[發(fā)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

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• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111863960A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁智文;楊倩倩;張法碧;王琦;汪青;張國義
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)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(chǎn)權(quán)代理事務(wù)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(zhì)層和柵極，其特征在于：所述柵介質(zhì)層由下至上依次包括介電常數(shù)不同的界面過渡層和高K介質(zhì)層，所述界面過渡層包括介電常數(shù)不同的第一介質(zhì)材料層和第二介質(zhì)材料層，所述第一介質(zhì)材料層與所述第二介質(zhì)材料層橫向連接，所述第一介質(zhì)材料層一端連接有源極，所述第二介質(zhì)材料層一端連接有漏極。

2.根據(jù)權(quán)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(zhì)層由介電常數(shù)大于Al₂O₃介電常數(shù)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(shù)大于Al₂O₃的絕緣介質(zhì)。

3.根據(jù)權(quán)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(zhì)材料層由SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃、HfO₂和TiO₂中任一種物質(zhì)制成；所述的第二介質(zhì)材料層由SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃、HfO₂和TiO₂中任一種物質(zhì)制成。

4.根據(jù)權(quán)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(zhì)層所用材料的介電常數(shù)大于所述第一介質(zhì)材料層所用材料的介電常數(shù)，所述第一介質(zhì)材料層所用材料的介電常數(shù)大于所述第二介質(zhì)材料層所用材料的介電常數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)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(zhì)層的厚度大于所述界面過渡層的厚度；所述高K介質(zhì)層的厚度為3nm-5nm；所述界面過渡層的厚度為2nm-3nm。

6.根據(jù)權(quán)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(jié)構(gòu)；所述源極和所述漏極均采用Ti/Al/Ni/Au多層金屬結(jié)構(gòu)。

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(shù)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(zhì)結(jié)襯底；

3)采用原子層沉積ALD技術(shù)在AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)襯底上沉積厚度一致且橫向連接的第一介質(zhì)材料層和第二介質(zhì)材料層；

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

5)將形成品型柵介質(zhì)層的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)襯底置于溫度為750-800℃的氮氣環(huán)境中，退火50-70s；

6)在品型柵介質(zhì)層上，采用金屬熱蒸發(fā)技術(shù)淀積柵極；

7)將完成柵極淀積的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)襯底置于溫度為550-650℃的氮氣環(huán)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(zhì)結(jié)襯底上，制作出源區(qū)和漏區(qū)；

9)采用金屬熱蒸發(fā)技術(shù)在源區(qū)和漏區(qū)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。