基于側(cè)向外延技術(shù)的垂直結(jié)構(gòu)AlGaN/GaN HEMT器件及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于側(cè)向外延技術(shù)的垂直結(jié)構(gòu)AIGaN/GaN HEMT器件及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]寬禁帶半導(dǎo)體材料(禁帶寬度大于2.2eV)在光電子器件以及電子器件上的應(yīng)用已經(jīng)超過(guò)了 Si基和GaAs基器件。憑借大的禁帶寬度和高的鍵合能，II1-V族氮化物適用于高頻大功率領(lǐng)域，如無(wú)線(xiàn)通信的基站、雷達(dá)、汽車(chē)電子等；以其具有出色的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，適于制作耐高溫和抗輻照的電子和光電子器件，航空航天、核工業(yè)、軍用電子等惡劣環(huán)境對(duì)這種器件都有著迫切的需求。推動(dòng)GaN材料水平進(jìn)展的動(dòng)力除了在光電器件方面的應(yīng)用之外，還有在微波功率器件方面的應(yīng)用，在這方面GaN材料主要以AIGaN/GaN異質(zhì)結(jié)的形式用于高電子迀移率晶體管(HEMT)中。
[0003]目前垂直結(jié)構(gòu)AIGaN/GaN HEMT發(fā)展中對(duì)于電流阻擋層和導(dǎo)通通孔Aperture—直是垂直結(jié)構(gòu)HEMT發(fā)展的難點(diǎn)，現(xiàn)在對(duì)于垂直結(jié)構(gòu)HEMT的電流阻擋層一般有三種方案:
[0004](I)Mg摻雜形成P-GaN作為電流阻擋層與光刻刻蝕形成小孔進(jìn)行二次外延。該方法采用首先生長(zhǎng)P-GaN，生長(zhǎng)完成以后光刻刻蝕形成一個(gè)小孔進(jìn)行二次外延利用具有一定η型摻雜濃度的GaN填充小孔，這樣對(duì)于二次外延生長(zhǎng)帶來(lái)了很大問(wèn)題。具體參見(jiàn)A Vertical Insulated Gate AIGaN/GaN Heterojunct1n Field-Effect Transistor，Japanese Journal of Applied Physics,Vol.46, N0.21, 2007, pp.L503 - L505o AIGaN/GaNcurrent aperture vertical electron transistors with regrown channels, JOURNAL OFAPPLIED PHYSICS VOLUME 95，NUMBER 4。
[0005](2)Mg離子注入形成P-GaN作為電流阻擋層。該方法在生長(zhǎng)的本征GaN通過(guò)Mg離子注入形成P-GaN，同時(shí)導(dǎo)通通孔上方利用掩膜不進(jìn)行Mg離子注入實(shí)現(xiàn)一個(gè)P-GaN作為電流阻擋層提高勢(shì)皇高度，同時(shí)未被離子注入的GaN作為一個(gè)導(dǎo)通通孔使電流沿著導(dǎo)通通孔傳輸。具體參見(jiàn) Enhancement and Deplet1n Mode AIGaN/GaN CAVETWith Mg-1on-1mplanted GaN as Current Blocking Layer, IEEE ELECTRON DEVICELETTERS, VOL.29, N0.6，JUNE 2008。
[0006](3) Al離子注入形成類(lèi)似絕緣層作為電流阻擋層。該方法通過(guò)在本征GaN層通過(guò)Al離子注入使GaN晶格損傷形成類(lèi)似絕緣層，電流導(dǎo)通通孔利用掩膜不進(jìn)行Al離子注入，會(huì)使未被Al離子注入的小孔電阻率較低，電流會(huì)優(yōu)先選擇這里通過(guò)。具體參見(jiàn)Currentstatus and scope of galliumnitride-based vertical transistors for high-powerelectronics applicat1n, Semicond.Sc1.Technol.28 (2013)074014 (8pp)0
[0007](4)采用側(cè)向外延S12做電流阻擋層，其只是停留在模擬，同時(shí)也沒(méi)有對(duì)于側(cè)向外延生長(zhǎng)過(guò)程中出現(xiàn)的空隙給出很好的解決技術(shù)，而是簡(jiǎn)單的通過(guò)模擬來(lái)驗(yàn)證一定的可行性，也沒(méi)有具體的給出器件整個(gè)結(jié)構(gòu)以及器件制作的模型。具體參見(jiàn)A novel AIGaN/GaNmultiple aperture vertical high electron mobility transistor with silicon oxidecurrent blocking layer，Vacuum xxx(2014)1_50
[0008]但是無(wú)論采用Mg離子注入或者摻雜，一方面會(huì)引入晶格損傷特別是對(duì)于作為電流阻擋層導(dǎo)致很大的漏電，另一方面Mg具有很強(qiáng)的記憶效應(yīng)在二次外延過(guò)程中有很大的擴(kuò)散作用。Al離子注入引入的晶格損傷導(dǎo)致的漏電以及電流崩塌效應(yīng)特別嚴(yán)重，這種電流崩坍原因主要是由于Al注入引入的缺陷導(dǎo)致的，且Al注入帶來(lái)的晶格損傷必須在很高的溫度下才能修復(fù)，溫度大概1350°C，對(duì)于工業(yè)用于比較復(fù)雜而且相對(duì)昂貴，同時(shí)大面積的離子注入帶來(lái)的晶格損傷對(duì)二次外延的晶體質(zhì)量有所影響；同時(shí)采用S12做電流阻擋層沒(méi)有給出具體的器件結(jié)構(gòu)以及回避側(cè)向外延生長(zhǎng)所帶來(lái)愈合過(guò)程中產(chǎn)生空隙等問(wèn)題。這些一直是制約著垂直結(jié)構(gòu)目前發(fā)展的瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于側(cè)向外延技術(shù)的垂直結(jié)構(gòu)AIGaN/GaN HEMT器件及其制作方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0011]本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種基于側(cè)向外延技術(shù)的垂直結(jié)構(gòu)AIGaN/GaN HEMT器件，包括襯底、形成于所述襯底上的電流阻擋層，以及側(cè)向外延生長(zhǎng)于所述電流阻擋層上的外延層，所述電流阻擋層上形成有電流導(dǎo)通通孔。
[0012]優(yōu)選的，在上述的基于側(cè)向外延技術(shù)的垂直結(jié)構(gòu)AIGaN/GaN HEMT器件中，所述外延層還包括對(duì)愈合不完全形成的空隙區(qū)進(jìn)行隔離的離子注入隔離區(qū)。
[0013]優(yōu)選的，在上述的基于側(cè)向外延技術(shù)的垂直結(jié)構(gòu)AIGaN/GaN HEMT器件中，所述電流阻擋層上還形成有加速愈合通孔區(qū)，該加速愈合通孔區(qū)的開(kāi)口尺寸大于所述電流導(dǎo)通通孔。
[0014]優(yōu)選的，在上述的基于側(cè)向外延技術(shù)的垂直結(jié)構(gòu)AIGaN/GaN HEMT器件中，所述外延層包括依次形成于所述電流阻擋層上的愈合本征GaN層、本征GaN層和本征AlGaN層。
[0015]優(yōu)選的，在上述的基于側(cè)向外延技術(shù)的垂直結(jié)構(gòu)AIGaN/GaN HEMT器件中，所述垂直結(jié)構(gòu)AIGaN/GaN HEMT器件還包括與所述本征AlGaN層形成歐姆接觸的源電極、通過(guò)鈍化層設(shè)置于所述本征AlGaN層上的柵電極、以及形成于所述襯底底面上的漏電極。
[0016]優(yōu)選的，在上述的基于側(cè)向外延技術(shù)的垂直結(jié)構(gòu)AIGaN/GaN HEMT器件中，所述鈍化層材料至少可選自A1203、SiNx> HfO2Jli不限于此。
[0017]優(yōu)選的，在上述的基于側(cè)向外延技術(shù)的垂直結(jié)構(gòu)AIGaN/GaN HEMT器件中，所述電流阻擋層的材料可以為S12，但不限于此。
[0018]優(yōu)選的，在上述的基于側(cè)向外延技術(shù)的垂直結(jié)構(gòu)AIGaN/GaN HEMT器件中，所述電流阻擋層的厚度為彡1niWiK 100nm0
[0019]優(yōu)選的，在上述的基于側(cè)向外延技術(shù)的垂直結(jié)構(gòu)AIGaN/GaN HEMT器件中，所述襯底可以為S1、藍(lán)寶石或GaN襯底，但不限于此。
[0020]本發(fā)明實(shí)施例還公開(kāi)了一種基于側(cè)向外延技術(shù)的垂直結(jié)構(gòu)AIGaN/GaN HEMT器件的制作方法，其包括:
[0021](I)在襯底正面形成電流阻擋層，并在電流阻擋層上加工形成小周期電流導(dǎo)通通孔區(qū)、大周期加速愈合通孔區(qū)掩膜，獲得圖形化襯底外延片；
[0022](2)在圖形化襯底外延片上生長(zhǎng)垂直結(jié)構(gòu)AIGaN/GaN HEMT結(jié)構(gòu)，獲得垂直結(jié)構(gòu)AIGaN/GaN HEMT 外延片；
[0023](3)在所述垂直結(jié)構(gòu)AIGaN/GaN HEMT外延片上形成鈍化層；
[0024](4)在具有完鈍化層的垂直結(jié)構(gòu)AIGaN/GaN HEMT外延片上設(shè)置源電極；
[0025](5)在襯底背面制作漏電極，并進(jìn)行歐姆接觸退火；
[0026](6)通過(guò)F離子注入對(duì)步驟(5)所形成的器件進(jìn)行器件隔離，形成離子注入隔離區(qū)；
[0027](7)器件隔離完成以后，在器件上制作柵電極。
[0028]在一更為具體的實(shí)施方式之中，所述制作方法還可包括:
[0029](I)在襯底上沉積獲得電流阻擋層，經(jīng)過(guò)有機(jī)清洗、旋涂粘附劑、涂膠、顯影、ICP刻蝕形成小周期電流導(dǎo)通通孔區(qū)、大周期加速愈合通孔區(qū)掩膜；
[0030](2)在圖形化襯底外延片上首先沉積一層愈合本征GaN層，然后生長(zhǎng)AIGaN/GaNHEMT形成二維電子氣，生長(zhǎng)完成垂直結(jié)構(gòu)AIGaN/GaN HEMT結(jié)