本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及gan基電力電子器件制作

背景技術(shù)：

近年來，寬禁帶半導(dǎo)體gan以其高電子遷移率、高擊穿場強等優(yōu)越的材料特性而受到廣泛關(guān)注。除此之外，由于強自發(fā)極化效應(yīng)，在常規(guī)的algan/gan異質(zhì)結(jié)界面天然存在高濃度的二維電子氣。因此理論上來講，algan/gan高電子遷移率晶體管(hemt)在高頻、高壓功率開關(guān)等領(lǐng)域有著極其廣闊的應(yīng)用前景。

gan器件的襯底材料一般為硅、碳化硅、藍寶石三種，其中硅基algan/ganhemt因為其價格低、良好的晶圓尺寸可伸縮性而備受青睞。盡管良好的材料特性和異質(zhì)結(jié)特性，但硅基ganhemt的關(guān)態(tài)擊穿電壓仍然遠低于理論上的極限值，這極大的限制了其在高壓開關(guān)領(lǐng)域中的應(yīng)用。

硅基ganhemt中，由于襯底硅并非如碳化硅、藍寶石那樣完全絕緣，所以其關(guān)態(tài)擊穿特性與常規(guī)的hemt器件不同：硅基ganhemt的關(guān)態(tài)擊穿電壓隨著柵漏間距的增大會逐漸飽和而非逐漸增大。飽和關(guān)態(tài)擊穿電壓的大小在柵漏間距不是很大時，與垂直方向上的外延層厚度有直接關(guān)系?；诰Ц袷湟约按缶A尺寸下彎曲度等的考量，外延層不能太厚，因此在提高硅基ganhemt的關(guān)態(tài)擊穿電壓方面具有一定的挑戰(zhàn)。

目前提高硅基ganhemt關(guān)態(tài)擊穿電壓的方法主要有：1.局部移除源漏區(qū)域下的硅襯底；2.襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)：將原始的硅襯底全部移除后，讓hemt結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到一個絕緣的載體晶圓上，該方法雖能完全消除硅襯底對ganhemt擊穿電壓的限制，但比較復(fù)雜繁瑣且成本較高；3.一定程度上提高緩沖層的厚度也能控制垂直方向的漏電從而獲得高的擊穿電壓，該法簡單但提高程度有限。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于用更簡單的方法提高硅基ganhemt的關(guān)態(tài)擊穿電壓。在深入探索硅基ganhemt關(guān)態(tài)擊穿機制的基礎(chǔ)上，從器件結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度出發(fā)，在傳統(tǒng)的硅基ganhemt結(jié)構(gòu)上進行改進，在源端形成源端混合肖特基-歐姆電極結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)高擊穿電壓的硅基ganhemt，滿足gan基電力電子器件對高開關(guān)電壓的應(yīng)用需求。

本發(fā)明的技術(shù)思路如下：在利用漏注入測量技術(shù)研究硅基ganhemt關(guān)態(tài)擊穿機制中發(fā)現(xiàn)，當柵漏間距較大時(例如10um)，關(guān)態(tài)擊穿電壓隨著器件夾斷立馬躍升到一個很高的值，但隨著柵壓進一步負向移動，又慢慢減小到一個恒定的值，這與常規(guī)器件表現(xiàn)出來的夾斷之后擊穿電壓立即飽和或者逐漸升高均不同。隨之進行的兩端擊穿電壓測試中發(fā)現(xiàn)，若歐姆電極旁邊有一部分二維電子氣(如附圖1所示)，其擊穿電壓明顯高于沒有二維電子氣的。由此可以說明二維電子氣對高壓起到了一定的屏蔽作用，也正因為如此，在三端器件耐壓測試中，才會有著隨柵壓負向移動，二維電子氣逐漸被耗盡，屏蔽作用減弱，關(guān)態(tài)擊穿電壓也就在夾斷之后逐漸減小，直到耗盡到最大程度后，耐壓飽和。這說明硅基ganhemt的關(guān)態(tài)擊穿和源端的歐姆注入有關(guān)，源端歐姆接觸形成過程中本就會產(chǎn)生損傷，在高壓過程中，注入電流會很大，從而導(dǎo)致器件的擊穿電壓降低。沿著這一擊穿機制，可以將硅基ganhemt的源端歐姆接觸改進成源端肖特基-歐姆混合接觸，即在歐姆接觸的基礎(chǔ)上，多加一段肖特基接觸，該肖特基接觸的金屬起到了和二維電子氣異曲同工的屏蔽作用，當器件加以高壓，這段肖特基接觸的金屬屏蔽掉了一部分高壓的影響，減少了源端歐姆接觸的注入，從而提高了硅基ganhemt的關(guān)態(tài)擊穿電壓。

依據(jù)上述技術(shù)思路，為了提高硅基ganhemt關(guān)態(tài)擊穿電壓，一種利用源端肖特基-歐姆混合接觸的新型器件結(jié)構(gòu)，包括如下制備過程：

(1)在硅襯底上按照一定的生長條件依次生長碳摻雜的gan或aln緩沖層、本征gan溝道層、本征algan勢壘層；

(2)對外延生長好的algan/gan材料進行有機清洗，用流動的去離子水清洗后放入hcl∶h2o＝1∶10的溶液中清洗1～2min，而后可利用pecvd、icpcvd或lpcvd在其表面形成一層薄的柵介質(zhì)層；

(3)對形成柵介質(zhì)層的algan/gan材料進行光刻，刻蝕出源漏歐姆接觸區(qū)域，通過電子束蒸發(fā)或者磁控濺射制備歐姆接觸金屬并進行剝離，最后在氮氣環(huán)境中快速熱退火(800～900℃，30s)，形成歐姆接觸；

(4)形成歐姆接觸之后，進一步光刻，定義出有源區(qū)，利用平面離子注入(一般為氟離子)或者刻蝕的方法實現(xiàn)器件的有源區(qū)隔離；

(5)隔離形成之后，光刻柵電極區(qū)域，用電子束蒸發(fā)或者測控濺射制備金屬柵電極材料，隨后對器件進行剝離工藝處理形成柵電極；

(6)柵電極形成后，光刻刻蝕形成源端肖特基接觸區(qū)域，用電子束蒸發(fā)或者測控濺射制備源端肖特基接觸金屬材料，隨后對器件進行剝離工藝處理形成源端肖特基-歐姆混合接觸；

(7)器件初步完成后，利用pecvd、icpcvd或lpcvd在其表面形成一層厚的介質(zhì)鈍化層；

(8)介質(zhì)鈍化層形成后，光刻刻蝕出柵極、源極以及漏極的測試電極區(qū)域，最后在氮氣環(huán)境下對整個晶圓進行退火處理，完成整體器件的制備。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明器件利用源端肖特基-歐姆混合接觸結(jié)構(gòu)，使得器件在關(guān)態(tài)擊穿過程中，源端肖特基金屬部分屏蔽了高壓的影響，減小了源端歐姆接觸的漏電流注入，從而提高了硅基ganhemt的關(guān)態(tài)擊穿電壓；

(2)本發(fā)明從器件結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度出發(fā)，為提高硅基ganhemt的關(guān)態(tài)擊穿電壓提供了一種新的思路，可以結(jié)合更多優(yōu)良的工藝考量，研制出高性能的硅基ganhemt電力電子器件；

(3)本發(fā)明的實現(xiàn)方法較之于其它提高硅基ganhemt耐壓的方法更為簡單，易于實現(xiàn)，通過調(diào)控源端肖特基接觸金屬在橫向上的長度，可以調(diào)控硅基ganhemt耐壓的范圍。

附圖說明

通過參照附圖能更加詳盡地闡明本發(fā)明器件的原理及其結(jié)構(gòu)，并進一步描述本發(fā)明的示例性實施例，在附圖中：

圖1是兩端耐壓測試結(jié)構(gòu)(歐姆接觸電極處有二維電子氣)，幫助更好地闡明本發(fā)明的設(shè)計思路；

圖2是本發(fā)明器件的整體剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3～圖8是本發(fā)明中的新型結(jié)構(gòu)硅基ganhemt每一步制造工藝后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，反映了本發(fā)明的工藝制造流程。

具體實施方式

在下文中，將參照附圖更充分地描述本發(fā)明，在附圖中示出了實施例及其實現(xiàn)過程，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明中的一種實現(xiàn)形式，即本發(fā)明不應(yīng)該解釋為局限于在此闡述的實施例。基于該實施例，將本發(fā)明的范圍充分地傳達給本領(lǐng)域技術(shù)人員。

在下文中，將參照附圖更詳細地描述本發(fā)明的示例性實施例。

參照圖2，該器件結(jié)構(gòu)自下而上的順序依次包括硅基襯底、碳摻雜的gan或aln緩沖層、本征gan溝道層、本征algan勢壘層、絕緣柵介質(zhì)層、柵電極、介質(zhì)鈍化層、源端肖特基-歐姆混合電極以及漏端歐姆電極。其制備方法包括以下具體步驟：

(1)如圖3所示，首先在硅基襯底上，用mocvd生長一層碳摻雜的gan或aln緩沖層，然后再生長一層本征gan溝道層，在其之上生長本征algan勢壘層，至此完成硅基algan/gan材料的外延生長；

(2)對(1)中外延生長好的algan/gan材料進行有機清洗，用流動的去離子水清洗后放入hcl∶h2o＝1∶10的溶液中清洗1～2min，而后可利用pecvd、icpcvd或lpcvd在其表面形成一層20nm的si3n4柵介質(zhì)層，如圖4所示；

(3)在圖4所示結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進行光刻，刻蝕出源漏歐姆接觸區(qū)域，通過電子束蒸發(fā)制備歐姆接觸金屬(ti/al/ni/au＝20nm/150nm/50nm/80nm)并進行剝離，最后在氮氣環(huán)境中快速熱退火(850℃，30s)，形成歐姆接觸，如圖5所示；

(4)形成圖5所示結(jié)構(gòu)之后，進一步光刻，定義出有源區(qū)，用氟離子注入形成器件之間的隔離，氟離子分三次能量注入(80kev、40kev、20kev)，劑量均為1e14；

(5)隔離形成之后，光刻柵電極區(qū)域，用電子束蒸發(fā)制備柵極金屬(ni/au＝50nm/250nm)并進行剝離，形成柵金屬之后的器件橫截面圖如圖6所示；

(6)柵電極形成后，光刻定義出源端肖特基接觸區(qū)域，首先用rie干法刻蝕(2)中淀積形成的si3n4，然后用電子束蒸發(fā)制備源端肖特基接觸金屬(ni/au＝50nm/150nm)并進行剝離，至此形成的器件橫截面圖如圖7所示；

(7)在如圖7所示的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，用pecvd在其表面形成200nm的si3n4介質(zhì)鈍化層，如圖8所示；

(8)在圖8所示的結(jié)構(gòu)上，rie刻蝕出柵極、源極以及漏極的測試電極，最后在氮氣環(huán)境下對整個晶圓進行退火(400℃，10min)處理；

(9)通過以上步驟制備出的新型結(jié)構(gòu)硅基ganhemt器件相比于常規(guī)結(jié)構(gòu)而言，耐壓提高不少。