一種基于硅襯底的hemt器件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于硅襯底的HEMT器件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]相比于第一、二代半導體材料而言，第三代半導體材料氮化鎵(GaN)因為具有更大的禁帶寬度(3.4eV)、更強的臨界擊穿場強以及更高的電子迀移速率，得到了國內(nèi)外研究者們的廣泛關(guān)注。尤其是在電力電子高壓器件以及高頻功率器件方面具有巨大的優(yōu)勢和潛力。
[0003]具體而言，作為第三代半導體材料，氮化鎵(GaN)材料具有禁帶寬度寬、擊穿電場高、輸出功率大的優(yōu)點，而且GaN材料在高壓下工作時的導通電阻小，使得GaN基功率器件也表現(xiàn)出更高的增益。同時，GaN基功率器件具有很高的電子迀移率和電子飽和速率，確保了該器件在Ka、Q甚至W波段的高增益。因此，GaN基的高電子迀移率晶體管(High ElectronMobility Transistor，簡稱HEMT)技術(shù)已成為當前毫米波大功率器件領(lǐng)域研究的熱點。
[0004]由于GaN晶體生長受到了客觀條件的制約，絕大多數(shù)研究者們都是選擇在異質(zhì)襯底材料上外延生長GaN薄膜。常用的襯底包括硅(Si)、藍寶石(A1203)以及碳化硅(SiC)等。其中Si材料由于其低廉的成本、大尺寸以及完善的Si集成工藝等方面的優(yōu)勢受到了各大研究機構(gòu)的青睞。
[0005]對于半導體材料外延，結(jié)晶質(zhì)量是最重要的參數(shù)之一，結(jié)晶質(zhì)量的好壞直接影響著材料的電學特性。然而，不同于Si材料的拉晶技術(shù)，GaN材料一般都是在非GaN基本上異質(zhì)外延的，由于外延層和襯底層之間或多或少的存在晶格以及熱膨脹方面的失配，所以會不可避免產(chǎn)生位錯與缺陷，降低GaN外延層的結(jié)晶質(zhì)量，進而影響器件的性能。
[0006]此外，常規(guī)技術(shù)制作的基于硅襯底的HEMT器件均是采用AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)，由于內(nèi)在的極化電場的調(diào)制作用，AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)中在靠近AlGaN的一側(cè)會聚集大量的導電電子，形成二維電子氣(2DEG)?；谕庋咏Y(jié)構(gòu)的限制。該電子氣被限制在狹窄的區(qū)域內(nèi)，減低了它們受到散射的概率，從而提高其迀移能力，典型的迀移率為1500cm2/V.so 2DEG的濃度也可以高達lX1013/cm2。由于存在2DEG，常規(guī)技術(shù)制作的HEMT器件在零偏的時候都是導通的，也就是耗盡型(常開型)的器件。但耗盡型器件在電路應(yīng)用中增加了功耗和設(shè)計復雜程度。同時在功率電子的應(yīng)用中，增強型器件能夠提高電路工作的安全性，在柵失效的情況下器件可以實現(xiàn)關(guān)斷狀態(tài)，實現(xiàn)失效保護的功能，所以實現(xiàn)增強型HEMT器件是一個重要的研究方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提高GaN外延層的結(jié)晶質(zhì)量，改善基于硅襯底的HEMT器件的性會泛。
[0008]本發(fā)明的另一目的在于，提供一種基于硅襯底的增強型的HEMT器件。
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于硅襯底的HEMT器件，包括:
[0010]硅襯底；
[0011]形成于所述娃襯底上的第一 GaN外延層；
[0012]形成于所述第一 GaN外延層上的圖形化的介質(zhì)層；
[0013]覆蓋所述第一 GaN外延層和圖形化的介質(zhì)層的第二 GaN外延層；
[0014]形成于所述第二 GaN外延層上的AlGaN勢皇功能層；以及
[0015]形成于所述AlGaN勢皇功能層上的柵極、源極和漏極。
[0016]進一步的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，所述圖形化的介質(zhì)層是氮化硅或者二氧化硅，所述圖形化的介質(zhì)層為周期性陣列排布的六棱柱結(jié)構(gòu)，所述圖形化的介質(zhì)層的厚度為100?300nmo
[0017]進一步的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，還包括形成于所述硅襯底和第一GaN外延層之間的A1N層，所述A1N層的形成溫度為1200?1300°C。
[0018]進一步的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，還包括形成于所述硅襯底和第一GaN外延層之間的緩沖層。
[0019]進一步的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，所述緩沖層為多層AlGaN層，所述多層AlGaN層中A1組分逐層下降。
[0020]進一步的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，所述緩沖層為多層AlGaN層，所述多層AlGaN層中生長厚度逐層增加。
[0021]進一步的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，所述柵極嵌入所述AlGaN勢皇功能層中。
[0022]進一步的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，還包括:
[0023]暴露出部分所述第二 GaN外延層的臺面；
[0024]覆蓋所述AlGaN勢皇功能層以及所述臺面暴露出的第二 GaN外延層的第一鈍化層；
[0025]貫穿所述第一鈍化層和AlGaN勢皇功能層的柵極開口，所述柵極通過所述柵極開口嵌入所述AlGaN勢皇功能層中；
[0026]貫穿所述第一鈍化層的源極開口和漏極開口。
[0027]進一步的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，還包括:
[0028]形成于所述第一鈍化層上以及所述柵極開口底部的柵極介質(zhì)層；
[0029]形成于所述柵極開口的底部和側(cè)壁的勢皇阻擋層。
[0030]進一步的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，所述柵極、源極和漏極為Ti/Al/Ti/TiN合金，所述勢皇阻擋層為TiN。
[0031]進一步的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，還包括:
[0032]覆蓋所述柵極、源極、漏極以及柵極介質(zhì)層的第二鈍化層；
[0033]形成于所述第二鈍化層中并暴露所述柵極、源極和漏極的通孔；
[0034]與所述柵極電連接的柵極焊墊、與所述源極電連接的源極焊墊以及與所述漏極電連接的漏極焊墊。
[0035]本發(fā)明還提供一種基于硅襯底的HEMT器件的制作方法，包括:
[0036]提供一娃襯底；
[0037]在所述娃襯底上形成第一 GaN外延層；
[0038]在所述第一 GaN外延層上形成圖形化的介質(zhì)層；
[0039]在所述第一 GaN外延層和圖形化的介質(zhì)層上形成第二 GaN外延層；
[0040]在所述第二 GaN外延層上形成AlGaN勢皇功能層；
[0041]在所述AlGaN勢皇功能層上形成源極、漏極和柵極。
[0042]進一步的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件制作方法中，所述圖形化的介質(zhì)層是氮化硅或者二氧化硅，所述圖形化的介質(zhì)層為周期性陣列排布的六棱柱結(jié)構(gòu)，所述圖形化的介質(zhì)層的厚度為100?300nmo
[0043]進一步的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件制作方法中，還包括在所述硅襯底和第一 GaN外延層之間形成A1N層，所述A1N層的形成溫度為1200?1300°C。
[0044]進一步的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件制作方法中，還包括在所述硅襯底和第一 GaN外延層之間形成緩沖層。
[0045]進一步的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件制作方法中，所述緩沖層為多層AlGaN層，所述多層AlGaN層中A1組分k逐層下降。
[0046]進一步的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件制作方法中，所述緩沖層為多層AlGaN層，所述多層AlGaN層中生長厚度逐層增加。
[0047]進一步的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件制作方法中，所述柵極嵌入所述AlGaN勢皇功能層中。
[0048]進一步的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件制作方法中，還包括:
[0049]刻蝕所述AlGaN勢皇功能層以及部分厚度的第二 GaN外延層和圖形化的介質(zhì)層形成暴露部分所述