基于超結(jié)槽柵的高壓器件及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于超結(jié)槽柵的高壓器件及其制作方法，依次包括襯底、GaN緩沖層、GaN溝道層、AlN隔離層、本征AlGaN層和AlGaN勢(shì)壘層，所述AlGaN勢(shì)壘層上間隔設(shè)有源極、柵極和漏極，源極和柵極之間設(shè)有線性AlGaN層，柵極和漏極之間的部分區(qū)域設(shè)有線性AlGaN層，后者的線性AlGaN層上設(shè)有p-GaN層，p-GaN層上設(shè)有基極，所述柵極位于線性AlGaN層上方的部分還向源極方向形成有柵源場(chǎng)板；上述結(jié)構(gòu)的頂層還間隔淀積有鈍化層，鈍化層的間隔內(nèi)淀積有加厚電極。本發(fā)明兼顧了器件擊穿電壓的提高與導(dǎo)通電阻的減小，同時(shí)采用槽柵結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了柵極對(duì)溝道2DEG的調(diào)控作用，提高了器件的頻率性能。
【專利說明】基于超結(jié)槽柵的高壓器件及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種基于超結(jié)槽柵的高壓器件及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來以SiC和GaN為代表的第三帶寬禁帶隙半導(dǎo)體以其禁帶寬度大、擊穿電場(chǎng)高、熱導(dǎo)率高、飽和電子速度大和異質(zhì)結(jié)界面二維電子氣濃度高等特性，使其受到廣泛關(guān)注。在理論上，利用這些材料制作的高電子遷移率晶體管HEMT、發(fā)光二極管LED、激光二極管LD等器件比現(xiàn)有器件具有明顯的優(yōu)越特性，因此近些年來國內(nèi)外研究者對(duì)其進(jìn)行了廣泛而深入的研究，并取得了令人矚目的研究成果。
[0003]AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)高電子遷移率晶體管HEMT在高溫器件及大功率微波器件方面已顯示出了得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，追求器件高頻率、高壓、高功率吸引了眾多的研究。近年來，制作更高頻率高壓AlGaN/GaN HEMT成為關(guān)注的又一研究熱點(diǎn)。由于AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)生長完成后，異質(zhì)結(jié)界面就存在大量二維電子氣2DEG，并且其遷移率很高，因此我們能夠獲得較高的器件頻率特性。在提高AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)電子遷移率晶體管擊穿電壓方面，人們進(jìn)行了大量的研究，發(fā)現(xiàn)AlGaN/GaN HEMT器件的擊穿主要發(fā)生在柵靠漏端，因此要提高器件的擊穿電壓，必須使柵漏區(qū)域的電場(chǎng)重新分布，尤其是降低柵靠漏端的電場(chǎng)，為此，人們提出了采用場(chǎng)板結(jié)構(gòu)的方法:
[0004]1.米用場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，參見 Yuji Ando, Akio ffakejima, Yasuhiro Okamoto 等的 NovelAlGaN/GaN dual-field-plate FET with high gain, increased linearity and stability, IEDM2005, pp.576-579，2005。在AlGaN/GaN HEMT器件中同時(shí)采用柵場(chǎng)板和源場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，將器件的擊穿電壓從單獨(dú)采用柵場(chǎng)板的125V提高到采用雙場(chǎng)板后的250V，并且降低了柵漏電容，提高了器件的線性度和穩(wěn)定性。
[0005]2.米用超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)，參見 Akira Nakajima, Yasunobu Sumida, Mahesh H 的 GaNbased super heterojunction field effect transistors using the polarizationjunction concept0在該器件結(jié)構(gòu)中同時(shí)擁有2DEG和2DH1，當(dāng)柵極正向偏置時(shí)，2DEG的濃度不發(fā)生任何變化，因此器件的導(dǎo)通電阻不會(huì)增加，當(dāng)柵極反向偏置時(shí)，溝道中的2DEG會(huì)由于放電而耗盡，從而提高了器件的擊穿電壓(從IlOV提高至560V)，而導(dǎo)通電阻為
6.1mQ.cm2。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為了克服上述的不足，提供了一種兼顧了擊穿電壓的增加和導(dǎo)通電阻的減小，且提高了器件的頻率性能的基于超結(jié)槽柵的高壓器件。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0008]自下而上依次包括襯底、GaN緩沖層、GaN溝道層、AlN隔離層、本征AlGaN層和AlGaN勢(shì)壘層，所述AlGaN勢(shì)壘層上間隔依次設(shè)有源極、柵極和漏極，所述源極和柵極之間設(shè)有線性AlGaN層，柵極和漏極之間的部分區(qū)域設(shè)有線性AlGaN層，所述柵極與漏極之間的線性AlGaN層上的部分區(qū)域設(shè)有ρ-GaN層，p-GaN層上設(shè)有基極，所述柵極位于線性AlGaN層上方的部分還向源極方向延伸，形成柵源場(chǎng)板；上述結(jié)構(gòu)的頂層還間隔淀積有鈍化層，所述鈍化層的間隔內(nèi)淀積有加厚電極。
[0009]所述襯底為藍(lán)寶石、碳化硅、GaN和MgO中的一種或多種。
[0010]所述AlGaN勢(shì)壘層中Al的組分含量在O~I之間，Ga的組分含量與Al的組分含量之和為I。
[0011]所述線性AlGaN層中Al的組份含量在O~I之間，且從x線性增加到y(tǒng)，線性AlGaN層的厚度為L，其中任一厚度LI處的Al組分含量為(y-x) XL1/L。
[0012]所述鈍化層內(nèi)包括SiN、Al2O3和HfO2中的一種或多種。
[0013]所述柵極和漏極之間的ρ-GaN層和線性AlGaN層同時(shí)存在的區(qū)域?qū)挾菴l1 > 0，僅有線性AlGaN層的區(qū)域?qū)挾萪2 > 0，p-GaN層和線性AlGaN層均不存在的區(qū)域?qū)挾萪3 ^ 0.5 μ nio
[0014]所述柵源場(chǎng)板的寬度d≤I μ m。
[0015]其中，GaN溝道層可以用AlGaN溝道層代替，用AlGaN溝道層時(shí)，AlGaN溝道層中Al的組分含量小于AlGaN勢(shì)壘層中Al的組分含量。ρ-GaN層可以用InGaN層代替，用InGaN層時(shí)，In的組分含量恒定或者In組分逐漸增加。
[0016]本發(fā)明基于超結(jié)槽柵的高壓器件，在柵極與源極之間(簡稱柵源間)的AlGaN勢(shì)壘層全部區(qū)域上方、柵極與漏極之間(簡稱柵漏間)的AlGaN勢(shì)壘層部分區(qū)域上方有線性AlGaN層，而在柵漏間線性AlGaN層部分區(qū)域上方有ρ-GaN層，在p-GaN層上制備有電極，該電極與柵極電連接，柵極還延伸至柵源間線性AlGaN層部分區(qū)域的上方，形成柵源場(chǎng)板，將柵漏間P-GaN層和線性AlGaN層同時(shí)存在的區(qū)域稱之為第一區(qū)域，僅有線性AlGaN層的區(qū)域稱為第二區(qū)域，線性AlGaN層和ρ-GaN層均沒有的區(qū)域稱為第三區(qū)域，柵源間有線性AlGaN層的區(qū)域稱之為第四區(qū)域，這樣的結(jié)構(gòu)可以使得器件在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，即柵極電壓≥OV時(shí)，第一區(qū)域正下方、第二區(qū)域正下方和第四區(qū)域正下方的AlGaN/GaN界面處2DEG濃度的增加幾乎完全相同，均大于第三區(qū)域的2DEG濃度，因此第一區(qū)域、第二區(qū)域和第四區(qū)域的電阻均有所減小，因此器件的導(dǎo)通電阻也得到了降低；當(dāng)器件處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，即柵極電壓≤閾值電壓時(shí)，柵下溝道內(nèi)的2DEG被耗盡，與此同時(shí)由于第一區(qū)域的基極電極與柵極電連接，因此該區(qū)域正下方的2DEG濃度有所減小，甚至減小為50%，因此使得器件的耗盡區(qū)有所加寬，所能承擔(dān)高電場(chǎng)的區(qū)域得到加寬，器件擊穿電壓得到提高；此外，第二區(qū)域正下方的2DEG濃度與導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)完全相同，有利于電場(chǎng)的重新分布，第三區(qū)域確保電場(chǎng)峰值不會(huì)出現(xiàn)在漏極處，柵源場(chǎng)板確保電場(chǎng)峰值不會(huì)出現(xiàn)在柵靠近源的邊界處，使得器件擊穿電壓再次得到提高。因此該結(jié)構(gòu)在器件導(dǎo)通時(shí)的導(dǎo)通電阻得到減小，而在截止?fàn)顟B(tài)時(shí)的擊穿電壓得到提高，兼顧了器件擊穿電壓的提高與導(dǎo)通電阻的減小。同時(shí)器件采用槽柵結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了柵極對(duì)溝道2DEG的調(diào)控作用，提高了器件的頻率性能。
[0017]上述基于超結(jié)槽柵的高壓器件的制作步驟如下:
[0018](I)對(duì)外延生長的p-GaN/線性AlGaN/AlGaN/GaN材料進(jìn)行有機(jī)清洗的步驟；
[0019](2)對(duì)清洗干凈的AlGaN/GaN材料進(jìn)行光刻和干法刻蝕，形成有源區(qū)臺(tái)面的步驟；
[0020](3)對(duì)制備好臺(tái)面的AlGaN/GaN材料進(jìn)行光刻，形成p_GaN和線性AlGaN層的刻蝕區(qū)，再放入ICP干法刻蝕反應(yīng)室中，將柵極和漏極之間的部分區(qū)域、以及柵極、源極和漏極上方的P-GaN層以及線性AlGaN層均刻蝕掉，形成柵漏間第三區(qū)域的步驟；
[0021](4)對(duì)器件進(jìn)行光刻，然后放入電子束蒸發(fā)臺(tái)中淀積歐姆接觸金屬Ti/Al/Ni/Au=20/120/45/50nm，并進(jìn)行剝離，最后在氮?dú)猸h(huán)境中進(jìn)行850°C，35s的快速熱退火，形成歐姆接觸的步驟；
[0022](5)對(duì)制備好歐姆接觸的器件進(jìn)行光刻，形成P-GaN層的刻蝕區(qū)，再放入ICP干法刻蝕反應(yīng)室中，將柵極和源極之間全部區(qū)域、柵極和漏極之間部分區(qū)域的P-GaN層刻蝕掉，同時(shí)形成柵極和源極之間的第四區(qū)域、柵極和漏極之間的第一區(qū)域和第二區(qū)域的步驟；
[0023](6)對(duì)器件進(jìn)行光亥lj，形成基極區(qū)域，然后放入電子束蒸發(fā)臺(tái)中淀積Ni/Au=20/20nm并進(jìn)行剝離，最后在大氣環(huán)境中進(jìn)行550°C，IOmin的退火，形成基極歐姆接觸的步驟；
[0024](7)對(duì)完成基極制備的器件進(jìn)行光刻，形成槽柵刻蝕區(qū)域，再放入ICP干法刻蝕反應(yīng)室中，將AlGaN勢(shì)壘層刻蝕掉5?10nm，然后再去除刻蝕殘留物，形成槽柵結(jié)構(gòu)的步驟；
[0025](8)對(duì)完成槽柵刻蝕的器件進(jìn)行光刻，形成柵極和柵源場(chǎng)板區(qū)域，然后放入電子束蒸發(fā)臺(tái)中淀積Ni/Au=20/200nm并進(jìn)行剝離，完成柵極和柵源場(chǎng)板制備的步驟；
[0026](9)對(duì)完成柵極及柵源場(chǎng)板制備的器件放入PECVD反應(yīng)室淀積SiN鈍化膜的步驟；
[0027]( 10)對(duì)器件進(jìn)行清洗、光刻顯影，將源極、柵極和漏極上面覆蓋的SiN薄膜刻蝕掉的步驟；
[0028](11)對(duì)器件再次進(jìn)行清洗、光刻顯影，并放入電子束蒸發(fā)臺(tái)中淀積Ti/Au=20/200nm加厚電極，完成整體器件的制備。
[0029]其中，在步驟(I)中，采用流動(dòng)的去離子水清洗并放入HCl = H2O=1:1的溶液中進(jìn)行腐蝕30?60s，最后用流動(dòng)的去離子水清洗并用高純氮?dú)獯蹈桑?br> [0030]步驟(3)中，在ICP干法刻蝕反應(yīng)室中的工藝條件為:上電極功率為200W，下電極功率為20W，反應(yīng)室壓力為1.5Pa，Cl2的流量為lOsccm，N2的流量為lOsccm，刻蝕時(shí)間為5min?8min ;第三區(qū)域?yàn)棣?GaN層和線性AlGaN層均不存在的區(qū)域；
[0031]步驟(5)中，ICP干法刻蝕反應(yīng)室中的工藝條件為:上電極功率為200W，下電極功率為20W，反應(yīng)室壓力為1.5Pa，Cl2的流量為lOsccm，N2的流量為lOsccm，刻蝕時(shí)間為3min?5min ;該步驟中，第一區(qū)域?yàn)闁怕╅gp_GaN層和線性AlGaN層同時(shí)存在的區(qū)域,第二區(qū)域?yàn)闁怕╅g僅有線性AlGaN層的區(qū)域；第四區(qū)域?yàn)闁艠O和源極之間有線性AlGaN層的區(qū)域；
[0032]步驟(7)中，ICP干法刻蝕反應(yīng)室中的工藝條件為:上電極功率為200W，下電極功率為20W，反應(yīng)室壓力為1.5Pa，Cl2的流量為lOsccm, N2的流量為lOsccm，并通過在HCliH2O=1:1溶液中處理30s，去除刻蝕殘留物；
[0033]步驟(9)中，PECVD反應(yīng)室的工藝條件為=SiH4的流量為40sccm，NH3的流量為IOsccm,反應(yīng)室壓力為I?2Pa，射頻功率為40W，淀積200nm?300nm厚的SiN鈍化膜；
[0034]步驟(10)中，ICP干法刻蝕反應(yīng)室中的工藝條件為:上電極功率為200W，下電極功率為20W，反應(yīng)室壓力為1.5Pa，CF4的流量為20sCCm，氬氣的流量為lOsccm，刻蝕時(shí)間為IOmin0[0035]本發(fā)明的有益效果如下:
[0036](I)本發(fā)明采用器件柵漏間第一區(qū)域、第二區(qū)域和第三區(qū)域以及柵源間第四區(qū)域的形成使得器件導(dǎo)通時(shí)第一區(qū)域、第二區(qū)域和第四區(qū)域的2DEG濃度增加，電阻得到減小，達(dá)到降低器件導(dǎo)通電阻的目的；
[0037](2)本發(fā)明采用器件柵漏間第一區(qū)域、第二區(qū)域和第三區(qū)域以及柵源間第四區(qū)域的形成使得器件截止時(shí)第一區(qū)域的2DEG得到減小，第二區(qū)域和第三區(qū)域的2DEG與器件導(dǎo)通時(shí)相同，增加了器件耗盡區(qū)的寬度，改變了電場(chǎng)分布，達(dá)到提高器件擊穿電壓的目的；
[0038](3)本發(fā)明采用柵源場(chǎng)板，確保了電場(chǎng)峰值不會(huì)出現(xiàn)在柵極靠近源極的邊界處，達(dá)到提高擊穿電壓的目的；
[0039](4)本發(fā)明采用槽柵結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了柵極對(duì)溝道2DEG的控制作用，提高了器件的頻率性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
[0041]圖1是本發(fā)明中基于超結(jié)槽柵的高壓器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖2是制作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
[0044]如圖1所示的基于超結(jié)槽柵的高壓器件，自下而上依次包括襯底l、GaN緩沖層2、GaN溝道層3、AlN隔離層4、本征AlGaN層5和AlGaN勢(shì)壘層6，所述AlGaN勢(shì)壘層6上間隔設(shè)有源極7、柵極8和漏極9，所述源極7和柵極8之間設(shè)有線性AlGaN層10，柵極8和漏極9之間的部分區(qū)域設(shè)有線性AlGaN層10，所述柵極8和漏極9之間的線性AlGaN層10上設(shè)有p-GaN層11，p-GaN層11上設(shè)有基極12，所述柵極8位于線性AlGaN層10上方的部分還向源極7方向延伸，形成柵源場(chǎng)板；上述結(jié)構(gòu)的頂層還間隔淀積有鈍化層13，所述鈍化層13的間隔內(nèi)淀積有加厚電極14。其中，所述襯底I為藍(lán)寶石、碳化硅、GaN和MgO中的一種或多種。所述AlGaN勢(shì)壘層6中Al的組分含量在O~I之間，Ga的組分含量與Al的組分含量之和為I。所述線性AlGaN層中Al的組份含量在O~I之間，且從x線性增加到y(tǒng)，線性AlGaN層的厚度為L，其中任一厚度LI處的Al組分含量為(y-χ) XL1/L。所述鈍化層13內(nèi)包括SiN、Al2O3和HfO2中的一種或多種。所述柵極8和漏極9之間的ρ-GaN層11和線性AlGaN層10同時(shí)存在的區(qū)域?qū)挾萪l>0，僅有線性AlGaN層10的區(qū)域?qū)挾萪2>0，p-GaN層
11和線性AlGaN層10均不存在的區(qū)域?qū)挾萪3≤0.5 μ m。所述柵源場(chǎng)板的寬度d≤I μ m。
[0045]上述結(jié)構(gòu)中，GaN溝道層3可以用AlGaN溝道層代替，用AlGaN溝道層時(shí)，AlGaN溝道層中Al的組分含量小于AlGaN勢(shì)壘層6中Al的組分含量。ρ-GaN層可以用InGaN層代替，用InGaN層時(shí)，In的組分含量恒定或者In組分逐漸增加。
[0046]本發(fā)明基于超結(jié)槽柵的高壓器件，在柵極與源極之間(簡稱柵源間)的AlGaN勢(shì)壘層全部區(qū)域上方、柵極與漏極之間(簡稱柵漏間)的AlGaN勢(shì)壘層部分區(qū)域上方有線性AlGaN層，而在柵漏間線性AlGaN層部分區(qū)域上方有ρ-GaN層，在p-GaN層上制備有電極，該電極與柵極電連接，柵極還延伸至柵源間線性AlGaN層部分區(qū)域的上方，形成柵源場(chǎng)板，將柵漏間P-GaN層和線性AlGaN層同時(shí)存在的區(qū)域稱之為第一區(qū)域，僅有線性AlGaN層的區(qū)域稱為第二區(qū)域，線性AlGaN層和ρ-GaN層均沒有的區(qū)域稱為第三區(qū)域，柵源間有線性AlGaN層的區(qū)域稱之為第四區(qū)域，這樣的結(jié)構(gòu)可以使得器件在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，即柵極電壓≥OV時(shí)，第一區(qū)域正下方、第二區(qū)域正下方和第四區(qū)域正下方的AlGaN/GaN界面處2DEG濃度的增加幾乎完全相同，均大于第三區(qū)域的2DEG濃度，因此第一區(qū)域、第二區(qū)域和第四區(qū)域的電阻均有所減小，因此器件的導(dǎo)通電阻也得到了降低；當(dāng)器件處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，即柵極電壓≤閾值電壓時(shí)，柵下溝道內(nèi)的2DEG被耗盡，與此同時(shí)由于第一區(qū)域的基極電極與柵極電連接，因此該區(qū)域正下方的2DEG濃度有所減小，甚至減小為50%，因此使得器件的耗盡區(qū)有所加寬，所能承擔(dān)高電場(chǎng)的區(qū)域得到加寬，器件擊穿電壓得到提高；此外，第二區(qū)域正下方的2DEG濃度與導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)完全相同，有利于電場(chǎng)的重新分布，第三區(qū)域確保電場(chǎng)峰值不會(huì)出現(xiàn)在漏極處，柵源場(chǎng)板確保電場(chǎng)峰值不會(huì)出現(xiàn)在柵靠近源的邊界處，使得器件擊穿電壓再次得到提高。因此該結(jié)構(gòu)在器件導(dǎo)通時(shí)的導(dǎo)通電阻得到減小，而在截止?fàn)顟B(tài)時(shí)的擊穿電壓得到提高，兼顧了器件擊穿電壓的提高與導(dǎo)通電阻的減小。同時(shí)器件采用槽柵結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了柵極對(duì)溝道2DEG的調(diào)控作用，提高了器件的頻率性能。
[0047]如圖2所示，本發(fā)明的的制作步驟如下:
[0048](1)對(duì)外延生長的p-GaN/線性AlGaN/AlGaN/GaN材料進(jìn)行有機(jī)清洗的步驟，該步驟中采用流動(dòng)的去離子水清洗并放入HCl = H2O=1:1的溶液中進(jìn)行腐蝕30~60s，最后用流動(dòng)的去離子水清洗并用高純氮?dú)獯蹈桑?br> [0049](2)對(duì)清洗干凈的AlGaN/GaN材料進(jìn)行光刻和干法刻蝕，形成有源區(qū)臺(tái)面的步驟；
[0050](3)對(duì)制備好臺(tái)面的AlGaN/GaN材料進(jìn)行光刻，形成p_GaN和線性AlGaN層的刻蝕區(qū)，再放入ICP干法刻蝕反應(yīng)室中，將柵極和漏極之間的部分區(qū)域、以及柵極、源極和漏極上方的P-GaN層以及線性AlGaN層均刻蝕掉，形成柵漏間第三區(qū)域的步驟，該步驟中，第三區(qū)域?yàn)镻-GaN層和線性AlGaN層均不存在的區(qū)域，該步驟中在ICP干法刻蝕反應(yīng)室中的工藝條件為:上電極功率為200W，下電極功率為20W，反應(yīng)室壓力為1.5Pa，Cl2的流量為lOsccm, N2的流量為1Osccm,刻蝕時(shí)間為5min~8min ；
[0051](4)對(duì)器件進(jìn)行光刻，然后放入電子束蒸發(fā)臺(tái)中淀積歐姆接觸金屬Ti/Al/Ni/Au=20/120/45/50nm，并進(jìn)行剝離，最后在氮?dú)猸h(huán)境中進(jìn)行850°C，35s的快速熱退火，形成歐姆接觸的步驟；
[0052](5)對(duì)制備好歐姆接觸的器件進(jìn)行光刻，形成P-GaN層的刻蝕區(qū)，再放入ICP干法刻蝕反應(yīng)室中，將柵極和源極之間全部區(qū)域、柵極和漏極之間部分區(qū)域的P-GaN層刻蝕掉，同時(shí)形成柵極和源極之間的第四區(qū)域、柵極和漏極之間的第一區(qū)域和第二區(qū)域的步驟，第一區(qū)域柵漏間為P-GaN層和線性AlGaN層同時(shí)存在的區(qū)域，第二區(qū)域?yàn)闁怕╅g僅有線性AlGaN層的區(qū)域，第四區(qū)域?yàn)闁旁撮g有線性AlGaN層的區(qū)域；該步驟中ICP干法刻蝕反應(yīng)室中的工藝條件為:上電極功率為200W，下電極功率為20W，反應(yīng)室壓力為1.5Pa，Cl2的流量為lOsccm, N2的流量為IOsccm,刻蝕時(shí)間為3min~5min ；
[0053](6)對(duì)器件進(jìn)行光亥lj，形成基極區(qū)域，然后放入電子束蒸發(fā)臺(tái)中淀積Ni/Au=20/20nm并進(jìn)行剝離，最后在大氣環(huán)境中進(jìn)行550°C，IOmin的退火，形成基極歐姆接觸的步驟；[0054](7)對(duì)完成基極制備的器件進(jìn)行光刻，形成槽柵刻蝕區(qū)域，再放入ICP干法刻蝕反應(yīng)室中，將AlGaN勢(shì)壘層刻蝕掉5~10nm，然后再去除刻蝕殘留物，形成槽柵結(jié)構(gòu)的步驟，該步驟中ICP干法刻蝕反應(yīng)室中的工藝條件為:上電極功率為200W，下電極功率為20W，反應(yīng)室壓力為1.5Pa，ClJ^流量為lOsccm，N2的流量為lOsccm，并通過在HCl = H2O=1:1溶液中處理30s，去除刻蝕殘留物；
[0055](8)對(duì)完成槽柵刻蝕的器件進(jìn)行光刻，形成柵極和柵源場(chǎng)板區(qū)域，然后放入電子束蒸發(fā)臺(tái)中淀積Ni/Au=20/200nm并進(jìn)行剝離，完成柵極和柵源場(chǎng)板制備的步驟；
[0056](9)對(duì)完成柵極及柵源場(chǎng)板制備的器件放入PECVD反應(yīng)室淀積SiN鈍化膜的步驟，該步驟中PECVD反應(yīng)室的工藝條件為=SiH4的流量為40sCCm，NH3的流量為lOsccm，反應(yīng)室壓力為I~2Pa，射頻功率為40W，淀積200nm~300nm厚的SiN鈍化膜；
[0057](10)對(duì)器件進(jìn)行清洗、光刻顯影，將源極、柵極和漏極上面覆蓋的SiN薄膜刻蝕掉的步驟，該步驟中ICP干法刻蝕反應(yīng)室中的工藝條件為:上電極功率為200W，下電極功率為20W，反應(yīng)室壓力為1.5Pa，CF4的流量為20sccm，氬氣的流量為lOsccm，刻蝕時(shí)間為IOmin ；
[0058](11)對(duì)器件再次進(jìn)行清洗、光刻顯影，并放入電子束蒸發(fā)臺(tái)中淀積Ti/Au=20/200nm的加厚電極，完成整體器件的制備。
[0059]上述依據(jù)本發(fā)明為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi) 容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于超結(jié)槽柵的高壓器件，其特征在于，自下而上依次包括襯底、GaN緩沖層、GaN溝道層、AlN隔離層、本征AlGaN層和AlGaN勢(shì)壘層，所述AlGaN勢(shì)壘層上間隔依次設(shè)有源極、柵極和漏極，所述源極和柵極之間設(shè)有線性AlGaN層，柵極和漏極之間的部分區(qū)域設(shè)有線性AlGaN層，所述柵極與漏極之間的線性AlGaN層上設(shè)有ρ-GaN層，ρ-GaN層上設(shè)有基極，所述柵極位于線性AlGaN層上方的部分還向源極方向延伸，形成柵源場(chǎng)板；上述結(jié)構(gòu)的頂層還間隔淀積有鈍化層，所述鈍化層的間隔內(nèi)淀積有加厚電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超結(jié)槽柵的高壓器件，其特征在于，所述襯底為藍(lán)寶石、碳化硅、GaN和MgO中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超結(jié)槽柵的高壓器件，其特征在于，所述AlGaN勢(shì)壘層中Al的組分含量在O~I之間，Ga的組分含量與Al的組分含量之和為I。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超結(jié)槽柵的高壓器件，其特征在于，所述線性AlGaN層中Al的組份含量在O~I之間，且從X線性增加到y(tǒng)，線性AlGaN層的厚度為L，其中任一厚度LI處的Al組分含量為(y-x) XL1/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超結(jié)槽柵的高壓器件，其特征在于，所述鈍化層內(nèi)包括SiN、Al2O3和HFO2中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超結(jié)槽柵的高壓器件，其特征在于，所述柵極和漏極之間的P-GaN層和線性AlGaN層同時(shí)存在的區(qū)域?qū)挾?I1 > O,僅有線性AlGaN層的區(qū)域?qū)挾萪2 > O, p-GaN層和 線性AlGaN層均不存在的區(qū)域?qū)挾萪3≥0.5 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超結(jié)槽柵的高壓器件，其特征在于，所述柵源場(chǎng)板的寬度 d ≤ I μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的基于超結(jié)槽柵的高壓器件，其特征在于，用AlGaN溝道層代替GaN溝道層，AlGaN溝道層中Al的組分含量小于AlGaN勢(shì)壘層中Al的組分含量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于超結(jié)槽柵的高壓器件，其特征在于，用InGaN層代替p-GaN 層。
10.一種基于超結(jié)槽柵的高壓器件的制作方法，其特征在于，包括: (1)對(duì)外延生長的P-GaN/線性AlGaN/AlGaN/GaN材料進(jìn)行有機(jī)清洗的步驟； (2)對(duì)清洗干凈的AlGaN/GaN材料進(jìn)行光刻和干法刻蝕，形成有源區(qū)臺(tái)面的步驟； (3)對(duì)制備好臺(tái)面的AlGaN/GaN材料進(jìn)行光刻，形成ρ-GaN和線性AlGaN層的刻蝕區(qū)，再放入ICP干法刻蝕反應(yīng)室中，將柵極和漏極之間的部分區(qū)域、以及柵極、源極和漏極上方的P-GaN層以及線性AlGaN層均刻蝕掉，形成柵極和漏極之間第三區(qū)域的步驟； (4)對(duì)器件進(jìn)行光刻，然后放入電子束蒸發(fā)臺(tái)中淀積歐姆接觸金屬Ti/Al/Ni/Au，并進(jìn)行剝離，最后在氮?dú)猸h(huán)境中進(jìn)行850°C，35s的快速熱退火，形成歐姆接觸的步驟； (5)對(duì)制備好歐姆接觸的器件進(jìn)行光刻，形成P-GaN層的刻蝕區(qū)，再放入ICP干法刻蝕反應(yīng)室中，將柵極和源極之間全部區(qū)域、柵極和漏極之間部分區(qū)域的P-GaN層刻蝕掉，同時(shí)形成柵極和源極之間第四區(qū)域、柵極和漏極之間的第一區(qū)域和第二區(qū)域的步驟； (6)對(duì)器件進(jìn)行光刻，形成基極區(qū)域，然后放入電子束蒸發(fā)臺(tái)中淀積Ni/Au并進(jìn)行剝離，最后在大氣環(huán)境中進(jìn)行550°C，IOmin的退火，形成基極歐姆接觸的步驟； (7)對(duì)完成基極制備的器件進(jìn)行光刻，形成槽柵刻蝕區(qū)域，再放入ICP干法刻蝕反應(yīng)室中，將AlGaN勢(shì)壘層刻蝕掉5~10nm，然后再去除刻蝕殘留物，形成槽柵結(jié)構(gòu)的步驟； (8)對(duì)完成槽柵刻蝕的器件進(jìn)行光刻，形成柵極和柵源場(chǎng)板區(qū)域，然后放入電子束蒸發(fā)臺(tái)中淀積Ni/Au并進(jìn)行剝離，完成柵極和柵源場(chǎng)板制備的步驟； (9)對(duì)完成柵極及柵源場(chǎng)板制備的器件放入PECVD反應(yīng)室淀積SiN鈍化膜的步驟； (10)對(duì)器件進(jìn)行清洗、光刻顯影，將源極、柵極和漏極上面覆蓋的SiN薄膜刻蝕掉的步驟； (11)對(duì)器件再次進(jìn)行清洗、光刻顯影，并放入電子束蒸發(fā)臺(tái)中淀積Ti/Au加厚電極，完成整體器件的制備。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的基于超結(jié)槽柵的高壓器件的制作方法，其特征在于，步驟(O中，采用流動(dòng)的去離子水清洗并放入HCl = H2O=1:1的溶液中進(jìn)行腐蝕30~60s，最后用流動(dòng)的去離子水清洗并用高純氮?dú)獯蹈桑? 步驟(3)中，在ICP干法刻蝕反應(yīng)室中的工藝條件為:上電極功率為200W，下電極功率為20W，反應(yīng)室壓力為1.5Pa，C12的流量為lOsccm, N2的流量為lOsccm，刻蝕時(shí)間為5min~8min ;該步驟中，第三區(qū)域?yàn)棣?GaN層和線性AlGaN層均不存在的區(qū)域； 步驟(5)中，ICP干法刻蝕反應(yīng)室中的工藝條件為:上電極功率為200W，下電極功率為20W，反應(yīng)室壓力為1.5Pa，Cl2的流量為lOsccm, N2的流量為lOsccm，刻蝕時(shí)間為3min~5min ;該步驟中，第一區(qū)域?yàn)闁艠O和漏極之間P-GaN層和線性AlGaN層同時(shí)存在的區(qū)域，第二區(qū)域?yàn)閮H有線性AlGaN層的區(qū)域，第四區(qū)域?yàn)闁艠O和源極之間有線性AlGaN層的區(qū)域；步驟(7)中，ICP干法刻蝕反應(yīng)室中的工藝條件為:上電極功率為200W，下電極功率為20W，反應(yīng)室壓力為1.5Pa，Cl2的流量為lOsccm, N2的流量為lOsccm，并通過在HCl = H2O=1:1溶液中處理30s，去除刻蝕殘留物；步驟(9)中，PECVD反應(yīng)室的工藝條件為流量為40SCCm，NH3的流量為lOsccm，反應(yīng)室壓力為I~2Pa，射頻功率為40W，淀積200nm~300nm厚的SiN鈍化膜；步驟(10)中，ICP干法刻蝕反應(yīng)室中的工藝條件為:上電極功率為200W，下電極功率為20W，反應(yīng)室壓力為1.5Pa，CF4的流量為20sCCm，氬氣的流量為lOsccm，刻蝕時(shí)間為 lOmin。
【文檔編號(hào)】H01L29/40GK103779411SQ201410029825
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月22日
【發(fā)明者】馮倩, 杜鍇, 馬曉華, 鄭雪峰, 代波, 郝躍 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)