[發明專利]基于高K材料的品型柵AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管及制作方法

在審

• 申請號: 202010724259.6
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111863960A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 梁智文;楊倩倩;張法碧;王琦;汪青;張國義
• 申請（專利權）人: 北京大學東莞光電研究院
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/423;H01L29/51;H01L21/335
• 代理公司: 東莞恒成知識產權代理事務所(普通合伙) 44412
• 代理人: 鄧燕

1.一種基于高K材料的品型柵AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管，由下至上依次包括襯底、AlN成核層、GaN緩沖層、AlN插入層、AlGaN勢壘層、柵介質層和柵極，其特征在于：所述柵介質層由下至上依次包括介電常數不同的界面過渡層和高K介質層，所述界面過渡層包括介電常數不同的第一介質材料層和第二介質材料層，所述第一介質材料層與所述第二介質材料層橫向連接，所述第一介質材料層一端連接有源極，所述第二介質材料層一端連接有漏極。

2.根據權利要求1所述的基于高K材料的品型柵AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管，其特征在于：所述的高K介質層由介電常數大于Al₂O₃介電常數的高K材料制成；該高K材料為HfO₂或La₂O₃或TiO₂或Ta₂O₅或者介電常數大于Al₂O₃的絕緣介質。

3.根據權利要求2所述的基于高K材料的品型柵AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管，其特征在于：所述的第一介質材料層由SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃、HfO₂和TiO₂中任一種物質制成；所述的第二介質材料層由SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃、HfO₂和TiO₂中任一種物質制成。

4.根據權利要求3所述的基于高K材料的品型柵AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管，其特征在于：所述高K介質層所用材料的介電常數大于所述第一介質材料層所用材料的介電常數，所述第一介質材料層所用材料的介電常數大于所述第二介質材料層所用材料的介電常數。

5.根據權利要求1中所述的基于高K材料的品型柵AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管，其特征在于：所述高K介質層的厚度大于所述界面過渡層的厚度；所述高K介質層的厚度為3nm-5nm；所述界面過渡層的厚度為2nm-3nm。

6.根據權利要求1所述的基于高K材料的品型柵AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管，其特征在于：所述襯底由藍寶石或硅制成；所述柵極采用Ni/Au/Ni多層金屬結構；所述源極和所述漏極均采用Ti/Al/Ni/Au多層金屬結構。

7.一種基于高K材料的品型柵AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括如下步驟：

1)選用襯底并進行標準RCA清洗；

2)采用金屬有機化合物氣相沉積MOCVD技術在清洗后的襯底上依次生長AlN成核層、GaN緩沖層、AlN插入層、AlGaN勢壘層，獲得AlGaN/GaN異質結襯底；

3)采用原子層沉積ALD技術在AlGaN/GaN異質結襯底上沉積厚度一致且橫向連接的第一介質材料層和第二介質材料層；

4)采用熱型原子層沉積ALD技術在橫向連接的第一介質材料層和第二介質材料層上沉積厚度大于第一介質層材料的高K介質層，形成品型柵介質層；

5)將形成品型柵介質層的AlGaN/GaN異質結襯底置于溫度為750-800℃的氮氣環境中，退火50-70s；

6)在品型柵介質層上，采用金屬熱蒸發技術淀積柵極；

7)將完成柵極淀積的AlGaN/GaN異質結襯底置于溫度為550-650℃的氮氣環境中，退火25-35s；

8)通過光刻與刻蝕工藝，在完成快速退火的AlGaN/GaN異質結襯底上，制作出源區和漏區；

9)采用金屬熱蒸發技術在源區和漏區上制作出漏極和源極，獲得基于高K材料的品型柵AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管。