[發(fā)明專利]一種高閾值電壓常關(guān)型高電子遷移率晶體管及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910361958.6
• 申請(qǐng)日: 2019-04-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110190116B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃火林;孫仲豪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/20
• 分類號(hào): H01L29/20;H01L29/41;H01L21/335;H01L29/778
• 代理公司: 大連智高專利事務(wù)所(特殊普通合伙) 21235
• 代理人: 馬慶朝

1.一種高閾值電壓常關(guān)型高電子遷移率晶體管，其特征在于，包括：襯底、成核層、外延層、勢(shì)壘層、鈍化層、柵極蓋帽層、復(fù)合柵介質(zhì)插入層、柵極、源極和漏極，在所述襯底上依次生長(zhǎng)成核層和外延層，所述外延層上方為勢(shì)壘層、源極和漏極，所述勢(shì)壘層和外延層形成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，二者接觸界面由極化電荷誘導(dǎo)產(chǎn)生二維電子氣，所述勢(shì)壘層上方為鈍化層，柵區(qū)勢(shì)壘層上方為柵極蓋帽層，所述柵極蓋帽層上方為復(fù)合柵介質(zhì)插入層，所述復(fù)合柵介質(zhì)插入層完全覆蓋柵極蓋帽層，且所述復(fù)合柵介質(zhì)插入層不與鈍化層接觸；所述復(fù)合柵介質(zhì)插入層上方為柵極，所述柵極與所述鈍化層接觸，在所述鈍化層上、所述柵極向所述漏極方向延伸有場(chǎng)板；

制備方法如下：

S1、晶片生長(zhǎng)；

采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積或分子束外延方法在襯底上依次生長(zhǎng)成核層、外延層、勢(shì)壘層、柵極蓋帽層；

或者

采用MOCVD設(shè)備襯底上依次成核層、外延層、勢(shì)壘層、柵極蓋帽層；

S2、外延層結(jié)構(gòu)刻蝕；

利用半導(dǎo)體光刻法和刻蝕法制作器件臺(tái)面，通過(guò)半導(dǎo)體刻蝕方法對(duì)表面刻蝕，實(shí)現(xiàn)臺(tái)面隔離；重復(fù)該步驟，在源、漏極區(qū)域刻蝕掉勢(shì)壘層形成凹槽；進(jìn)一步刻蝕掉柵極區(qū)域外面的柵極蓋帽層；

或者

將樣品均勻旋涂光刻膠；樣品放置在熱板上加熱，進(jìn)行軟烘；把樣品放置在曝光機(jī)中持續(xù)曝光；在顯影液中進(jìn)行顯影；在熱板上加熱堅(jiān)膜；通過(guò)Cl基等離子體ICP刻蝕方法，刻蝕外延層結(jié)構(gòu)，形成臺(tái)面隔離，然后樣品通過(guò)丙酮溶液清洗去膠；重復(fù)該步驟，在源、漏極區(qū)域刻蝕掉勢(shì)壘層形成凹槽；重復(fù)該步驟，刻蝕掉柵極區(qū)域外面的蓋帽層，形成柵極蓋帽層；

S3、源、漏電極制作；

通過(guò)半導(dǎo)體光刻法定義出源、漏極所需區(qū)域，并通過(guò)金屬沉積法沉積器件的源、漏極金屬，通過(guò)高溫退火，使復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)變?yōu)楹辖穑纬蓺W姆接觸；利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法、低壓化學(xué)氣相沉積法、磁控濺射法、電子束蒸發(fā)法中的任意一種方法進(jìn)行沉積，形成器件表面鈍化層；

或者

通過(guò)半導(dǎo)體光刻法定義出源、漏極所需區(qū)域，通過(guò)電子束蒸發(fā)法沉積器件的源、漏極金屬，然后樣品在丙酮溶液中剝離、清洗去膠；通過(guò)在氮?dú)飧邷丨h(huán)境中退火，使復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)變?yōu)楹辖穑纬蓺W姆接觸；利用PECVD技術(shù)沉積法進(jìn)行沉積，形成器件表面鈍化層；

S4、柵介質(zhì)插入層制備；

通過(guò)半導(dǎo)體光刻法定義出柵極區(qū)域，對(duì)柵極蓋帽層進(jìn)行表面氧化，處理形成柵介質(zhì)插入層；或者采用PECVD、LPCVD、MOCVD、ALD、磁控濺射法中的任意方法進(jìn)行沉積，形成單層或者復(fù)合多重柵介質(zhì)插入層；

或者

通過(guò)半導(dǎo)體光刻法定義出柵極區(qū)域，對(duì)柵極蓋帽層表面進(jìn)行低功率氧離子預(yù)處理，后采用LPCVD進(jìn)行沉積，形成柵介質(zhì)插入層；

S5、柵電極制作；

通過(guò)半導(dǎo)體光刻法定義出柵極和場(chǎng)板區(qū)域，通過(guò)金屬沉積法沉積器件的柵極金屬和向漏極延伸的場(chǎng)板金屬，最后在器件表面沉積鈍化層，然后采用半導(dǎo)體光刻法定義出源極、柵極和漏極所需的開(kāi)口區(qū)域，將定義區(qū)域的鈍化層去除，暴露出金屬電極表面，最后沉積金屬薄膜制作引線，完成電極制作，得到最后器件結(jié)構(gòu)；

或者

通過(guò)半導(dǎo)體光刻法定義出柵極和場(chǎng)板區(qū)域，通過(guò)電子束蒸發(fā)技術(shù)沉積器件的柵極和延伸場(chǎng)板金屬，然后樣品在丙酮溶液中剝離、清洗去膠；在器件表面采用PECVD沉積鈍化層，采用半導(dǎo)體光刻法定義出源極、柵極和漏極所需的開(kāi)口區(qū)域，將定義區(qū)域的鈍化層去除，暴露出金屬電極表面，通過(guò)磁控濺射法沉積電極金屬，得到最后器件結(jié)構(gòu)。

2.如權(quán)利要求1所述的高閾值電壓常關(guān)型高電子遷移率晶體管，其特征在于，所述襯底是硅、藍(lán)寶石、碳化硅、金剛石、GaN自支撐襯底中的任意一種；所述成核層是AlN或者AlGaN超晶格；所述外延層是GaN或者GaAs；所述勢(shì)壘層是AlGaN、InAlN、AlN、AlGaAs中的任意一種；所述鈍化層是SiO₂、Si₃N₄或者二者的復(fù)合結(jié)構(gòu)。

3.如權(quán)利要求1所述的高閾值電壓常關(guān)型高電子遷移率晶體管，其特征在于，所述柵極蓋帽層是p-GaN或者p-InGaN或者p-AlGaN。

4.如權(quán)利要求1所述的高閾值電壓常關(guān)型高電子遷移率晶體管，其特征在于，所述復(fù)合柵介質(zhì)插入層是氧化鎵、二氧化硅、氮化硅、氧化鋁、氧化鉿中的任意材料形成的單層結(jié)構(gòu)、或者是由上述材料任意組合的復(fù)合多重結(jié)構(gòu)。