一種GaN基凹柵增強型HEMT器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制造領(lǐng)域，具體涉及在GaN異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)上通過高溫化學(xué)反應(yīng)的方法選擇性腐蝕勢壘層形成GaN基凹柵增強HEMT器件及其制造方法。
【專利說明】—種GaN基四柵增強型HEMT器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]GaN材料因其禁帶寬度大，臨界擊穿電場高，熱導(dǎo)率高等特點，在制備高壓、高溫、大功率和高密度集成的電子器件方面具有獨特的優(yōu)勢。
[0002]GaN材料可以和AlGaN、InAlN等材料形成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。由于AlGaN或InAlN等勢壘層材料存在自發(fā)極化和壓電極化效應(yīng)，會在異質(zhì)結(jié)界面處形成高濃度和高遷移率的二維電子氣(2DEG)。這種特性不僅可以提高GaN基器件的載流子遷移率和工作頻率，還可以減小器件的導(dǎo)通電阻和開關(guān)延遲。
[0003]GaN基HEMT由于其擊穿特性高和開關(guān)速度快，導(dǎo)通電阻小等特點，在電源管理、風(fēng)力發(fā)電、太陽能電池、電動汽車等電力電子領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。與傳統(tǒng)MOS相比，GaN基HEM具有更快的開關(guān)速度并承受更高的反向電壓，而且可以提高效率，減小損耗，節(jié)約能源，在600V-1200V器件范圍內(nèi)有著巨大市場應(yīng)用前景。但是目前GaN基HENT器件存在以下幾個缺點:
[0004]1.由于材料的自身的極化特性，在異質(zhì)結(jié)界面存在高濃度的二維電子氣，使得在零柵極偏壓下器件處于導(dǎo)通狀態(tài)，即為耗盡型器件(常開)，其電路要比設(shè)計要比增強型(常關(guān))復(fù)雜的多，增加電路設(shè)計的難度與成本。
[0005]2.從安全角度考慮，特別是應(yīng)用于高壓領(lǐng)域的器件，要求器件處于關(guān)斷的狀態(tài)，耗盡型器件帶來了很大的安全隱患。
[0006]3.從節(jié)能角度考慮，由于零柵壓下，耗盡型器件處于導(dǎo)通狀態(tài)，會引起不必要的能量損耗。
[0007]凹柵結(jié)構(gòu)可以耗盡溝道下方二維電子氣(2DEG)，實現(xiàn)增強型器件。一般凹柵采用刻蝕工藝實現(xiàn)，但是凹柵刻蝕工藝刻蝕難以精確控制，同時還容易帶來損傷，會引起電流崩塌，惡化器件的可靠性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的:為了克服以上的技術(shù)缺點，提供一種新型的GaN基凹柵增強型HEMT器件的實現(xiàn)方法。其主要特征是在Al (In)GaN/GaN結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用高溫化學(xué)反應(yīng)，選擇性腐蝕勢壘層，從而有效降低柵極2DEG，，避免刻蝕對器件帶來的損傷，可靠性高，重復(fù)性好。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:
[0010]1.采用凹柵，使得零柵壓下器件處于關(guān)斷狀態(tài)，降低了外圍電路的設(shè)計難度以及成本，符合電路對器件的要求；
[0011]2.利用高溫化學(xué)反應(yīng)的方法，選擇性地腐蝕柵極的勢壘層，降低柵極的2DEG，避免刻蝕對器件帶來的損傷，可靠性高。
[0012]3.通過控制腐蝕的溫度、時間、壓強等因素，精確控制腐蝕深度，進而實現(xiàn)對器件閾值電壓的調(diào)節(jié)，使器件滿足不同的要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]為使本發(fā)明的目的、內(nèi)容、優(yōu)點更加清楚明白，下面將參照附圖結(jié)合優(yōu)選實施例進行詳細說明，其中:
[0014]圖1為本發(fā)明實力的GaN基凹柵增強型HEMT器件結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0015]圖2-圖9為依據(jù)第一實施方案制備工藝流程圖。
[0016]【具體實施方式】(必須包括權(quán)利要求中的所有內(nèi)容，穿插加入大量的功能效果作用等的描述，必須統(tǒng)一各部件名稱，名稱后加標號)
[0017]本實施方案制作方法
[0018]如圖2所示，在襯底100上生長GaN本征層200，GaN本征層200的厚度為50nm-10 μ m0在GaN本征層200上生長AlGaN勢壘層300，AlGaN勢壘層300的厚度為20nm_lum。該襯底100的材料為GaN、藍寶石、S1、金剛石或SiC ；
[0019]如圖3所不，利用光刻和等尚子體干法刻蝕技術(shù)，在AlGaN勢魚層300和GaN本征層200上形成臺面圖形301 ;要求臺面高度彡AlGaN勢壘層300的厚度。
[0020]如圖4所示，在臺面301上淀積鈍化層400。鈍化層400為Si02、Si3N4等。淀積鈍化層400的方式為濺射或者是化學(xué)氣相沉積。鈍化層400的厚度為20nm-lum。
[0021]如圖5所示，利用光刻、等離子體干法刻蝕技術(shù)或者濕法腐蝕技術(shù)，在鈍化介質(zhì)層400上制備圖形401。
[0022]如圖6所示，以鈍化介質(zhì)層400為掩膜，在氯氣氛圍(氣壓在0.01mtorr-760torr范圍內(nèi))高溫(300°C?1200°C )環(huán)境下腐蝕結(jié)構(gòu)401AlGaN勢壘層，形成凹柵結(jié)構(gòu)500，腐蝕深度彡AlGaN勢壘層的厚度。
[0023]如圖7所示，利用光刻、等離子體干法刻蝕技術(shù)或者濕法腐蝕技術(shù)，在鈍化層400上制備圖形401和402。
[0024]如圖8所示，利用光刻，電子束蒸發(fā)或者濺射技術(shù)，在圖形401和402中分別制備金屬電極 411 和 412。金屬電極 411 和 412 的金屬為 T1、Al、N1、Mo、Pt、Pd、Au、W、TiW、TiN及它們之間的任意組合。利用高溫合金退火，使金屬電極411和412與AlGaN勢壘層300之間形成歐姆接觸。
[0025]如圖9所不,利用光刻，電子束蒸發(fā)或者派射技術(shù)制備金屬電極510。金屬電極510的金屬為T1、Al、N1、Mo、Pt、Pd、Au、W、Tiff, TiN及它們之間的任意組合。金屬電極510與凹柵500之間形成肖特基接觸。
【權(quán)利要求】
1.一種GaN基凹柵增強型HEMT器件，包括: 襯底(100)，在襯底(100)上依次生長GaN本征層(200)和勢壘層(300)； 鈍化層(400)，該鈍化層(400)位于勢壘層(300)上表面； 凹形柵極(510)，該凹形柵極通過選擇性腐蝕形成； 源極電極(411)，該源極電極(411)位于勢壘層(300)上表面部分區(qū)域； 漏極電極(412)，該漏極電極(412)位于勢壘層(300)上表面部分區(qū)域； 柵極電極(510),該柵極電極(510)凹形柵極(500)的上方。
2.如權(quán)利要求1所述的GaN基凹柵增強型HEMT器件，其中襯底(100)的材料為GaN、藍寶石、S1、金剛石或SiC。
3.如權(quán)利要求1所述的GaN基凹柵增強型HEMT器件，其中勢壘層(300)的材料為A1N、InN, AlGaN, InGaN 或者 InAIN。
4.如權(quán)利要求1所述的GaN基凹柵增強型HEMT器件，其中凹形柵極(500)通過高溫化學(xué)反應(yīng)的方法選擇性腐蝕勢壘層(300)形成。
5.如權(quán)利要求1所述的GaN基凹柵增強型HEMT器件，其源極電極(411)的材料為S1、T1、Al、N1、Mo、Pt、Pd、Au、W、Tiff, TiN 及它們之間的任意組合。
6.如權(quán)利要求1所述的GaN基凹柵增強型HEMT器件，其漏極電極(412)的材料為S1、T1、Al、N1、Mo、Pt、Pd、Au、W、Tiff, TiN 及它們之間的任意組合。
7.如權(quán)利要求1所述的GaN基凹柵增強型HEMT器件，其柵極電極(510)的材料為S1、T1、Al、N1、Mo、Pt、Pd、Au、W、Tiff, TiN 及它們之間的任意組合。
8.一種GaN基凹柵增強型HEMT器件的制作方法，包括以下步驟: 在襯底(100)上形成GaN本征層(200)，在GaN本征層(200)上形成勢壘層(300)，在勢壘層(300)上淀積鈍化層(400)； 在鈍化層(400)上形成腐蝕窗口(401)； 凹形柵極(500)，該凹型柵極通過高溫化學(xué)反應(yīng)選擇性腐蝕勢壘層AlGaN (300)形成； 在勢壘層(300)部分區(qū)域形成源極電極(411)； 在勢壘層(300)部分區(qū)域形成漏極電極(412) 在凹形柵極(500)的上表面區(qū)域形成柵極電極(510)。
9.如權(quán)利要求8所述的GaN基凹柵增強型HEMT器件的制作方法，其中襯底(100)的材料為GaN、藍寶石、S1、金剛石或SiC。
10.如權(quán)利要求8所述的GaN基凹柵增強型HEMT器件的制作方法，其中勢壘層(300)的材料為 AIN、InN, AlGaN, InGaN 或者 InAIN。
11.如權(quán)利要求8所述的GaN基凹柵增強型HEMT器件的制作方法，其中凹型柵極(500)通過高溫化學(xué)方法選擇性腐蝕勢壘層(300)形成。
12.如權(quán)利要求8所述的GaN基凹柵增強型HEMT器件的制作方法，其源極電極(411)的材料為S1、T1、Al、N1、Mo、Pt、Pd、Au、W、TiW、TiN及它們之間的任意組合。
13.如權(quán)利要求8所述的GaN基凹柵增強型HEMT器件的制作方法，其漏極電極(412)的材料為S1、T1、Al、N1、Mo、Pt、Pd、Au、W、TiW、TiN及它們之間的任意組合。
14.如權(quán)利要求8所述的GaN基凹柵增強型HEMT器件的制作方法，其柵極電極(510)的材料為S1、T1、Al、N1、Mo、Pt、Pd、Au、W、TiW、TiN及它們之間的任意組合。
15.如權(quán)利要求8所述的GaN基凹柵增強型HEMT器件的制作方法，還包括在同一晶片上通過離子注入或者刻蝕形成臺面與其他GaN基增強型HEMT器件隔離的步驟。
16.如權(quán)利要求8所述的GaN基凹柵增強型HEMT器件的制作方法，源極電極(401)、漏極電極(402)和柵極電極(510)的制備方法為濺射或蒸發(fā)。
【文檔編號】H01L29/423GK104347700SQ201410410630
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月20日
【發(fā)明者】謝剛, 何志 申請人:佛山芯光半導(dǎo)體有限公司