[發明專利]基于厚柵介質層電極一步成型的AlGaN/GaN MIS-HEMT器件及其制備方法

有效

• 申請號: 202010423278.5
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111564487B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 程亮;陸海;徐尉宗;任芳芳;周東
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01L29/417
• 分類號: H01L29/417;H01L29/423;H01L29/778;H01L21/335;H01L21/28
• 代理公司: 南京中律知識產權代理事務所(普通合伙) 32341
• 代理人: 李建芳

1.一種基于高溫化學氣相沉積原位制備厚柵介質層和電極一步成型的AlGaN/GaNMIS-HEMT器件，其特征在于：包括自下而上依次設置的襯底、AlN成核層、AlGaN或GaN緩沖層、GaN溝道層、AlGaN勢壘層和厚絕緣柵介質層；厚絕緣柵介質層上刻蝕或腐蝕出源極區域和漏極區域，源極區域和漏極區域之間設有柵極區域，源極區域設有源電極，漏極區域設有漏電極，柵極區域設有柵電極，源電極、漏電極和柵電極一步成型，源電極、漏電極和柵電極的結構相同、厚度相同；厚絕緣柵介質層的厚度為47±5nm；

上述基于厚柵介質層電極一步成型的AlGaN/GaN MIS-HEMT器件的制備方法，包括下述步驟：

1)、用金屬有機化合物化學氣相沉積，在襯底上依次生長AlN成核層、AlGaN或GaN緩沖層、GaN溝道層以及AlGaN勢壘層；

2)、在AlGaN勢壘層上用金屬有機化合物化學氣相沉積原位生長厚絕緣柵介質層，沉積溫度為1150±50℃；

3)、利用刻蝕的方式或者離子注入的方式形成隔離區域，實現有源區的電學隔離；

4)、光刻出源、漏的接觸窗口區域，干法刻蝕或者濕法腐蝕掉接觸窗口區域的厚絕緣柵介質層，光刻出源、漏電極接觸區域，在源極區域和漏極區域之間光刻出柵極區域；

5)、在源極區域、漏極區域和柵極區域，同步用電子束蒸發或磁控濺射生長電極金屬，通過剝離工藝形成電極，并在氮氣氛圍中對整個晶圓進行退火處理，在源漏形成歐姆接觸，退火溫度為850℃～950℃。

2.如權利要求1所述的基于高溫化學氣相沉積原位制備厚柵介質層和電極一步成型的AlGaN/GaN MIS-HEMT器件，其特征在于：襯底所用材料為Si、SiC或藍寶石中的至少一種；厚絕緣柵介質層為氮化硅、氧化鋁、氧化鎂、氮化鋁、氧化鉿、氧化釔、氧化硅、鉿鈦氧、氧化鈧、氧化鋯、氧化鎵、氧化鉭、氧化鑭、或硅氮氧中的一種材料或多種材料的疊層結構。

3.如權利要求1或2所述的基于高溫化學氣相沉積原位制備厚柵介質層和電極一步成型的AlGaN/GaN MIS-HEMT器件，其特征在于：源電極、漏電極和柵電極所用材質均為鈦、鋁、鎳、金、鉑、銥、鉬、鉭、鈮、鈷、鋯、鎢或氮化鈦中的至少一種；源電極、漏電極和柵電極的結構相同。

4.如權利要求1或2所述的基于高溫化學氣相沉積原位制備厚柵介質層和電極一步成型的AlGaN/GaN MIS-HEMT器件，其特征在于：厚絕緣柵介質層為SiN_x層，厚絕緣柵介質層的淀積方式為金屬有機化合物化學氣相沉積，壓力為120±20mTorr，反應氣體SiH₄和NH₃的流量比為(4±2)×10^-6，SiN_x的生長速率為

5.如權利要求1或2所述的基于高溫化學氣相沉積原位制備厚柵介質層和電極一步成型的AlGaN/GaN MIS-HEMT器件，其特征在于：步驟3)中的隔離區域采用雙次氮離子注入平面隔離，注入能量分別為45keV和135keV；步驟4)中，源、漏電極刻蝕區域的厚絕緣柵介質層通過ICP或者RIE干法刻蝕去掉。

6.如權利要求1或2所述的基于高溫化學氣相沉積原位制備厚柵介質層和電極一步成型的AlGaN/GaN MIS-HEMT器件，其特征在于：步驟5)為在源極區域、漏極區域和柵極區域，同步用電子束蒸發生長電極金屬疊層Ti/Al/Ni/Au，通過剝離工藝形成電極，并在850℃～950℃之間氮氣氛圍中退火，在源漏形成歐姆接觸。