[發(fā)明專利]基于多層氮化硅鈍化且包含氧化鋁柵極電介質的高電子遷移率晶體管及其制備方法

有效

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• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111129140B
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發(fā)明（設計）人: 王琮;周忠良
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/335
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

1.基于多層氮化硅鈍化且包含氧化鋁柵極電介質的高電子遷移率晶體管，其特征在于AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管由下至上依次為基底（1），過渡層（2），緩沖層（3），半導體i-GaN層（4），半導體i-Al_0.25Ga_0.75N層（5），i-GaN帽層（6），雙SiN_x層（7），Al₂O₃柵極介電層（8）以及頂層厚Si₃N₄層（9）；該AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管的源極（S）、漏極（D）、柵極（G）延伸至半導體i-Al_0.25Ga_0.75N層（5），柵極（G）位于源極（S）和漏極（D）之間；通過LPCVD法沉積雙層SiN_x（7），通過PEALD法沉積Al₂O₃柵極介電層（8），雙SiN_x層（7）由下至上依次為富硅的SiN_x層和貧硅的SiN_x層，其中富硅的SiN_x層中Si的質量百分含量為30%～50%，貧硅的SiN_x層中Si的質量百分含量為3%～7%；使用PECVD沉積頂層厚Si₃N₄層（9）。

2.根據權利要求1所述的基于多層氮化硅鈍化且包含氧化鋁柵極電介質的高電子遷移率晶體管，其特征在于所述過渡層（2）為厚度為0.2 μm的AlN過渡層；緩沖層（3）為厚度為3.8 μm摻雜C元素的GaN緩沖層。

3.根據權利要求1所述的基于多層氮化硅鈍化且包含氧化鋁柵極電介質的高電子遷移率晶體管，其特征在于所述的半導體i-GaN層（4）的厚度為350nm～450nm。

4.根據權利要求1所述的基于多層氮化硅鈍化且包含氧化鋁柵極電介質的高電子遷移率晶體管，其特征在于半導體i-Al_0.25Ga_0.75N層（5）的厚度為15～25nm。

5.根據權利要求1所述的基于多層氮化硅鈍化且包含氧化鋁柵極電介質的高電子遷移率晶體管，其特征在于Al₂O₃柵極介電層（8）的厚度為26～35nm。

6.根據權利要求1所述的基于多層氮化硅鈍化且包含氧化鋁柵極電介質的高電子遷移率晶體管，其特征在于頂層厚Si₃N₄層（9）的厚度為280～350nm。

7.基于多層氮化硅鈍化且包含氧化鋁柵極電介質的高電子遷移率晶體管的制備方法，其特征在于該制備方法按照以下步驟實施：

步驟一：在GaN-on-Si 為基底的外延片上制作AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管，外延結構由上至下為未摻雜的GaN帽層，未摻雜的Al_0.25Ga_0.75N保護層和未摻雜的GaN層，采用電子束蒸發(fā)器沉積多層金屬用于源極和漏極之間的歐姆接觸；

步驟二：通過LPCVD法在未摻雜的GaN帽層沉積富硅的SiN_x層；

步驟三：通過LPCVD法在富硅的SiN_x層上生長貧硅的SiN_x層，形成雙SiN_x層；

步驟四：通過PEALD法在貧硅的SiN_x層上沉積Al₂O₃柵極介電層；

步驟五：在Al₂O₃柵極介電層沉積后，用鎳/金金屬形成柵極接觸，使用PECVD沉積頂層厚Si₃N₄層，最后通過金鍍層來內連源極與漏極，得到AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管。