SiC基HEMT器件的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種在SiC材料中獲取二維電子氣的方法，具體涉及一種SiC基高迀 移率晶體管（HEMT)器件的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 第三代半導(dǎo)體碳化硅（SiC)具有優(yōu)越的物理和電學(xué)特性，如寬帶隙、高擊穿場強、 高熱導(dǎo)率等特點。因而SiC基開關(guān)器件超越Si功率器件的極限，并在高功率、高頻、高溫電 力電子領(lǐng)域占據(jù)絕對優(yōu)勢。
[0003] SiC是目前唯一可以氧化形成Si〇d9化合物半導(dǎo)體，然而在SiC和SiO2界面存在 著很高的界面態(tài)密度，它們不僅減少了SiC基M0S器件溝道中導(dǎo)電載流子，同時會形成散射 中心進一步降低溝道迀移率，使得器件的導(dǎo)通電阻高，工作頻率低。即使存在如JFET類的 器件來避免M0S界面，但由于SiC中雜質(zhì)的擴散系數(shù)非常低，多采用離子注入的方法對其摻 雜，注入離子的激活溫度相當(dāng)高，這都會造成較大的晶體損傷因而迀移率并不是足夠高。無 論如何，為了降低SiC基功率開關(guān)器件通態(tài)損耗，必須提高導(dǎo)電載流子的迀移率或者增大 導(dǎo)電載流子的密度。這就需要尋找一種新的基于SiC的載流子導(dǎo)電界面，從而制備出具有 高面電導(dǎo)的SiC基功率場效應(yīng)晶體管。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于，提供一種SiC基HEMT器件的制備方法，具有高介電常數(shù)、高自 發(fā)極化、高臨界電場和晶格匹配的異質(zhì)材料。使得該材料與SiC之間通過極化產(chǎn)生二維電 子氣，制備出具有高面電導(dǎo)的SiC基場效應(yīng)晶體管。
[0005] 本發(fā)明提供一種基于SiC材料的HEMT器件的制備方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟1 :清洗SiC襯底，去除表面氧化層，該SiC襯底的厚度為2-4ym;
[0007] 步驟2:利用化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積將A1N薄膜淀積到清洗后的SiC襯底 上；
[0008] 步驟3 :利用化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積將AlxGahN薄膜淀積到A1N薄膜上；
[0009] 步驟4:利用化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積將GaN薄膜淀積到AlxGai_xN薄膜上；
[0010] 步驟5:通過光刻，采用氯基氣體對所述的A1N薄膜、AlxGai_xN薄膜、GaN薄膜的兩 偵琎行ICP干法刻蝕，刻蝕深度到達SiC襯底的表面，形成臺面；
[0011] 步驟6 :在刻蝕形成的臺面上制作自上而下的Ti/Al/Ni/Au的4層金屬，退火，形 成源、漏歐姆接觸，形成基片；
[0012] 步驟7 :采用PECVD的方法，在基片上面淀積第一Si3N4鈍化層，用以保護所述的 源、漏歐姆接觸；
[0013] 步驟8 :在GaN薄膜4上的第一Si3N4鈍化層上光刻蝕出窗口，在窗口內(nèi)淀積柵金 屬電極；
[0014] 步驟9 :在第一Si3N4鈍化層和柵金屬電極上再次淀積第二Si3N4鈍化層；
[0015] 步驟10:刻蝕掉Ti/Al/Ni/Au的4層金屬和柵金屬電極上的第一Si3N4鈍化層和 第二Si3N4鈍化層，互連金屬完成器件制備。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是：
[0017] a、與AlN、AlxGai_xN與SiC晶格常數(shù)匹配度高，可以降低SiC基開關(guān)器件介質(zhì)層與 碳化硅的界面態(tài)密度，從而降低對載流子輸運的散射，提高載流子迀移率。
[0018] b、由于SiC襯底以及沉積的A1N、AlxGai_xN薄膜均為纖鋅礦結(jié)構(gòu)，且具有很強的自 發(fā)極化，結(jié)合壓電極化可以在界面處產(chǎn)生高濃度的二維電子氣。由于量子阱的限制作用，進 一步提升了導(dǎo)電溝道載流子的迀移率。
[0019] c、A1N、AlxGai_xN和GaN薄膜的沉積速率比熱氧化SiC得到Si02要高，因此，可以 提高器件的制備效率，降低成本。
[0020] d、避免了傳統(tǒng)SiC功率器件中常用到的離子注入摻雜及高溫激活工藝，從而降低 了對半導(dǎo)體材料的晶格損傷，提高迀移率。
[0021] e、AlN、AlxGai_xN和GaN三種材料的介電常數(shù)與Si02ffl比較高，從而可以減小介質(zhì) 層的厚度，同時上述三種材料的臨界擊穿電場，特別是GaN的都非常高，所以可以提高SiC 基功率器件的抗擊穿能力與穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0022] 為進一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實施例及附圖詳細說明如后，其中：
[0023] 圖1是本發(fā)明的制備流程圖；
[0024] 圖2-7是本發(fā)明SiC基HEMT器件制作流程結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0025] 請參閱圖1并結(jié)合參閱圖2-圖7,本發(fā)明提供一利基于SiC材料的HEMT器件的制 備方法，包括以下步驟：
[0026] 步驟1 :清洗SiC襯底1，具體為：
[0027]a.依次用丙酮和乙醇超聲清洗3遍，再用去離子水沖洗。
[0028] b.將有機超聲后的SiC襯底1放在濃硫酸和雙氧水溶液中至少煮lOmin。
[0029] c.將煮過濃硫酸的襯底1依次用一號液和二號液分別煮lOmin以上，再用去離子 水沖洗干凈后用氮氣吹干待用，一號液為氨水、過氧化氫和去離子水的混合液，按體積比氨 水：過氧化氫：去離子水=1 : 2 : 5,二號液為鹽酸、過氧化氫和去離子水的混合液，按體 積比鹽酸：過氧化氫：去離子水=1 : 2 : 5。
[0030] d.將沖洗后的襯底1放入氫氟酸內(nèi)浸泡至少lmin，去除表面氧化層。
[0031] 去除表面氧化層，該的厚度為2-4ym，所述的SiC襯底1是具有六方纖鋅礦的結(jié) 構(gòu)，晶面方向為[0001]，該晶面為零偏角的晶面，該SiC襯底1為半絕緣襯底，可選擇的將 SiC襯底1分為兩層，一層為半絕緣的襯底，一層為低濃度的n型或者P型摻雜襯底；
[0032] 步驟2 :利用化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積或其他外延生長材料的方法將A1N薄 膜2沉積到清洗后的SiC襯底1上（參閱圖2)，所述的沉積A1N薄膜2的A1源溫度為 1000-1100°C，所述的A1N薄膜2的厚度為l-2nm，該A1N薄膜2與SiC晶格常數(shù)匹配度高， 從而提高了界面二維電子氣的面電導(dǎo)；
[0033] 步驟3:利用化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積或其他外延生長材料的方法將 AlxGai_xN薄膜3淀積到A1N薄膜2上（參閱圖2)，所述的沉積AlxGai_xN薄膜3的Ga源溫度 為900-1000°C，所述的AlxGai_xN薄膜3的A1組分x的范圍為0. 2-0. 4,所述的AlxGai_xN薄膜 3分為兩層，一層的厚度為3-5nm，作為非摻雜的隔離層，另一層的厚度為15-25nm，作為勢 皇層，另一層為n型摻雜，可選擇的為Si摻雜，摻雜濃度為1X1018cm3-3X1018cm3,所述的 沉積隔離層的A1源溫度為1000-1100°C，所述的沉積勢皇層的A1源溫度為1150-1250°C，；
[0034] 步驟4:利用化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積或其他外延生長材料的方法將GaN 薄膜4淀積到AlxGai_xN薄膜3上（參閱圖2)，所述的沉積GaN薄膜4的Ga源溫度為 900-1000°C，所述的GaN薄膜4的n型摻雜濃度為4X1018cnT3-6X1018cnT3,厚度為3-4nm;
[0035] 步驟5:通過光刻形成掩膜圖形，采用氯基氣體對所述的A1N薄膜2、AlfahN薄