基于叠层钝化型的高电子迁移率晶体管及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于叠层钝化型的高电子迁移率晶体管及制备方法，包括：S101、选取外延基片；所述外延基片由下往上依次包括衬底、AlN成核层、GaN缓冲层、AlN插入层、AlGaN势垒层和GaN帽层；S102、在所述外延基片上制作源电极和漏电极；S103、在所述外延基片表面上依次生长氮化硅层和富硅层形成叠层钝化结构；S104、光刻栅极槽，在所述栅极槽和所述富硅层上生长栅介质层；S105、制备栅电极和金属互联层以完成所述高电子迁移率晶体管的制备。本发明专利技术提供的基于叠层钝化型的高电子迁移率晶体管及制备方法在生长SiN层再生长一层富硅层层，可以阻止水汽和氧进入GaN高电子迁移率晶体管,提高器件在潮湿环境下输出电流。

【技术实现步骤摘要】
基于叠层钝化型的高电子迁移率晶体管及制备方法
本专利技术属于微电子
，特别涉及一种基于叠层钝化型的高电子迁移率晶体管及制备方法。
技术介绍
随着科技水平的提高，现有的第一、二代半导体材料已经无法满足更高频率、更高功率电子器件的需求，而基于氮化物半导体材料的电子器件则可满足这一要求，大大提高了器件性能。由于AlGaN/GaN异质结构中有高的二维电子气密度和高的电子迁移率，使其在大功率微波器件方面有非常好的应用前景。由于AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管表面有与氧结合的Al、Ga原子，导致减小极化产生的二维电子气浓度，所以AlGaN/GaN的钝化尤为重要。而从简化电路设计以及安全的角度考虑，具有较优钝化层的器件有更好的发展潜力。作为功率开关的应用，防水汽和氧化的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管器件也备受关注。研究表明，GaN基高电子迁移率晶体管电流崩塌程度受空气湿度的影响，后来FengGao等人利用空气离化模型在此基础上进行深入分析，认为器件表面离子化的水分子对表面进行充电形成虚栅，对沟道二维电子气产生耗尽，从而造成电流崩塌。因而防水汽和防氧化的AlGaN/GaNHEMT研制具有很高的价值。目前，国内外对防水汽和氧化的AlGaN/GaNHEMT有不少的研究和报道，这些报道中主要采用了以下几种技术来实现防水汽、防氧化的AlGaN/GaNHEMT:1.氮化硅钝化技术。氮化硅是一种惰性介质，介电常数较小，能阻挡氧进入SiN层，提高器件的稳定性。但是,国内外大多使用LPCVD或PECVD，生长的SiN致密性较差，空气中的水分和氧容易扩散到SiN钝化层，甚至到SiN/AlGaN界面，导致输出电流减小。2.特氟龙钝化技术。特氟龙材料短时间可耐高温到300℃，一般在240℃～260℃之间可连续使用，在高温下不融化，具有显著的热稳定性，比SiN的介电常数小。先利用PECVD工艺生长一层SiN，然后再长一层较薄的特氟龙钝化层。由于特氟龙疏水性和抗氧化性，所以能够有效的保护器件受污染，防止其电学特性的降低。但是特氟龙的生长技术不成熟，对于生长的可重复性不高。3.石墨烯钝化技术。利用CVD工艺将石墨烯沉积在金属衬底上，然后用化学溶液腐蚀掉金属衬底，再用去离子水漂洗，最终转移到GaN材料表面。石墨烯已被证明能与GaN兼容，作为污染物扩散不可逾越的阻挡层，在常规SiN钝化层上，引入一层石墨烯，能够有效阻止水汽、氧进入SiN层，在潮湿环境下输出电流和跨导峰值不会下降。但是这种方法耗时高、成本高和可重复性低，目前还没有被普遍使用。综上，目前国内外实现AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管防水、防氧的方法主要采用氮化硅钝化技术，且效果并不理想。
技术实现思路
为了提高高电子迁移率晶体管的工作性能，本专利技术提供了一种基于叠层钝化型的高电子迁移率晶体管及制备方法；本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：一方面，本专利技术的实施例提供了一种基于叠层钝化型的高电子迁移率晶体管的制备方法，包括：S101、选取外延基片，其中，外延基片由下往上依次包括衬底、AlN成核层、GaN缓冲层、AlN插入层、AlGaN势垒层和GaN帽层；S102、在外延基片上制作源电极和漏电极；S103、在外延基片表面上依次生长氮化硅层和富硅层形成叠层钝化结构；S104、光刻栅极槽，在栅极槽和富硅层上生长栅介质层；S105、制备栅电极和金属互联层另一方面，本专利技术的实施例提供了一种基于叠层钝化型的高电子迁移率晶体管，由下往上依次包括：衬底1、AlN成核层2、GaN缓冲层3、AlN插入层4、AlGaN势垒层5、GaN帽层6、钝化层7、栅介质层8和保护层9；GaN缓冲层3上还设置有源电极10和漏电极11，栅介质层8上设置有栅电极12；源电极10和漏电极11上设置有金属互联层13，其中，钝化层7包括氮化硅层71和设置于氮化硅层71上的富硅层72。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的钝化层由于采用由氮化硅层和富硅层组成的叠层结构，通过致密的富硅层可以阻止水汽和氧进入GaN高电子迁移率晶体管,提高器件在潮湿环境下输出电流。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种基于叠层钝化型的高电子迁移率晶体管的制备方法流程示意图；图2a-2i为本专利技术实施例提供的一种基于叠层钝化型的高电子迁移率晶体管的制备工艺流程示意图；图3为本专利技术实施例提供的另一种基于叠层钝化型的高电子迁移率晶体管的制备方法流程示意图；图4为本专利技术实施例提供的再一种基于叠层钝化型的高电子迁移率晶体管的制备方法流程示意图图5为本专利技术实施例提供的一种基于叠层钝化型的高电子迁移率晶体管结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例一请参见图1，图1为本专利技术实施例提供的一种基于叠层钝化型的高电子迁移率晶体管的制备方法流程示意图，包括：S101、选取外延基片；所述外延基片由下往上依次包括衬底、AlN成核层、GaN缓冲层、AlN插入层、AlGaN势垒层和GaN帽层；S102、在所述外延基片上制作源电极和漏电极；S103、在所述外延基片表面上依次生长氮化硅层和富硅层形成叠层钝化结构；S104、光刻栅极槽，在所述栅极槽和所述富硅层上生长栅介质层；S105、制备栅电极和金属互联层以完成所述高电子迁移率晶体管的制备。优选地，S102可以包括：S1021、在所述GaN帽层上光刻源电极区域和漏电极区域；S1022、在所述源电极区域和所述漏电极区域上蒸发欧姆金属材料；S1023、快速热退火使所述欧姆金属材料下沉至所述GaN缓冲层形成欧姆接触；其中，退火气氛为N2，退火温度为830℃，退火时间为30s；S1024、在所述GaN帽层上光刻电隔离区域，利用ICP工艺依次刻蚀所述电隔离区域的所述GaN帽层、所述AlGaN势垒层、所述AlN插入层和所述GaN缓冲层，以形成台面隔离；其中，刻蚀深度为100nm。优选地，S103可以包括：S1031、清洗所述外延基片；S1032、利用PECVD设备，在所述源电极、所述漏电极以及所述GaN帽层上生长所述氮化硅层；生长的工艺条件为：采用NH3和SiH4作为反应气体，衬底温度为250℃，反应腔室压力为600mTorr，RF功率为22W；S1033、利用所述PECVD设备，在所述氮化硅层生长所述富硅层；生长的工艺条件为：采用NH3和SiH4作为反应气体，衬底温度为250℃，反应腔室压力为600mTorr，RF功率为22W；S1034、利用快速热退火工艺进行退火处理；退火的工艺条件为：退火气氛为N2，退火温度为560℃，退火时间为5min。优选地，S104可以包括：S1041、在所述富硅层上光刻栅槽区域，刻蚀所述栅槽区域内的所述氮化硅层和所述富硅层直到露出所述GaN帽层形成所述栅极槽；S1042、利用ALD工艺，在所述栅极槽内的GaN帽层和所述钝化层上制备所述栅介质层。优选地，S105可以包括：S1051、在栅介质层上光刻栅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于叠层钝化型的高电子迁移率晶体管的制备方法，其特征在于，包括：S101、选取外延基片，其中，所述外延基片由下往上依次包括衬底、AlN成核层、GaN缓冲层、AlN插入层、AlGaN势垒层和GaN帽层；S102、在所述外延基片上制作源电极和漏电极；S103、在所述外延基片表面上依次生长氮化硅层和富硅层形成叠层钝化结构；S104、光刻栅极槽，在所述栅极槽和所述富硅层上生长栅介质层；S105、制备栅电极和金属互联层。

【技术特征摘要】
1.一种基于叠层钝化型的高电子迁移率晶体管的制备方法，其特征在于，包括：S101、选取外延基片，其中，所述外延基片由下往上依次包括衬底、AlN成核层、GaN缓冲层、AlN插入层、AlGaN势垒层和GaN帽层；S102、在所述外延基片上制作源电极和漏电极；S103、在所述外延基片表面上依次生长氮化硅层和富硅层形成叠层钝化结构；S104、光刻栅极槽，在所述栅极槽和所述富硅层上生长栅介质层；S105、制备栅电极和金属互联层。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S102包括：S1021、在所述GaN帽层上光刻源电极区域和漏电极区域；S1022、在所述源电极区域和所述漏电极区域上蒸发欧姆金属材料；S1023、快速热退火使所述欧姆金属材料下沉至所述GaN缓冲层形成欧姆接触；其中，退火气氛为N2，退火温度为830℃，退火时间为30s；S1024、在所述GaN帽层上光刻电隔离区域，利用ICP工艺依次刻蚀所述电隔离区域的所述GaN帽层、所述AlGaN势垒层、所述AlN插入层和所述GaN缓冲层，以形成台面隔离；其中，刻蚀深度为100nm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S103包括：S1031、清洗所述外延基片；S1032、利用PECVD设备，在所述源电极、所述漏电极以及所述GaN帽层上生长所述氮化硅层；生长的工艺条件为：采用NH3和SiH4作为反应气体，衬底温度为250℃，反应腔室压力为600mTorr，RF功率为22W；S1033、利用所述PECVD设备，在所述氮化硅层生长所述富硅层；生长的工艺条件为：采用NH3和SiH4作为反应气体，衬底温度为250℃，反应腔室压力为600mTorr，RF功率为22W；S1034、利用快速热退火工艺进行退火处理；退火的工艺条件为：退火气氛为N2，退火温度为560℃，退火时间为5min。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S104包括：S1041、在所述富硅层上光刻栅槽区域，刻蚀所述栅槽区域内的所述氮化硅层和所述富硅层直到露出所述G...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝杰杰，马晓华，刘捷龙，陈丽香，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61