一種新型增強型AlGaN/GaN半導體器件及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型增強型AlGaN/GaN半導體器件及其制備方法。在Si襯底之上從下至上依次涂覆有GaN層和AlGaN層，在GaN層和AlGaN層的一側(cè)邊緣刻蝕有溝槽，溝槽過刻至GaN層，在溝槽底GaN層上表面涂覆源極歐姆金屬，在AlGaN層上表面另一側(cè)邊緣涂覆漏極歐姆金屬，源漏歐姆金屬之間涂覆有鈍化層，位于垂直型溝道附近的鈍化層上涂覆有用于控制垂直型溝道導電粒子濃度的肖特基金屬。本發(fā)明的新型增強型AlGaN/GaN半導體器件可實現(xiàn)比傳統(tǒng)溝槽增強型AlGaN/GaN的HEMTs更小的導通電阻。
【專利說明】
一種新型増強型AI GaN/GaN半導體器件及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及了一種半導體器件和制備方法，具體是涉及了一種新型增強型AlGaN/GaN半導體器件及其制備方法，本發(fā)明的半導體器件主要應用于功率集成電路。
【背景技術(shù)】
[0002 ] m-v族化合物材料氮化鎵相比于硅材料具有更大的禁帶寬度、更高的擊穿場強，是第三代半導體材料中的杰出代表。不同于傳統(tǒng)硅基半導體器件，基于氮化鎵材料的AlGaN/GaN高電子迀移率晶體管，利用氮化鎵異質(zhì)結(jié)中的極化效應，在異質(zhì)結(jié)界面獲得具有高二維電子氣濃度、高電子迀移率以及高飽和電子漂移速度的橫向二維電子氣溝道實現(xiàn)器件的導通。這些優(yōu)異的電學特性決定了AlGaN/GaN HEMTs器件在高頻、高壓以及高功率密度的功率半導體器件領(lǐng)域存在巨大的產(chǎn)業(yè)潛力。
[0003]在增強型AlGaN/GaN HEMTs器件中，導通電阻一般由接觸電阻、漂移區(qū)電阻和溝道電阻等組成，在中低壓應用領(lǐng)域(小于600V)，溝道電阻所占比重隨漂移區(qū)長度的減少而增大。在傳統(tǒng)的增強型AlGaN/GaN HEMTs器件中，普遍采用平面型溝道，由于光刻條件的限制，溝道長度一般為1.5um左右，極大的限制了溝道電阻的減小。為克服現(xiàn)有增強型AlGaN/GaNHEMTs器件的缺陷，提出了一種帶有垂直型溝道的新型增強型AlGaN/GaN半導體器件，由于凹槽刻蝕深度可控性較好，可以控制溝道長度在200-400nm，可極大降低溝道電阻。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]為了克服現(xiàn)有增強型AlGaN/GaN HEMTs器件溝道長度較長、導通電阻較大的缺陷，本發(fā)明提出了一種帶有垂直型溝道的新型增強型AlGaN/GaN半導體器件及其制備方法。
[0005]實現(xiàn)上述發(fā)明目的的其技術(shù)方案為:
[0006]—、一種新型增強型AlGaN/GaN半導體器件:
[0007]其結(jié)構(gòu)是在Si襯底之上從下至上依次涂覆有GaN層和AlGaN層，在GaN層和AlGaN層的一側(cè)邊緣刻蝕有溝槽，溝槽過刻至GaN層，在溝槽底GaN層上表面涂覆源極歐姆金屬，在AlGaN層上表面遠離溝槽一側(cè)邊緣涂覆漏極歐姆金屬，源漏歐姆金屬之間涂覆有鈍化層，位于垂直型溝道附近的鈍化層上涂覆有用于控制垂直型溝道導電粒子濃度的肖特基金屬。
[0008]所述的垂直型溝道是指位于溝槽側(cè)面且未被源極歐姆金屬覆蓋的GaN層表面，溝道在垂直于溝槽側(cè)面方向深度在25nm以內(nèi)。
[0009]所述的溝槽底GaN層上表面涂覆源極歐姆金屬，所述的AlGaN層上表面遠離溝槽一側(cè)邊緣涂覆漏極歐姆金屬;所述的鈍化層涂覆在除漏極歐姆金屬以外的AlGaN層上表面和除源極歐姆金屬以外的溝槽側(cè)面，并且延伸到源極歐姆金屬的上表面的一部分作為延伸段;所述的肖特基金屬涂覆在鈍化層的側(cè)面和延伸段上，并延伸到鈍化層上表面的一部分。
[0010]所述的源極歐姆金屬和漏極歐姆金屬均由T1、Al、Ni和Au金屬從下到上依次疊層形成，所述的肖特基金屬由Ni和Au從下到上依次疊層形成。
[0011 ] 所述的垂直型溝道截面上的豎直長度為200-400nm。
[0012]所述的鈍化層采用氧化鋁，其厚度是10-200nm。
[0013]所述的源極歐姆金屬和漏極歐姆金屬中Ti/Al/Ni/Au各層的厚度分別為20/140/50/50-150nm，所述的肖特基金屬Ni/Au各層的厚度分別為30/50-150nm，所述的GaN層的厚度為1-100μηι，所述的AlGaN層的厚度為10_50nm。
[0014]本發(fā)明可以實現(xiàn)比傳統(tǒng)增強型GaN HEMTs更小的導通電阻，所述半導體器件結(jié)構(gòu)適合應用于平面結(jié)構(gòu)的功率器件。
[0015]二、一種新型全控型AlGaN/GaN半導體器件的制作方法，包括以下步驟:
[0016](I)在Si襯底從下到上依次沉積GaN層和AlGaN層；
[0017](2)在AlGaN層表面涂覆光刻膠后通過曝光、顯影后利用ICP-RIE干刻蝕法在一側(cè)邊緣形成溝槽，溝槽過刻至GaN層；
[0018](3)去膠后清洗，然后在整體表面涂覆光刻膠后，通過曝光、顯影后分別在溝槽底GaN層上表面和AlGaN層上表面遠離溝槽一側(cè)邊緣涂覆源極歐姆金屬、漏極歐姆金屬；
[0019](4)接著依次剝離、清洗后，在除漏極歐姆金屬以外的AlGaN層上表面、除源極歐姆金屬以外的溝槽側(cè)面以及延伸到源極歐姆金屬的上表面一部分的延伸段上涂覆鈍化層；
[0020](5)清洗后整體表面涂覆光刻膠后通過曝光、顯影后在鈍化層的側(cè)面、延伸段以及延伸到鈍化層上表面的一部分涂覆有肖特基金屬。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:
[0022]本發(fā)明利用ICP-RIE干刻蝕法在臺面一側(cè)形成垂直型溝道，溝道長度為200-400nm，溝道電阻可以減少50%以上、電流密度可以增加一倍。本發(fā)明比傳統(tǒng)增強型AlGaN/GaN HEMTs具有更小的導通電阻。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明半導體器件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖中，1、漏極歐姆金屬，2、源極歐姆金屬;3、肖特基金屬;4、鈍化層;5、AlGaN層;6、GaN層;7、垂直型溝道;8、Si襯底。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0026]本發(fā)明的實施例如下:
[0027]實施例1
[0028]I)在Si襯底8從下到上依次沉積GaN層6和AlGaN層5，GaN層的厚度為lym，AlGaN層的厚度為I Onm;
[0029]2)在AlGaN層表面涂覆光刻膠后通過曝光、顯影后利用ICP-RIE干刻蝕法在一側(cè)邊緣形成溝槽，溝槽過刻至GaN層6 ；
[0030]位于溝槽側(cè)面且未被源極歐姆金屬2覆蓋的GaN層6表面形成垂直型溝道7。其垂直型溝道7截面上的豎直長度為200nm，以實現(xiàn)減小溝道電阻、增大導通電流的目的。
[0031]3)去膠后清洗，然后在整體表面涂覆光刻膠后，通過曝光、顯影后分別在溝槽底GaN層6上表面和AlGaN層5上表面遠離溝槽一側(cè)邊緣涂覆源極歐姆金屬2、漏極歐姆金屬I;兩個歐姆金屬均采用Ti/Al/Ni/Au，Ti/Al/Ni/Au的厚度分別為20/140/50/50nm。
[0032]4)接著依次剝離、清洗后，在除漏極歐姆金屬I以外的AlGaN層5上表面、除源極歐姆金屬2以外的溝槽側(cè)面以及延伸到源極歐姆金屬2的上表面一部分的延伸段上涂覆氧化鋁作為鈍化層4，其厚度是1nm;
[0033]5)清洗后整體表面涂覆光刻膠后通過曝光、顯影后在鈍化層4的側(cè)面、延伸段以及延伸到鈍化層4上表面的一部分涂覆有肖特基金屬3，肖特基金屬3采用Ni/Au，其厚度是30/50nmo
[0034]實施例2
[0035]I)在Si襯底8從下到上依次沉積GaN層6和AlGaN層5，6&~層的厚度為2(^111416&~層的厚度為50nm;
[0036]2)在AlGaN層表面涂覆光刻膠后通過曝光、顯影后利用ICP-RIE干刻蝕法在一側(cè)邊緣形成溝槽，溝槽過刻至GaN層6 ；
[0037]位于溝槽側(cè)面且未被源極歐姆金屬2覆蓋的GaN層6表面形成垂直型溝道7。其垂直型溝道7截面上的豎直長度為350nm，以實現(xiàn)減小溝道電阻、增大導通電流的目的。
[0038]3)去膠后清洗，然后在整體表面涂覆光刻膠后，通過曝光、顯影后分別在溝槽底GaN層6上表面和AlGaN層5上表面遠離溝槽一側(cè)邊緣涂覆源極歐姆金屬2、漏極歐姆金屬I;兩個歐姆金屬均采用Ti/Al/Ni/Au，Ti/Al/Ni/Au的厚度分別為20/140/50/150nm。
[0039]4)接著依次剝離、清洗后，在除漏極歐姆金屬I以外的AlGaN層5上表面、除源極歐姆金屬2以外的溝槽側(cè)面以及延伸到源極歐姆金屬2的上表面一部分的延伸段上涂覆氧化鋁作為鈍化層4，其厚度是200nm;
[0040]5)清洗后整體表面涂覆光刻膠后通過曝光、顯影后在鈍化層4的側(cè)面、延伸段以及延伸到鈍化層4上表面的一部分涂覆有肖特基金屬3，肖特基金屬3采用Ni/Au，其厚度是30/150nmo
[0041 ] 實施例3
[0042]I)在Si襯底8從下到上依次沉積GaN層6和AlGaN層5，GaN層的厚度為ΙΟΟμπι，AlGaN層的厚度為20nm;
[0043]2)在AlGaN層表面涂覆光刻膠后通過曝光、顯影后利用ICP-RIE干刻蝕法在一側(cè)邊緣形成溝槽，溝槽過刻至GaN層6 ；
[0044]位于溝槽側(cè)面且未被源極歐姆金屬2覆蓋的GaN層6表面形成垂直型溝道7。其垂直型溝道7截面上的豎直長度為400nm，以實現(xiàn)減小溝道電阻、增大導通電流的目的。
[0045]3)去膠后清洗，然后在整體表面涂覆光刻膠后，通過曝光、顯影后分別在溝槽底GaN層6上表面和AlGaN層5上表面遠離溝槽一側(cè)邊緣涂覆源極歐姆金屬2、漏極歐姆金屬I;兩個歐姆金屬均采用Ti/Al/Ni/Au，Ti/Al/Ni/Au的厚度分別為20/140/50/80nm。
[0046]4)接著依次剝離、清洗后，在除漏極歐姆金屬I以外的AlGaN層5上表面、除源極歐姆金屬2以外的溝槽側(cè)面以及延伸到源極歐姆金屬2的上表面一部分的延伸段上涂覆氧化鋁作為鈍化層4，其厚度是60nm;
[0047]5)清洗后整體表面涂覆光刻膠后通過曝光、顯影后在鈍化層4的側(cè)面、延伸段以及延伸到鈍化層4上表面的一部分涂覆有肖特基金屬3，肖特基金屬3采用Ni/Au，其厚度是30/10nm0
[0048]以上所述，為本
【發(fā)明內(nèi)容】
的較佳實施例，并非對本
【發(fā)明內(nèi)容】
作任何限制，凡根據(jù)本
【發(fā)明內(nèi)容】
技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均屬于本
【發(fā)明內(nèi)容】
技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種新型增強型AlGaN/GaN半導體器件，其特征在于:其結(jié)構(gòu)是在Si襯底(8)之上從 下至上依次涂覆有GaN層(6)和AlGaN層(5)，在GaN層(6)和AlGaN層(5)的一側(cè)邊緣刻蝕有溝 槽，溝槽過刻至GaN層(6)，在溝槽底的GaN層(6)上表面涂覆源極歐姆金屬(2)，在AlGaN層 (5)上表面遠離溝槽一側(cè)邊緣涂覆漏極歐姆金屬(1)，源漏歐姆金屬(2、1)之間涂覆有鈍化 層(4)，位于垂直型溝道附近的鈍化層(4)上涂覆有用于控制垂直型溝道導電粒子濃度的肖 特基金屬(3)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型增強型AlGaN/GaN半導體器件，其特征在于:所述的 垂直型溝道(7)是指位于溝槽側(cè)面且未被源極歐姆金屬(2)覆蓋的GaN層(6)表面，溝道在垂 直于溝槽側(cè)面方向深度在25nm以內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型增強型AlGaN/GaN半導體器件，其特征在于:所述的 AlGaN層(5)上表面遠離溝槽一側(cè)邊緣涂覆漏極歐姆金屬(1)，所述的溝槽底的GaN層(6)上 表面涂覆源極歐姆金屬(2);所述的鈍化層(4)涂覆在除漏極歐姆金屬(1)以外的AlGaN層(5)上表面和除源極歐姆金屬(2)以外的溝槽側(cè)面，并且延伸到源極歐姆金屬(2)的上表面 的一部分作為延伸段;所述的肖特基金屬(3)涂覆在鈍化層(4)的側(cè)面和延伸段上，并延伸 到鈍化層(4)上表面的一部分。4.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一所述的一種新型增強型AlGaN/GaN半導體器件，其特征在于: 所述的源極歐姆金屬(2)和漏極歐姆金屬(1)均由T1、Al、Ni和Au金屬從下到上依次疊層形 成，所述的肖特基金屬(3)由Ni和Au從下到上依次疊層形成。5.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一所述的一種新型增強型AlGaN/GaN半導體器件，其特征在于: 所述的垂直型溝道(7)截面上的豎直長度為200-400nm。6.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一所述的一種新型增強型AlGaN/GaN半導體器件，其特征在于: 所述的鈍化層(4)采用氧化鋁，其厚度是10-200nm。7.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一所述的一種新型增強型AlGaN/GaN半導體器件，其特征在于: 所述的源極歐姆金屬(2)和漏極歐姆金屬(1)中Ti/Al/Ni/Au各層的厚度分別為20/140/50/ (50-150)nm，所述的肖特基金屬(3)Ni/Au各層的厚度分別為30/(50-150)nm，所述的GaN層(6)的厚度為1-lOOwn，所述的AlGaN層(5)的厚度為10-50nm〇8.根據(jù)權(quán)利要求1?7任一所述的一種新型增強型AlGaN/GaN半導體器件，其特征在于: 所述半導體器件結(jié)構(gòu)適合應用于平面結(jié)構(gòu)的功率器件。9.一種權(quán)利要求1?7任一所述新型全控型AlGaN/GaN半導體器件的制作方法，其特征 在于該方法包括以下步驟:(1)在Si襯底(8)從下到上依次沉積GaN層(6)和AlGaN層(5);(2)在AlGaN層(5)表面涂覆光刻膠后通過曝光、顯影后利用ICP-RIE干刻蝕法在一側(cè)邊 緣形成溝槽，溝槽過刻至GaN層(6);(3)去膠后清洗，然后在整體表面涂覆光刻膠后，通過曝光、顯影后分別在溝槽底GaN層 (6)上表面和AlGaN層(5)上表面遠離溝槽一側(cè)邊緣涂覆源極歐姆金屬(2)、漏極歐姆金屬 ⑴；(4)接著依次剝離、清洗后，在除漏極歐姆金屬(1)以外的AlGaN層(5)上表面、除源極歐 姆金屬(2)以外的溝槽側(cè)面以及延伸到源極歐姆金屬(2)的上表面一部分的延伸段上涂覆 鈍化層(4); (5)清洗后整體表面涂覆光刻膠后通過曝光、顯影后在鈍化層(4)的側(cè)面、延伸段以及延伸到鈍化層(4)上表面的一部分涂覆有肖特基金屬(3)。
【文檔編號】H01L21/335GK105957890SQ201610427274
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月15日
【發(fā)明人】謝剛, 侯明辰, 李雪陽, 盛況
【申請人】浙江大學