述高k柵介質層的厚度在3埃-6納米之間。

7.如權利要求5所述的GaN基增強型MOS HEMT器件的制備方法，其特征在于，所述步驟4中，所述含臭氧氣體是臭氧，或臭氧與氮氣、氦氣、氬氣中的一種或多種混合后的氣體，所述含臭氧氣體透過所述高k柵介質層的材料層來氧化柵極區域的AlN單晶層，所述氧化的時間為1毫秒-5小時之間。

8.如權利要求5所述的GaN基增強型MOS HEMT器件的制備方法，其特征在于，所述步驟4中，所述氧等離子體是由氧氣、臭氧、氦氣、氬氣中的的一種或多種混合后的氣體，經過等離子體發生器離化形成的等離子體，所述氧等離子體透過所述高k柵介質層的材料層來氧化柵極區域的AlN單晶層。

9.如權利要求8所述的GaN基增強型MOS HEMT器件的制備方法，其特征在于，所述等離子體發生器的工作功率在0-200瓦每平方厘米之間，所述氧等離子體的氧化時間為1毫秒-5小時之間。

10.如權利要求5所述的GaN基增強型MOS HEMT器件的制備方法，其特征在于，所述步驟4中，所述柵極區域的AlN單晶層氧化成為所述AlON介質層以后，降低所述GaN溝道層柵極區域上方界面的極性，使得所述GaN溝道層柵極區域的二維電子氣耗盡，用于制備增強型MOSHEMT器件。