[發明專利]一種具有高介電常數柵介質疊層的槽柵增強型MISHEMT器件及其制備方法

在審

• 申請號: 202310208052.7
• 申請日: 2023-03-07
• 公開（公告）號: CN116031293A
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 李述體;賀宇浩;石宇豪;高芳亮
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01L29/423
• 分類號: H01L29/423;H01L29/51;H01L29/06;H01L29/778;H01L21/28;H01L21/335
• 代理公司: 北京清控智云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11919
• 代理人: 仵樂娟

1.一種具有高介電常數柵介質疊層的槽柵增強型MISHEMT器件，包括，襯底，位于襯底上的外延疊層，位于外延疊層上的高介電常數柵介質層、源極和漏極，位于柵介質層上的凹槽柵極，其特征在于，所述外延疊層包括依次層疊的緩沖層、GaN通道層、AlN空間層、AlGaN勢壘層和GaN帽層，所述外延疊層包括一柵極凹槽，所述柵極凹槽沿所述GaN帽層的表面延伸至所述AlGaN勢壘層中一定深度，所述高介電常數柵介質層沿所述GaN帽層的表面延伸至所述凹槽中；

所述高介電常數柵介質層包括依次層疊的AlON柵介質層、HfAlON柵介質層和HfTaO柵介質層，所述AlON柵介質層設置于所述GaN帽層以及所述AlGaN勢壘層的表面，其中所述HfTaO柵介質層中，Ta的組分為40％～45％。

2.根據權利要求1的所述槽柵增強型MISHEMT器件，其特征在于，所述高介電常數柵介質層的厚度為9～26nm。

3.根據權利要求1或2的所述槽柵增強型MISHEMT器件，其特征在于，所述凹槽的深度為12～28nm，其寬度為1～3μm。

4.根據權利要求1或2的所述槽柵增強型MISHEMT器件，其特征在于，所述AlON柵介質層的厚度為2～7nm；所述HfAlON柵介質層的厚度為1～4nm；所述HfTaO柵介質層的厚度為6～15nm。

5.根據權利要求4的所述槽柵增強型MISHEMT器件，其特征在于，所述AlGaN勢壘層的Al含量為15％～30％；所述GaN帽層的厚度為1nm～5nm。

6.根據權利要求1或2的所述槽柵增強型MISHEMT器件，其特征在于，所述緩沖層為碳摻雜的高阻GaN緩沖層，其厚度為1.2～3μm。

7.根據權利要求4的所述槽柵增強型MISHEMT器件，其特征在于，所述源極和所述漏極設置于所述柵介質層的兩端，與所述AlGaN勢壘層接觸；

所述襯底與所述緩沖層之間還設置有一AlN成核層，所述AlN成核層的厚度為10～30nm。

8.根據權利要求2、5或7的所述槽柵增強型MISHEMT器件，其特征在于，所述GaN通道層的厚度為20nm～200nm；所述AlN空間層的厚度為1～2nm。

9.一種具有高介電常數柵介質疊層的槽柵增強型MISHEMT器件的制作方法，其特征在于，包括以下步驟：

在襯底上依次外延生長AlN成核層、緩沖層、通道層、AlN空間層、AlGaN勢壘層和GaN帽層形成外延疊層；

刻蝕所述GaN帽層的預定區域，形成源、漏區域；

在所述源、漏區域沉積金屬層，退火后形成歐姆接觸的源極和漏極；

采用干法刻蝕工藝刻蝕預定區域的GaN帽層和部分AlGaN勢壘層；

進行熱氧化處理，隨后以GaN帽層作為掩模，采用熱的堿性溶液刻蝕所述AlGaN勢壘層，形成延伸至所述AlGaN勢壘層中一定深度的柵極凹槽；

在所述柵極凹槽中以及所述GaN帽層的表面沉積高k材料AlON作為第一柵介質層；

在所述第一柵介質層上沉積高k材料HfAlON作為第二柵介質層；

在所述第二柵介質層上沉積高k材料HfTaO作為第三柵介質層，其中Ta組分為40％～45％，隨后在N2氛圍中快速熱退火；

沉積柵金屬層，形成凹槽柵極。

10.根據權利要求9的所述制作方法，其特征在于，在柵介質層的沉積步驟中，選用磁控濺射工藝，在N₂和Ar氣的混合氣氛中，以Al₂O₃靶材作為濺射源沉積厚度為2nm～7nm的AlON柵介質層；在N₂和Ar氣的混合氣氛中，以HfO₂和Al₂O₃靶材作為共濺射源，沉積厚度為1nm～4nm的HfAlON柵介質層；

在Ar氣的氣氛中，以HfO₂和Ta₂O₅靶材作為共濺射源，沉積6nm～15nm的HfTaO柵介質層；

所述快速熱退火工藝為在N₂氣氛中，在700℃溫度下退火30～50秒。