一种增强型高电子迁移率晶体管及其制备方法技术

一种增强型HEMT及其制备方法，该方法包括：准备包含衬底、缓冲层、沟道层、势垒层和帽层结构的GaN外延片；在GaN外延片上刻蚀由第一层光罩定义的隔离区和栅极区，形成刻蚀深度深入沟道层的隔离窗口和栅极窗口；依次沉积栅介质层和栅极金属层，使栅介质层和栅极金属层覆盖GaN外延片表面及隔离窗口和栅极窗口的内壁；刻蚀由第二层光罩定义的欧姆接触区，使刻蚀停止在势垒层的表面、内部或底部，形成源极窗口和漏极窗口；沉积欧姆金属层；刻蚀掉由第三层光罩定义的电极区以外的欧姆金属层和栅极金属层，形成源极、漏极和栅极。由于隔离区和栅极区使用同一层光罩同时进行制备，减少了一层光罩的使用，从而有效降低了加工成本，更适合于进行批量生产。

【技术实现步骤摘要】
一种增强型高电子迁移率晶体管及其制备方法
本专利技术涉及半导体器件
，具体涉及一种增强型高电子迁移率晶体管及其制备方法。
技术介绍
随着半导体材料与技术的发展，宽禁带化合物半导体材料和器件成为半导体电子器件领域的主力军，以GaN(氮化镓)为代表的III-V族宽禁带化合物半导体材料，具有高击穿电场、高电子饱和漂移速率和高热导率等特性，因而广泛应用于大功率、高速和大电压的电力电子器件的制备。增强型高电子迁移率晶体管(HighElectronMobilityTransistor，HEMT)，如增强型AlGaN/GaNHEMT，是其中最具吸引力的器件类型，一方面，AlGaN(氮化铝镓)和GaN之间的极强的自发极化和压电极化效应使得AlGaN和GaN之间形成高电子浓度和高电子迁移率的二维电子气(Two-DimensionalElectronGas，2-DEG)，电子浓度高达1012～1013cm-2，电子迁移率可高达2000cm2/V；另一方面，AlGaN/GaNHEMT器件工艺简单，适合基于多种平台进行开发，开发周期短。目前，在对增强型HEMT器件进行加工的过程中，需要对隔离区(Isolation)使用光罩层Mask01来完成，栅极区(Gate)使用光罩层Mask02来完成，欧姆接触区(Contact)使用光罩层Mask03来完成，金属电极(PAD)使用光罩层Mask04来完成，护层开孔(Via)使用光罩层Mask05来完成，即共需要5层光罩来完成增强型HEMT器件的制备。而每一层光罩的成本都比较高，这样，基于光罩Mask的增强型HEMT器件加工成本较高，不适合于进行批量生产。
技术实现思路
本申请提供一种增强型高电子迁移率晶体管及其制备方法，以降低增强型高电子迁移率晶体管的加工成本，使其适用于批量生产。根据第一方面，一种实施例中提供一种增强型高电子迁移率晶体管的制备方法，包括：准备GaN外延片，所述GaN外延片包括沟道层和势垒层；采用光刻工艺，在GaN外延片上刻蚀由第一层光罩定义的隔离区和栅极区，形成刻蚀深度深入GaN外延片沟道层的隔离窗口和栅极窗口；在形成隔离窗口和栅极窗口的器件上依次沉积栅介质层和栅极金属层，使栅介质层和栅极金属层覆盖GaN外延片表面以及隔离窗口和栅极窗口的内壁；在沉积栅介质层和栅极金属层的器件上刻蚀由第二层光罩定义的欧姆接触区，使刻蚀停止在势垒层的表面、内部或底部，形成源极窗口和漏极窗口；在形成源极窗口和漏极窗口的器件上沉积欧姆金属层；使用第三层光罩定义电极区，并刻蚀掉电极区以外的欧姆金属层和栅极金属层，形成源极、漏极和栅极。根据第二方面，一种实施例中提供一种增强型高电子迁移率晶体管的制备方法，包括：准备GaN外延片，所述GaN外延片包括沟道层和势垒层；采用光刻工艺，在GaN外延片上刻蚀由第一层光罩定义的隔离区和栅极区，形成刻蚀深度深入GaN外延片沟道层的隔离窗口和栅极窗口；在形成隔离窗口和栅极窗口的器件上依次沉积栅介质层和填充介质，使栅介质层覆盖GaN外延片表面以及隔离窗口和栅极窗口的内壁；在沉积栅介质层和填充介质的器件上刻蚀由第二层光罩定义的欧姆接触区，使刻蚀停止在势垒层的表面、内部或底部，形成源极窗口和漏极窗口；在形成源极窗口和漏极窗口的器件上沉积欧姆金属层；使用第三层光罩定义电极区，并刻蚀掉源极区和漏极区以外的欧姆金属层；刻蚀掉栅极区的填充介质，并在形成的器件上沉积栅极金属层；刻蚀源极区、漏极区和栅极区以外的栅极金属层，形成源极、漏极和栅极。根据第三方面，一种实施例中提供一种增强型高电子迁移率晶体管，其由上述增强型高电子迁移率晶体管的制备方法制备而成。依据上述实施例的增强型高电子迁移率晶体管的制备方法和增强型高电子迁移率晶体管，由于对隔离区和栅极区使用同一层光罩(第一层光罩)同时进行制备，减少了一层光罩的使用，从而有效降低了加工成本，更适合于进行批量生产。附图说明图1为一种实施例中增强型HEMT的制备方法的流程图；图2为GaN外延片的结构示意图；图3～图10为一种实施例中增强型HEMT制备过程中的器件结构示意图；图11为一种实施例中增强型HEMT的结构示意图；图12为另一种实施例中外延片沉积钝化层后形成的器件的结构示意图；图13为另一种实施例中增强型HEMT的结构示意图；图14为又一种实施例中增强型HEMT的制备方法的流程图；图15～图21为又一种实施例中增强型HEMT制备过程中的器件的结构示意图；图22为又一种实施例中增强型HEMT的结构示意图。具体实施方式下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。目前，在制备增强型HEMT的过程中，对隔离区域一般采用高速率的刻蚀方法，其对器件的损伤较大，而为了保证增强型HEMT的最佳性能，又需要对栅极区域采取复杂的处理方法，因此不会将隔离区和栅极区同时进行开孔。在本专利技术实施例中，首先使用第一层光罩同时制备隔离窗口和栅极窗口，再依次沉积栅介质层和栅极金属，接着使用第二层光罩制备欧姆接触区，沉积欧姆金属层，然后使用第三层光罩制备电极区，形成源极、漏极和栅极。实施例一：请参考图1，图1为本专利技术一种实施例中增强型HEMT的制备方法的流程图，该方法以AlGaN作为势垒层，且GaN作为沟道层形成增强型AlGaN/GaNHEMT为例来进行说明，如图1所示，该制备方法的工艺流程可以包括以下步骤：步骤101：准备GaN外延片。图2示出了GaN外延片的结构示意图，如图2所示，GaN外延片可以通过在衬底1上依次外延生长缓冲层2、GaN沟道层3、AlGaN势垒层4和帽层5构成。具体的，先在衬底1上外延生长一层超晶格、AlN、变组分的AlGaN或者是它们的任意组合，形成缓冲层2；接着，在缓冲层2上外延生长一层GaN层作为沟道层，形成GaN沟道层3，实际应用中，该GaN沟道层3的厚度一般为1～5μm；然后，在GaN沟道层3上外延生长一层AlGaN，其中Al的组分可以为15％～30％，AlGaN层的厚度可以为10～30nm，得到AlGaN势垒层4；最后在AlGaN势垒层4上外延生长一层帽层5，该帽层5可以是通过MOCVD(Metal-organicChemicalVaporDeposition，金属有机化合物化学气相沉淀)方式生长的Si3N4、AlN或GaN膜层，其厚度一般小于5nm，作为GaN外延片的上表面。其中，衬底1可以选择GaN、SiC或Si等常用的衬底材料，其厚度可根据实际需要来选定；AlGaN势垒层4和GaN沟道层3之间存在极强的自发极化和压电极化效应，从而在AlGaN势垒层4和GaN沟道层3的界面处形成了高电子浓度和高电子迁移率的二维电子气(2-DEG)薄层11，该二维电子气薄层11位于GaN沟道层3中，其电子浓度可高达1012～1013cm-2，电子迁移率可高达2000cm2/V。在实际应用中，AlGaN势垒层4的材料也可以是InGaN、AlN或者InAlN等材料，可根据需要进行选择。将GaN外延片进行清洗，清洗完毕后，还具体包括以下步骤：步骤102：制备隔离窗口和栅极窗口。采用刻蚀工艺，在准备好的GaN外延片上，刻蚀由第一层光罩(Mask01)定义的隔离区和栅极区，形成刻蚀深度深入GaN外延片的GaN沟道层3的隔离窗口和栅极窗口本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增强型高电子迁移率晶体管的制备方法，其特征在于，包括：准备GaN外延片，所述GaN外延片包括沟道层和势垒层；采用光刻工艺，在GaN外延片上刻蚀由第一层光罩定义的隔离区和栅极区，形成刻蚀深度深入GaN外延片沟道层的隔离窗口和栅极窗口；在形成隔离窗口和栅极窗口的器件上依次沉积栅介质层和栅极金属层，使栅介质层和栅极金属层覆盖GaN外延片表面以及隔离窗口和栅极窗口的内壁；在沉积栅介质层和栅极金属层的器件上刻蚀由第二层光罩定义的欧姆接触区，使刻蚀停止在势垒层的表面、内部或底部，形成源极窗口和漏极窗口；在形成源极窗口和漏极窗口的器件上沉积欧姆金属层；使用第三层光罩定义电极区，并刻蚀掉电极区以外的欧姆金属层和栅极金属层，形成源极、漏极和栅极。

【技术特征摘要】
1.一种增强型高电子迁移率晶体管的制备方法，其特征在于，包括：准备GaN外延片，所述GaN外延片包括沟道层和势垒层；采用光刻工艺，在GaN外延片上刻蚀由第一层光罩定义的隔离区和栅极区，形成刻蚀深度深入GaN外延片沟道层的隔离窗口和栅极窗口；在形成隔离窗口和栅极窗口的器件上依次沉积栅介质层和栅极金属层，使栅介质层和栅极金属层覆盖GaN外延片表面以及隔离窗口和栅极窗口的内壁；在沉积栅介质层和栅极金属层的器件上刻蚀由第二层光罩定义的欧姆接触区，使刻蚀停止在势垒层的表面、内部或底部，形成源极窗口和漏极窗口；在形成源极窗口和漏极窗口的器件上沉积欧姆金属层；使用第三层光罩定义电极区，并刻蚀掉电极区以外的欧姆金属层和栅极金属层，形成源极、漏极和栅极。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在形成源极、漏极和栅极之后，所述方法还包括：高温合金；在高温合金后的器件上沉积保护层；使用第四层光罩定义护层开孔区，并采用刻蚀的方式形成打开源极、漏极和栅极的接触孔。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述采用光刻工艺在GaN外延片上刻蚀由第一层光罩定义的隔离区和栅极区之前，所述方法还包括：采用MOCVD、LPCVD、ALD、PECVD或ICP-CVD的方式在GaN外延片表面沉积钝化层，所述钝化层为SiO2、Si3N4和AlN中的至少一种。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述GaN外延片包括衬底、依次形成在衬底上的缓冲层、GaN沟道层、势垒层和帽层，帽层作为GaN外延片的上表面。5.一种增强型高电子迁移率晶体管的制备方法，其特征在于，包括：准备GaN外延片，所述GaN外延片包括沟道层和势垒层；采用光...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙辉，胡腾飞，刘美华，林信南，陈东敏，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44