本發(fā)明涉及半導(dǎo)體工藝領(lǐng)域，尤其涉及一種氮化鎵半導(dǎo)體器件及其制備方法。

背景技術(shù)：

氮化鎵具有大禁帶寬度、高電子飽和速率、高擊穿電場、較高熱導(dǎo)率、耐腐蝕以及抗輻射性能等優(yōu)點，從而可以采用氮化鎵制作半導(dǎo)體材料，而得到氮化鎵半導(dǎo)體器件。

現(xiàn)有技術(shù)中，氮化鎵半導(dǎo)體器件的制備方法為：在氮化鎵外延層的表面上形成氮化硅層，在氮化硅層上刻蝕出源極接觸孔和漏極接觸孔，源極接觸孔和漏極接觸孔內(nèi)沉積金屬，從而形成源極和漏極；再刻蝕氮化硅層以及氮化鎵外延層中的氮化鋁鎵層，形成一個凹槽，在凹槽中沉積金屬層，從而形成柵極；然后沉積二氧化硅層以及場板金屬層，從而形成氮化鎵半導(dǎo)體器件。

然而現(xiàn)有技術(shù)中，由于電場密度較大，從而會造成氮化鎵半導(dǎo)體器件的漏電以及擊穿的問題，進(jìn)而會損壞氮化鎵半導(dǎo)體器件，降低氮化鎵半導(dǎo)體器件的可靠性。進(jìn)一步地，氮化鎵功率器件在反復(fù)高壓測試后，器件的擊穿電壓會發(fā)生漂移，這種不穩(wěn)定行為與電荷陷阱有關(guān)，對器件的可靠性會造成危害，應(yīng)該被抑制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種氮化鎵半導(dǎo)體器件，包括：氮化鎵外延層；以及，

設(shè)置于所述氮化鎵外延層上的介質(zhì)層，所述介質(zhì)層的材質(zhì)為氧化鉿；

設(shè)置于所述介質(zhì)層上的源極、漏極和柵極，所述源極、漏極和柵極分別貫穿所述介質(zhì)層與所述氮化鎵外延層連接；其中，在所述柵極接觸孔中的柵極呈倒置的梯形；

設(shè)置于所述源極、漏極和柵極以及所述介質(zhì)層上的絕緣層，所述絕緣層的材質(zhì)為二氧化硅；

還包括設(shè)置于所述絕緣層上的場板金屬層，所述場板金屬層貫穿所述絕緣層與所述源極連接。

還包括設(shè)置在所述介質(zhì)層上的若干個浮空場板，所述浮空場板貫穿所述介質(zhì)層與所述氮化鎵外延層連接。

本發(fā)明還提供這種具有倒梯形柵極的氮化鎵半導(dǎo)體器件的制備方法，提供一氮化鎵外延層，其中，所述氮化鎵外延層包括由下而上依次設(shè)置的硅襯底層、氮化鎵層和氮化鋁鎵層；

在所述氮化鎵外延層表面沉積氧化鉿，形成介質(zhì)層；

漏極接觸孔的獲得：刻蝕所述介質(zhì)層以形成漏極接觸孔，所述漏極接觸孔貫穿所述介質(zhì)層到達(dá)所述氮化鋁鎵層；在所述源極接觸孔內(nèi)、以及所述介質(zhì)層的表面上，沉積第一金屬，以獲得漏極；

源極接觸孔、浮空場板孔的獲得：刻蝕所述介質(zhì)層以形成源極接觸孔、浮空場板孔，所述源極接觸孔、浮空場板孔貫穿所述介質(zhì)層到達(dá)所述氮化鋁鎵層；在所述源極接觸孔、浮空場板孔內(nèi)、以及所述介質(zhì)層的表面上，沉積第一金屬，以獲得源極、浮空場板；

對所述第一金屬進(jìn)行光刻和刻蝕，形成歐姆接觸電極窗口；此時獲得第一組件；

對所述第一組件進(jìn)行高溫退火處理，以使得容置在所述源極接觸孔和所述漏極接觸孔內(nèi)的所述第一金屬形成合金并與所述氮化鋁鎵層進(jìn)行反應(yīng)；

柵極接觸孔的獲得：通過所述歐姆接觸電極窗口，對所述介質(zhì)層和所述氮化鋁鎵層進(jìn)行干法刻蝕，形成倒梯形的柵極接觸孔，其中，所述柵極接觸孔的底部與所述氮化鋁鎵層的底部之間具有預(yù)設(shè)距離；

在所述柵極接觸孔和所述柵極接觸孔的外邊緣沉積第二金屬件，以獲得柵極，此時獲得第二組件；

在所述第二組件的表面沉積一層絕緣層；

在所述絕緣層上進(jìn)行干法刻蝕，以形成開孔，所述開孔與所述源極接觸孔對應(yīng)；

在所述開孔以及所述絕緣層上沉積場板金屬層，所述場板金屬層的投影至少

覆蓋所述開孔、以及從所述源極接觸孔至所述柵極接觸孔之間的區(qū)域。

有益效果：

本發(fā)明通過在氮化鎵外延層的表面的介質(zhì)層應(yīng)用了多種新穎材料，還通過沉積第一金屬在進(jìn)行高溫退火處理，以通過相互接觸的刻蝕后的第一金屬與氮化鋁鎵層進(jìn)行反應(yīng)之后形成合金，以降低刻蝕后的第一金屬與氮化鋁鎵層的接觸電阻；

本發(fā)明使得介質(zhì)層與氮化鋁鎵層中間的接觸面上不易漏電，并且，氮化鋁鎵層的場強(qiáng)峰值較高，不易出現(xiàn)擊穿氮化鋁鎵層的現(xiàn)象，進(jìn)而避免了出現(xiàn)氮化鎵半導(dǎo)體器件的漏電以及擊穿的問題，有效的保護(hù)了氮化鎵半導(dǎo)體器件，增強(qiáng)了氮化鎵半導(dǎo)體器件的可靠性。

本實施例結(jié)合浮空場板，擴(kuò)展了功率器件的耗盡區(qū)，減小了主肖特基結(jié)的電場強(qiáng)度，從而改善器件耐壓。從而有效的保護(hù)了氮化鎵半導(dǎo)體器件，增強(qiáng)了氮化鎵半導(dǎo)體器件的可靠性。

附圖說明

圖1a為本發(fā)明實施例的氮化鎵半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1b為本發(fā)明實施例的氮化鎵半導(dǎo)體器件的第一金屬結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1c為本發(fā)明實施例的氮化鎵半導(dǎo)體器件的柵極結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1d為本發(fā)明實施例的氮化鎵半導(dǎo)體器件的柵極另一結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1e為本發(fā)明實施例的氮化鎵半導(dǎo)體器件的柵極又一結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1f為本發(fā)明實施例的氮化鎵半導(dǎo)體器件的制備流程示意圖。

圖2a為本發(fā)明另一實施例的氮化鎵半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2b為本發(fā)明另一實施例的氮化鎵半導(dǎo)體器件的制備流程示意圖。

圖3a為本發(fā)明又一實施例的氮化鎵半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3b為本發(fā)明又一實施例的氮化鎵半導(dǎo)體器件的柵極結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3c為本發(fā)明又一實施例的氮化鎵半導(dǎo)體器件的柵極結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3d為本發(fā)明又一實施例的氮化鎵半導(dǎo)體器件的柵極結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3e為本發(fā)明又一實施例的氮化鎵半導(dǎo)體器件的制備流程示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1a所示，本發(fā)明實施例提供一種氮化鎵半導(dǎo)體器件，其從下至上包括：氮化鎵外延層110、介質(zhì)層120、源極131和漏極132、柵極133、絕緣層140、場板金屬層150。

其中，氮化鎵外延層110由硅(si)襯底112、氮化鎵(gan)層113和氮化鋁鎵(algan)層114構(gòu)成，其中，硅襯底112、氮化鎵層113和氮化鋁鎵層114由下而上依次設(shè)置。

介質(zhì)層120設(shè)置于所述氮化鎵外延層110上；本實施例的所述介質(zhì)層120材質(zhì)可例如為氧化鉿(hfo2)。該氧化鉿屬于一種高介電常數(shù)(high-k)介質(zhì)。

源極131、漏極132和柵極133設(shè)置于所述介質(zhì)層120上。具體地，源極131、漏極132和柵極133外形像“釘子”般一部分插入至所述介質(zhì)層120中，所述源極131、漏極132和柵極133分別貫穿所述介質(zhì)層120與所述氮化鎵外延層110連接；而一部分突出于所述介質(zhì)層120頂部。所述源極131和/或漏極132由第一金屬組成；所述第一金屬(參見圖1b)從下至上依次包括：第一鈦金屬層134、鋁金屬層135、第二鈦金屬層136和氮化鈦層137。其中，所述第一鈦金屬層134的厚度為200埃，所述鋁金屬層135的厚度為1200埃，所述第二鈦金屬層136的厚度為200埃，所述氮化鈦層137的厚度為200埃。采用第一金屬材質(zhì)形成的源極131、漏極132，能夠在器件高溫退火過程中與所述氮化鎵外延層110中的氮化鎵鋁層114發(fā)生反應(yīng)，生成合金，從而使得源極131、漏極132與氮化鋁鎵層的接觸面的接觸良好，可以有效的降低源極131、漏極132與氮化鋁鎵層的接觸電阻；避免出現(xiàn)氮化鎵半導(dǎo)體器件的漏電以及軟擊穿的問題。

優(yōu)選地，所述柵極133往下延伸入所述氮化鋁鎵層114中，所述柵極133底端到所述氮化鋁鎵層114底部的距離h優(yōu)選為整個所述氮化鋁鎵層114的一半。柵極133由第二金屬組成，所述第二金屬為ni、au合金。

優(yōu)選地，所述柵極133具有特別的構(gòu)型。結(jié)合圖1c、圖1d和圖1e所示，本實施例的柵極133還可以有多種變形。按照氮化鎵半導(dǎo)體器件從下至上的觀察順序看，柵極133的橫向?qū)挾戎饾u增加，呈現(xiàn)一“倒置梯形”的結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，柵極133的“倒置梯形”的部分可以是從柵極接觸孔123中便呈現(xiàn)從下至上均勻變寬的形狀(如圖1c所示)，在高出介質(zhì)層120處具有凸出部133a則突然增加寬度使得完全覆蓋柵極接觸孔123；或可以是在氮化鋁鎵層114中的柵極133部分仍保持矩形構(gòu)造，在氮化鋁鎵層114以上至柵極接觸孔114頂部的部分則從下至上均勻變寬(如圖1d所示)；還可以是構(gòu)成可以從柵極接觸孔123中便呈現(xiàn)從下至上均勻變寬的形狀(如圖1e所示)，在高出介質(zhì)層120凸出部133a則寬度保持不變，只增加厚度。

絕緣層140設(shè)置于漏極132、柵極133和一部分源極131上方，以及裸露出來的全部介質(zhì)層120上，所述絕緣層140的材質(zhì)為二氧化硅。其中，絕緣層140在整個器件的表面進(jìn)行均勻沉積，各處沉淀的厚度相同。由于源極131、漏極132、柵極133的存在，從而在源極131與柵極133之間的絕緣層140、在柵極133與漏極132之間的絕緣層140是向下凹陷的，可利用磨平工藝使之平整。

還可例如包括有場板金屬層150，其設(shè)置于所述絕緣層140上。所述場板金屬層150貫穿所述絕緣層140與所述源極131連接。優(yōu)選地，所述場板金屬層150的材質(zhì)為鋁硅銅金屬層。

上述氮化鎵半導(dǎo)體器件中的柵極133的截面有別于現(xiàn)有柵極的“t型”結(jié)構(gòu)，而是呈現(xiàn)上寬下窄的“倒置梯形”的構(gòu)造，抑制柵極邊緣的高電場，有效地保證了氮化鎵高壓器件穩(wěn)定的阻斷特性，使器件在經(jīng)過反復(fù)高壓后，依舊能保持良好的可靠性。

本發(fā)明還提供上述氮化鎵半導(dǎo)體器件的制備方法。如圖1f所示，具體步驟包括：

步驟101：在硅襯底112上依次沉積氮化鎵層113和氮化鋁鎵層114，形成氮化鎵外延層110。氮化鎵是第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有大禁帶寬度、高電子飽和速率、高擊穿電場、較高熱導(dǎo)率、耐腐蝕和抗輻射性能等特性、并且在高壓、高頻、高溫、大功率和抗輻照環(huán)境條件下具有較強(qiáng)的優(yōu)勢，從而是研究短波光電子器件和高壓高頻率大功率器件的最佳材料；其中，大禁帶寬度為3.4電子伏特，高電子飽和速率為2e7厘米每秒，高擊穿電場為1e10～-3e10伏特每厘米。

然后可以采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相電積方法，在氮化鎵外延層110的表面上沉積一層氧化鉿(hfo2)，形成介質(zhì)層120。其中，氧化鉿的厚度例如可為2000埃。

步驟102，對所述介質(zhì)層120進(jìn)行干法刻蝕，形成相對設(shè)置的源極接觸孔21和漏極接觸孔122。

為了使得所述源極接觸孔121、漏極接觸孔122清潔少雜質(zhì)，還包括除雜步驟。具體的，在對介質(zhì)層120進(jìn)行干法刻蝕之后，可以先采用“dhf(稀的氫氟酸)+化學(xué)清洗劑sc-1+化學(xué)清洗劑sc-2”的方法，例如，可以先采用稀釋后的氫氟酸溶液處理器件，然后采用過氧化氫與氫氧化氨的堿性混合溶液處理器件，再采用過氧化氫與氯化氫的酸性混合溶液處理器件，進(jìn)而可以去除整個器件的表面上的雜質(zhì)物。

步驟103，在本實施例中，在源極接觸孔121和漏極接觸孔122內(nèi)、以及介質(zhì)層120的表面上沉積第一金屬121。

具體地，可以采用磁控濺射鍍膜工藝，在源極接觸孔和漏極接觸孔內(nèi)、以及介質(zhì)層的表面上，依次沉積第一鈦金屬層、鋁金屬層、第二鈦金屬層和氮化鈦層，以形成第一金屬；其中，第一鈦金屬層的厚度可例如為200埃，鋁金屬層的厚度可例如為1200埃，第二鈦金屬層的厚度可例如為200埃，氮化鈦層的厚度可例如為200埃。

對第一金屬進(jìn)行光刻和刻蝕，形成歐姆接觸電極窗口119。

對第一金屬進(jìn)行光刻和刻蝕，其中光刻的程序包括了涂膠、曝光和顯影，從而可以形成一個歐姆接觸電極窗口119；透過歐姆接觸電極窗口119，可以看到介質(zhì)層120的部分表面。如此，源極接觸孔121上的第一金屬構(gòu)成了器件的源極131，漏極接觸孔122上的第一金屬構(gòu)成了器件的漏極132。此時，為了能清楚表達(dá)本發(fā)明過程，命名此時獲得的器件為第一組件。

步驟104，對整個第一組件進(jìn)行高溫退火處理，以通過相互接觸的刻蝕后的第一金屬與氮化鋁鎵層114進(jìn)行反應(yīng)之后形成合金。

在本實施例中，具體的，在反應(yīng)爐中通入氮氣氣體，在840～850℃的環(huán)境下對整個第一組件進(jìn)行30秒的高溫退火處理，從而刻蝕后的第一金屬會成為合金，并且相互接觸的刻蝕后的第一金屬與氮化鋁鎵層114進(jìn)行反應(yīng)之后也可以在其接觸面上也形成合金，從而可以降低第一金屬與氮化鋁鎵層114之間的接觸電阻。即，降低源極131、漏極132與氮化鋁鎵層14之間的接觸電阻。

步驟105，通過歐姆接觸電極窗口119，對介質(zhì)層120和氮化鋁鎵層114進(jìn)行干法刻蝕，形成柵極接觸孔123，其中，柵極接觸孔123的底部與氮化鋁鎵層114的底部具有預(yù)設(shè)距離。

在本實施例中，采用干法刻蝕的方法，通過歐姆接觸電極窗口119，對介質(zhì)層120以及部分的氮化鋁鎵層114，進(jìn)行干法刻蝕，進(jìn)而在第一器件上形成一個柵極接觸孔123。其中，柵極接觸孔123完全的穿透了介質(zhì)層120，并穿過部分的氮化鋁鎵層114，使得柵極接觸孔123的底部與氮化鋁鎵層114的底部的距離h優(yōu)選為氮化鋁鎵層114的一半。進(jìn)一步地，刻蝕時使得柵極接觸孔123呈現(xiàn)一上寬下窄的、倒置的梯形。在本實施例中，形成一個柵極接觸孔123之后，柵極接觸孔123內(nèi)會存在雜質(zhì)、顆粒以及離子等雜質(zhì)物，從而可以采用鹽酸溶液清洗柵極接觸孔120，將柵極接觸孔120內(nèi)的雜質(zhì)物去除掉。

本實施例通過在對介質(zhì)層120進(jìn)行干法刻蝕之后，采用dhf+sc1+sc2的方法去除器件上的雜質(zhì)物；并形成柵極接觸孔123之后，采用鹽酸溶液將柵極接觸孔123內(nèi)的雜質(zhì)物去除掉。從而可以有效的保證了介質(zhì)層的表面以及柵極接觸孔123內(nèi)的清潔，進(jìn)而保證了氮化鎵半導(dǎo)體器件的性能。

步驟106、在本實施例中，具體的，采用磁控濺射鍍膜工藝或者電子束蒸發(fā)工藝，在柵極接觸孔123和柵極接觸孔123的外邊緣沉積ni/au作為第二金屬，金屬厚度為0.01～0.04μm/0.08～0.4μm；從而形成倒置梯形結(jié)構(gòu)的柵極133。此時，為了更清楚表達(dá)本發(fā)明內(nèi)容，命名此時獲得的器件為第二組件。

步驟107，在整個第二組件的表面沉積一層絕緣層140。

在本實施例中，具體的，在整個第二組件的表面沉積一層二氧化硅(sio2)，厚度可例如為5000埃，形成二氧化硅層作為一層絕緣層140。其中，二氧化硅在整個器件的表面進(jìn)行均勻沉積，各處厚度相同，由于源極131、漏極132和柵極133的存在，從而在源極131與柵極133之間的絕緣層140、在柵極133與漏極132之間的絕緣層140是向下凹陷的，可利用磨平工藝使之平整。

步驟108，對源極接觸孔131上方的絕緣層140進(jìn)行干法刻蝕之后，形成開孔141。所述柵極33具有凸出于所述柵極接觸孔123外的凸出部133a，所述開孔141的寬度小于所述凸出部133a的寬度。

步驟109，在開孔141內(nèi)、以及從源極接觸孔131延伸至柵極接觸孔123上方的絕緣層140上沉積場板金屬150，形成場板金屬層150。

在本實施例中，具體的，可以采用磁控濺射鍍膜工藝，在開孔141內(nèi)、以及從源極接觸孔121的外邊緣的第一金屬直至柵極接觸孔123的外邊緣的第一金屬上方的介質(zhì)層120上沉積場板金屬，厚度可例如為10000埃，從而形成場板金屬層150。場板金屬層150的厚度是均勻的，場板金屬層150在開孔141的位置處、以及源極接觸孔121與柵極接觸孔123之間的位置處的是向下凹陷的，通過在后續(xù)步驟的磨平工藝可使之平整。

本實施例通過在氮化鎵外延基底的表面上沉積介質(zhì)層代替現(xiàn)有的氧化硅層作為介質(zhì)層；再利用高溫退火處理工藝，使源極、漏極與氮化鎵外延層中的氮化鋁鎵層進(jìn)行反應(yīng)之后形成合金，從而使得源極、漏極與氮化鋁鎵層的接觸面的接觸良好，可以有效的降低源極、漏極與氮化鋁鎵層的接觸電阻；避免出現(xiàn)氮化鎵半導(dǎo)體器件的漏電以及軟擊穿的問題。進(jìn)一步地，形成的場板金屬層，使介質(zhì)層與氮化鋁鎵層中間的接觸面上不易漏電，并且，氮化鋁鎵層的場強(qiáng)峰值較高，不易出現(xiàn)擊穿氮化鋁鎵層的現(xiàn)象，進(jìn)而避免了出現(xiàn)氮化鎵半導(dǎo)體器件的漏電以及擊穿的問題，有效的保護(hù)了氮化鎵半導(dǎo)體器件，增強(qiáng)了氮化鎵半導(dǎo)體器件的可靠性。本實施例獲得的氮化鎵半導(dǎo)體器件可應(yīng)用于電力電子元件、濾波器、無線電通信元件等技術(shù)領(lǐng)域中，具有良好的應(yīng)用前景。

如圖2a所示，本發(fā)明實施例提供一種氮化鎵半導(dǎo)體器件，其從下至上包括：氮化鎵外延層610、介質(zhì)層620、源極631和漏極632、柵極633、絕緣層640、場板金屬層650。

其中，氮化鎵外延層610由硅(si)襯底612、氮化鎵(gan)層613和氮化鋁鎵(algan)層614構(gòu)成，其中，硅襯底612、氮化鎵層613和氮化鋁鎵層614由下而上依次設(shè)置。

介質(zhì)層620設(shè)置于所述氮化鎵外延層610上；本實施例的所述介質(zhì)層620材質(zhì)可例如為氧化鉿(hfo2)。該氧化鉿屬于一種高介電常數(shù)(high-k)介質(zhì)。

源極631、漏極632和柵極633設(shè)置于所述介質(zhì)層620上。具體地，源極631、漏極632和柵極633外形像“釘子”般一部分插入至所述介質(zhì)層620中，所述源極631、漏極632和柵極633分別貫穿所述介質(zhì)層620與所述氮化鎵外延層610連接；而一部分突出于所述介質(zhì)層620頂部。所述源極631和/或漏極632由第一金屬組成與上述實施例所示。采用第一金屬材質(zhì)形成的源極631、漏極632，能夠在器件高溫退火過程中與所述氮化鎵外延層610中的氮化鎵鋁層614發(fā)生反應(yīng)，生成合金，從而使得源極631、漏極632與氮化鋁鎵層的接觸面的接觸良好，可以有效的降低源極631、漏極632與氮化鋁鎵層的接觸電阻；避免出現(xiàn)氮化鎵半導(dǎo)體器件的漏電以及軟擊穿的問題。

優(yōu)選地，所述柵極633往下延伸入所述氮化鋁鎵層614中、并直達(dá)到所述氮化鋁鎵層614底部，獲得一“穿透型柵極”。柵極633由第二金屬組成，所述第二金屬為ni、au合金。

絕緣層640設(shè)置于漏極632、柵極633和一部分源極631上方，以及裸露出來的全部介質(zhì)層620上，所述絕緣層640的材質(zhì)為二氧化硅。其中，絕緣層640在整個器件的表面進(jìn)行均勻沉積，各處沉淀的厚度相同。由于源極631、漏極632、柵極633的存在，從而在源極631與柵極633之間的絕緣層640、在柵極633與漏極632之間的絕緣層640是向下凹陷的，可利用磨平工藝使之平整。

還可例如包括有場板金屬層650，其設(shè)置于所述絕緣層640上。所述場板金屬層650貫穿所述絕緣層640與所述源極631連接。優(yōu)選地，所述場板金屬層650的材質(zhì)為鋁硅銅金屬層。

上述氮化鎵半導(dǎo)體器件中的柵極633穿透整個氮化鋁鎵層到達(dá)氮化鎵層，能抑制柵極邊緣的高電場，有效地保證了氮化鎵高壓器件穩(wěn)定的阻斷特性，使器件在經(jīng)過反復(fù)高壓后，依舊能保持良好的可靠性。

本發(fā)明還提供上述氮化鎵半導(dǎo)體器件的制備方法。如圖2b所示，具體步驟包括：

步驟601：在硅襯底612上依次沉積氮化鎵層613和氮化鋁鎵層614，形成氮化鎵外延層610。氮化鎵是第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有大禁帶寬度、高電子飽和速率、高擊穿電場、較高熱導(dǎo)率、耐腐蝕和抗輻射性能等特性、并且在高壓、高頻、高溫、大功率和抗輻照環(huán)境條件下具有較強(qiáng)的優(yōu)勢，從而是研究短波光電子器件和高壓高頻率大功率器件的最佳材料；其中，大禁帶寬度為3.4電子伏特，高電子飽和速率為2e7厘米每秒，高擊穿電場為1e10～-3e10伏特每厘米。

然后可以采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相電積方法，在氮化鎵外延層610的表面上沉積一層氧化鉿(hfo2)，形成介質(zhì)層620。其中，氧化鉿的厚度例如可為2000埃。

步驟602，對所述介質(zhì)層620進(jìn)行干法刻蝕，形成相對設(shè)置的源極接觸孔21和漏極接觸孔622。

為了使得所述源極接觸孔621、漏極接觸孔622清潔少雜質(zhì)，還包括除雜步驟。具體的，在對介質(zhì)層620進(jìn)行干法刻蝕之后，可以先采用“dhf(稀的氫氟酸)+化學(xué)清洗劑sc-1+化學(xué)清洗劑sc-2”的方法，例如，可以先采用稀釋后的氫氟酸溶液處理器件，然后采用過氧化氫與氫氧化氨的堿性混合溶液處理器件，再采用過氧化氫與氯化氫的酸性混合溶液處理器件，進(jìn)而可以去除整個器件的表面上的雜質(zhì)物。

步驟603，在本實施例中，在源極接觸孔621和漏極接觸孔622內(nèi)、以及介質(zhì)層620的表面上沉積第一金屬621。

具體地，可以采用磁控濺射鍍膜工藝，在源極接觸孔和漏極接觸孔內(nèi)、以及介質(zhì)層的表面上，依次沉積第一鈦金屬層、鋁金屬層、第二鈦金屬層和氮化鈦層，以形成第一金屬；其中，第一鈦金屬層的厚度可例如為200埃，鋁金屬層的厚度可例如為6200埃，第二鈦金屬層的厚度可例如為200埃，氮化鈦層的厚度可例如為200埃。

對第一金屬進(jìn)行光刻和刻蝕，形成歐姆接觸電極窗口619。

對第一金屬進(jìn)行光刻和刻蝕，其中光刻的程序包括了涂膠、曝光和顯影，從而可以形成一個歐姆接觸電極窗口619；透過歐姆接觸電極窗口619，可以看到介質(zhì)層620的部分表面。如此，源極接觸孔621上的第一金屬構(gòu)成了器件的源極631，漏極接觸孔622上的第一金屬構(gòu)成了器件的漏極632。此時，為了能清楚表達(dá)本發(fā)明過程，命名此時獲得的器件為第一組件。

步驟604，對整個第一組件進(jìn)行高溫退火處理，以通過相互接觸的刻蝕后的第一金屬與氮化鋁鎵層614進(jìn)行反應(yīng)之后形成合金。

在本實施例中，具體的，在反應(yīng)爐中通入氮氣氣體，在840～850℃的環(huán)境下對整個第一組件進(jìn)行30秒的高溫退火處理，從而刻蝕后的第一金屬會成為合金，并且相互接觸的刻蝕后的第一金屬與氮化鋁鎵層614進(jìn)行反應(yīng)之后也可以在其接觸面上也形成合金，從而可以降低第一金屬與氮化鋁鎵層614之間的接觸電阻。即，降低源極631、漏極632與氮化鋁鎵層14之間的接觸電阻。

步驟605，通過歐姆接觸電極窗口619，對介質(zhì)層620和氮化鋁鎵層614進(jìn)行干法刻蝕，形成柵極接觸孔623，其中，柵極接觸孔623的底部與氮化鋁鎵層614的底部具有預(yù)設(shè)距離。

在本實施例中，采用干法刻蝕的方法，通過歐姆接觸電極窗口619，對介質(zhì)層620以及部分的氮化鋁鎵層614，進(jìn)行干法刻蝕，進(jìn)而在第一器件上形成一個柵極接觸孔623。其中，柵極接觸孔623完全的穿透了介質(zhì)層620，并穿過部分的氮化鋁鎵層614，使得柵極接觸孔623的底部與氮化鋁鎵層614的底部的距離h優(yōu)選為氮化鋁鎵層614的一半。

在本實施例中，形成一個柵極接觸孔623之后，柵極接觸孔623內(nèi)會存在雜質(zhì)、顆粒以及離子等雜質(zhì)物，從而可以采用鹽酸溶液清洗柵極接觸孔620，將柵極接觸孔620內(nèi)的雜質(zhì)物去除掉。

本實施例通過在對介質(zhì)層620進(jìn)行干法刻蝕之后，采用dhf+sc1+sc2的方法去除器件上的雜質(zhì)物；并形成柵極接觸孔623之后，采用鹽酸溶液將柵極接觸孔623內(nèi)的雜質(zhì)物去除掉。從而可以有效的保證了介質(zhì)層的表面以及柵極接觸孔623內(nèi)的清潔，進(jìn)而保證了氮化鎵半導(dǎo)體器件的性能。

步驟606、在本實施例中，具體的，采用磁控濺射鍍膜工藝，在柵極接觸孔623和柵極接觸孔623的外邊緣沉積ni/au作為第二金屬，金屬厚度為0.01～0.04μm/0.08～0.4μm；從而構(gòu)成了柵極633。此時，為了更清楚表達(dá)本發(fā)明內(nèi)容，命名此時獲得的器件為第二組件。

步驟607，在整個第二組件的表面沉積一層絕緣層640。

在本實施例中，具體的，在整個第二組件的表面沉積一層二氧化硅(sio2)，厚度可例如為5000埃，形成二氧化硅層作為一層絕緣層640。其中，二氧化硅在整個器件的表面進(jìn)行均勻沉積，各處厚度相同，由于源極631、漏極632和柵極633的存在，從而在源極631與柵極633之間的絕緣層640、在柵極633與漏極632之間的絕緣層640是向下凹陷的，可利用磨平工藝使之平整。

步驟608，對源極接觸孔631上方的絕緣層640進(jìn)行干法刻蝕之后，形成開孔641。所述柵極33具有凸出于所述柵極接觸孔623外的凸出部633a，所述開孔641的寬度小于所述凸出部633a的寬度。

步驟609，在開孔641內(nèi)、以及從源極接觸孔631延伸至柵極接觸孔623上方的絕緣層640上沉積場板金屬650，形成場板金屬層650。

在本實施例中，具體的，可以采用磁控濺射鍍膜工藝，在開孔641內(nèi)、以及從源極接觸孔621的外邊緣的第一金屬直至柵極接觸孔623的外邊緣的第一金屬上方的介質(zhì)層620上沉積場板金屬，厚度可例如為10000埃，從而形成場板金屬層650。場板金屬層650的厚度是均勻的，場板金屬層650在開孔641的位置處、以及源極接觸孔621與柵極接觸孔623之間的位置處的是向下凹陷的，通過在后續(xù)步驟的磨平工藝可使之平整。

本實施例通過在氮化鎵外延基底的表面上沉積介質(zhì)層代替現(xiàn)有的氧化硅層作為介質(zhì)層；再利用高溫退火處理工藝，使源極、漏極與氮化鎵外延層中的氮化鋁鎵層進(jìn)行反應(yīng)之后形成合金，從而使得源極、漏極與氮化鋁鎵層的接觸面的接觸良好，可以有效的降低源極、漏極與氮化鋁鎵層的接觸電阻；避免出現(xiàn)氮化鎵半導(dǎo)體器件的漏電以及軟擊穿的問題。進(jìn)一步地，優(yōu)化柵極的結(jié)構(gòu)使得柵極穿透整個氮化鋁鎵層，與cmos工藝線兼容，調(diào)整電場分布，以此來改善器件的耐壓。本實施例獲得的氮化鎵半導(dǎo)體器件可應(yīng)用于電力電子元件、濾波器、無線電通信元件等技術(shù)領(lǐng)域中，具有良好的應(yīng)用前景。

如圖3a所示，本發(fā)明實施例提供一種氮化鎵半導(dǎo)體器件，其從下至上包括：氮化鎵外延層710、介質(zhì)層720、源極731和漏極732、柵極733、浮空板729、絕緣層740、場板金屬層750。

其中，氮化鎵外延層710由硅(si)襯底712、氮化鎵(gan)層713和氮化鋁鎵(algan)層714構(gòu)成，其中，硅襯底712、氮化鎵層713和氮化鋁鎵層714由下而上依次設(shè)置。

介質(zhì)層720設(shè)置于所述氮化鎵外延層710上；本實施例的所述介質(zhì)層720材質(zhì)可例如為氧化鉿(hfo2)。該氧化鉿屬于一種高介電常數(shù)(high-k)介質(zhì)。

源極731、漏極732和柵極733設(shè)置于所述介質(zhì)層720上。具體地，源極731、漏極732和柵極733外形像“釘子”般一部分插入至所述介質(zhì)層720中，所述源極731、漏極732和柵極733分別貫穿所述介質(zhì)層720與所述氮化鎵外延層710連接；而一部分突出于所述介質(zhì)層720頂部。所述源極731和/或漏極732由第一金屬組成與上述實施例所示。采用第一金屬材質(zhì)形成的源極731、漏極732，能夠在器件高溫退火過程中與所述氮化鎵外延層710中的氮化鎵鋁層714發(fā)生反應(yīng)，生成合金，從而使得源極731、漏極732與氮化鋁鎵層的接觸面的接觸良好，可以有效的降低源極731、漏極732與氮化鋁鎵層的接觸電阻；避免出現(xiàn)氮化鎵半導(dǎo)體器件的漏電以及軟擊穿的問題。

優(yōu)選地，所述柵極733往下延伸入所述氮化鋁鎵層714中，所述柵極733底端到所述氮化鋁鎵層714底部的距離h優(yōu)選為整個所述氮化鋁鎵層714的一半。柵極733由第二金屬組成，所述第二金屬為ni、au合金。

優(yōu)選地，所述柵極733具有特別的構(gòu)型。結(jié)合圖3b、圖3c和圖3d所示，本實施例的柵極733還可以有多種變形。按照氮化鎵半導(dǎo)體器件從下至上的觀察順序看，柵極733的橫向?qū)挾戎饾u增加，呈現(xiàn)一“倒置梯形”。進(jìn)一步地，柵極733的“倒置梯形”的部分可以是從柵極接觸孔723中便呈現(xiàn)從下至上均勻變寬的形狀(如圖3b所示)，在高出介質(zhì)層720處具有凸出部733a則突然增加寬度使得完全覆蓋柵極接觸孔723；或可以是在氮化鋁鎵層714中的柵極733部分仍保持矩形構(gòu)造，在氮化鋁鎵層714以上至柵極接觸孔714頂部的部分則從下至上均勻變寬(如圖3c所示)；還可以是構(gòu)成可以從柵極接觸孔723中便呈現(xiàn)從下至上均勻變寬的形狀(如圖3d所示)，在高出介質(zhì)層720凸出部733a則寬度保持不變，只增加厚度。

進(jìn)一步地，包括設(shè)置在所述介質(zhì)層720上的若干個浮空場板729，所述浮空場板729貫穿所述介質(zhì)層720與所述氮化鎵外延層710連接，且所述浮空場板729獨立設(shè)置于所述源極731、漏極732之間并呈現(xiàn)環(huán)狀。

每個浮空場板729的高度可優(yōu)選為0.25～6微米。

絕緣層740設(shè)置于漏極732、柵極733和一部分源極731上方，以及裸露出來的全部介質(zhì)層720上，所述絕緣層740的材質(zhì)為二氧化硅。其中，絕緣層740在整個器件的表面進(jìn)行均勻沉積，各處沉淀的厚度相同。由于源極731、漏極732、柵極733的存在，從而在源極731與柵極733之間的絕緣層740、在柵極733與漏極732之間的絕緣層740是向下凹陷的，可利用磨平工藝使之平整。

還可例如包括有場板金屬層750，其設(shè)置于所述絕緣層740上。所述場板金屬層750貫穿所述絕緣層740與所述源極731連接。優(yōu)選地，所述場板金屬層750的材質(zhì)為鋁硅銅金屬層。

上述氮化鎵半導(dǎo)體器件中的柵極733的截面有別于現(xiàn)有柵極的“t型”結(jié)構(gòu)，而是呈現(xiàn)上寬下窄的倒置“梯形”構(gòu)造，抑制柵極邊緣的高電場，有效地保證了氮化鎵高壓器件穩(wěn)定的阻斷特性，使器件在經(jīng)過反復(fù)高壓后，依舊能保持良好的可靠性。

本發(fā)明還提供上述氮化鎵半導(dǎo)體器件的制備方法。如圖3e所示，具體步驟包括：

步驟701：在硅襯底712上依次沉積氮化鎵層713和氮化鋁鎵層714，形成氮化鎵外延層710。氮化鎵是第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有大禁帶寬度、高電子飽和速率、高擊穿電場、較高熱導(dǎo)率、耐腐蝕和抗輻射性能等特性、并且在高壓、高頻、高溫、大功率和抗輻照環(huán)境條件下具有較強(qiáng)的優(yōu)勢，從而是研究短波光電子器件和高壓高頻率大功率器件的最佳材料；其中，大禁帶寬度為3.4電子伏特，高電子飽和速率為2e7厘米每秒，高擊穿電場為1e10～-3e10伏特每厘米。

然后可以采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相電積方法，在氮化鎵外延層710的表面上沉積一層氧化鉿(hfo2)，形成介質(zhì)層720。其中，氧化鉿的厚度例如可為2000埃。

步驟702，對所述介質(zhì)層720進(jìn)行干法刻蝕，形成相對設(shè)置的源極接觸孔721和漏極接觸孔722、以及多個浮空場板接觸孔725；再在所述極接觸孔721和漏極接觸孔722、以及多個浮空場板接觸孔725內(nèi)沉積第一金屬形成相應(yīng)的電極。

首先，先在介質(zhì)層720上開設(shè)漏極接觸孔722；然后可以采用磁控濺射鍍膜工藝，在漏極接觸孔內(nèi)以及介質(zhì)層的表面上，依次沉積第一鈦金屬層、鋁金屬層、第二鈦金屬層和氮化鈦層，以形成第一金屬；其中，第一鈦金屬層的厚度可例如為200埃，鋁金屬層的厚度可例如為1200埃，第二鈦金屬層的厚度可例如為200埃，氮化鈦層的厚度可例如為200埃。形成漏極。

步驟7031，再在源極接觸孔721以及多個浮空場板接觸孔725介質(zhì)層720的表面上沉積第一金屬。

類似地，可以采用磁控濺射鍍膜工藝，在源極接觸孔以及多個浮空場板接觸孔725、部分介質(zhì)層的表面上，依次沉積第一鈦金屬層、鋁金屬層、第二鈦金屬層和氮化鈦層，以形成第一金屬；其中，第一鈦金屬層的厚度可例如為200埃，鋁金屬層的厚度可例如為1200埃，第二鈦金屬層的厚度可例如為200埃，氮化鈦層的厚度可例如為200埃。由此，獲得源極731和浮空場板735。

其中，每個浮空場板735的長度可例如為0.25～6微米。

為了使得所述源極接觸孔721、漏極接觸孔722、多個浮空場板接觸孔725清潔少雜質(zhì)，還包括除雜步驟。具體的，在對介質(zhì)層720進(jìn)行干法刻蝕之后，可以先采用“dhf(稀的氫氟酸)+化學(xué)清洗劑sc-1+化學(xué)清洗劑sc-2”的方法，例如，可以先采用稀釋后的氫氟酸溶液處理器件，然后采用過氧化氫與氫氧化氨的堿性混合溶液處理器件，再采用過氧化氫與氯化氫的酸性混合溶液處理器件，進(jìn)而可以去除整個器件的表面上的雜質(zhì)物。

對第一金屬進(jìn)行光刻和刻蝕，形成歐姆接觸電極窗口719。

對第一金屬進(jìn)行光刻和刻蝕，其中光刻的程序包括了涂膠、曝光和顯影，從而可以形成一個歐姆接觸電極窗口719；透過歐姆接觸電極窗口719，可以看到介質(zhì)層720的部分表面。如此，源極接觸孔721上的第一金屬構(gòu)成了器件的源極731，漏極接觸孔722上的第一金屬構(gòu)成了器件的漏極732。此時，為了能清楚表達(dá)本發(fā)明過程，命名此時獲得的器件為第一組件。

步驟704，對整個第一組件進(jìn)行高溫退火處理，以通過相互接觸的刻蝕后的第一金屬與氮化鋁鎵層714進(jìn)行反應(yīng)之后形成合金。

在本實施例中，具體的，在反應(yīng)爐中通入氮氣氣體，在840～850℃的環(huán)境下對整個第一組件進(jìn)行30秒的高溫退火處理，從而刻蝕后的第一金屬會成為合金，并且相互接觸的刻蝕后的第一金屬與氮化鋁鎵層714進(jìn)行反應(yīng)之后也可以在其接觸面上也形成合金，從而可以降低第一金屬與氮化鋁鎵層714之間的接觸電阻。即，降低源極731、漏極732與氮化鋁鎵層14之間的接觸電阻。

步驟705，通過歐姆接觸電極窗口719，對介質(zhì)層720和氮化鋁鎵層714進(jìn)行干法刻蝕，形成柵極接觸孔723，其中，柵極接觸孔723的底部與氮化鋁鎵層714的底部具有預(yù)設(shè)距離。

在本實施例中，采用干法刻蝕的方法，通過歐姆接觸電極窗口719，對介質(zhì)層720以及部分的氮化鋁鎵層714，進(jìn)行干法刻蝕，進(jìn)而在第一器件上形成一個柵極接觸孔723。其中，柵極接觸孔723完全的穿透了介質(zhì)層720，并穿過部分的氮化鋁鎵層714，使得柵極接觸孔723的底部與氮化鋁鎵層714的底部的距離h優(yōu)選為氮化鋁鎵層714的一半。進(jìn)一步地，刻蝕時使得柵極接觸孔723呈現(xiàn)一上寬下窄的、倒置的梯形。在本實施例中，形成一個柵極接觸孔723之后，柵極接觸孔723內(nèi)會存在雜質(zhì)、顆粒以及離子等雜質(zhì)物，從而可以采用鹽酸溶液清洗柵極接觸孔720，將柵極接觸孔720內(nèi)的雜質(zhì)物去除掉。

本實施例通過在對介質(zhì)層720進(jìn)行干法刻蝕之后，采用dhf+sc1+sc2的方法去除器件上的雜質(zhì)物；并形成柵極接觸孔723之后，采用鹽酸溶液將柵極接觸孔723內(nèi)的雜質(zhì)物去除掉。從而可以有效的保證了介質(zhì)層的表面以及柵極接觸孔723內(nèi)的清潔，進(jìn)而保證了氮化鎵半導(dǎo)體器件的性能。

步驟706、在本實施例中，具體的，采用磁控濺射鍍膜工藝，在柵極接觸孔723和柵極接觸孔723的外邊緣沉積ni/au作為第二金屬，金屬厚度為0.01～0.04μm/0.08～0.4μm；從而構(gòu)成了柵極733。此時，為了更清楚表達(dá)本發(fā)明內(nèi)容，命名此時獲得的器件為第二組件。

步驟707，在整個第二組件的表面沉積一層絕緣層740。

在本實施例中，具體的，在整個第二組件的表面沉積一層二氧化硅(sio2)，厚度可例如為5000埃，形成二氧化硅層作為一層絕緣層740。其中，二氧化硅在整個器件的表面進(jìn)行均勻沉積，各處厚度相同，由于源極731、漏極732和柵極733的存在，從而在源極731與柵極733之間的絕緣層740、在柵極733與漏極732之間的絕緣層740是向下凹陷的，可利用磨平工藝使之平整。

步驟708，對源極接觸孔731上方的絕緣層740進(jìn)行干法刻蝕之后，形成開孔741。所述柵極33具有凸出于所述柵極接觸孔723外的凸出部733a，所述開孔741的寬度小于所述凸出部733a的寬度。

步驟709，在開孔741內(nèi)、以及從源極接觸孔731延伸至柵極接觸孔723上方的絕緣層740上沉積場板金屬750，形成場板金屬層750。

在本實施例中，具體的，可以采用磁控濺射鍍膜工藝，在開孔741內(nèi)、以及從源極接觸孔721的外邊緣的第一金屬直至柵極接觸孔723的外邊緣的第一金屬上方的介質(zhì)層720上沉積場板金屬，厚度可例如為10000埃，從而形成場板金屬層750。場板金屬層750的厚度是均勻的，場板金屬層750在開孔741的位置處、以及源極接觸孔721與柵極接觸孔723之間的位置處的是向下凹陷的，通過在后續(xù)步驟的磨平工藝可使之平整。

本實施例通過在氮化鎵外延基底的表面上沉積介質(zhì)層代替現(xiàn)有的氧化硅層作為介質(zhì)層；再利用高溫退火處理工藝，使源極、漏極與氮化鎵外延層中的氮化鋁鎵層進(jìn)行反應(yīng)之后形成合金，從而使得源極、漏極與氮化鋁鎵層的接觸面的接觸良好，可以有效的降低源極、漏極與氮化鋁鎵層的接觸電阻；避免出現(xiàn)氮化鎵半導(dǎo)體器件的漏電以及軟擊穿的問題。進(jìn)一步地，結(jié)合浮空的金屬環(huán)，通過這個浮空的金屬環(huán)，擴(kuò)展了功率器件的耗盡區(qū)，減小了主肖特基結(jié)的電場強(qiáng)度，從而改善器件耐壓。本實施例獲得的氮化鎵半導(dǎo)體器件可應(yīng)用于電力電子元件、濾波器、無線電通信元件等技術(shù)領(lǐng)域中，具有良好的應(yīng)用前景。

最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。