一种GaN基HEMT器件及其制备方法技术

一种GaN基HEMT器件及其制备方法，由于GaN基HEMT器件的栅结构采用三掩膜版结构(3‑mask)，即在栅金属层和p‑GaN帽层增加一层金属层，可以显著降低栅阻，增加场板设计的灵活性。使得器件在高VDS下减少动态通断，由于栅金属的中含有Al成分，而且刻蚀沉积栅金属时没有影响p‑GaN层，所以其栅电阻很小，其栅控能力增强，从而进一步提升器件的整体性能。

A GaN-based HEMT device and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种GaN基HEMT器件及其制备方法
本专利技术涉及半导体器件制造领域，具体涉及一种GaN基HEMT器件及其制备方法。
技术介绍
随着高效完备的功率转换电路和系统需求的日益增加，具有低功耗和高速特性的功率器件最近吸引了很多关注。宽禁带半导体氮化镓GaN材料以其具有禁带宽度大、临界击穿电场高、电子饱和速度高等特点，成为新一代半导体功率器件的理想材料。近年来，以AI(ln，Ga，Sc)N/GaN为代表的GaN基HEMT器件能够提高电路工作的安全性，所以，GaN基HEMT器件成为当前的一个重要的研究方向。一方面得益于GaN和AIGaN之间极强的自发极化和压电极化效应，使得GaN/AlGaN之间形成高电子浓度和高电子迁移率的二维电子气(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，成本低。GaN基HEMT器件是常开型器件。在电路中，常关型的功率元件，也称为增强模式(e模式)晶体管，是故障安全操作的首选。要实现增强型晶体管，需要在栅电压为0V时，使栅区完全关闭晶体管，其中一种方法是使用Mg掺杂的p型GaN(p-GaN)栅，在平衡状态下提升沟道中的导通带，从而实现增强型工作。目前GaN基HEMT器件的主要工艺方法之一为凹栅槽技术和栅电极区域的F离子注入工艺。p-GaN栅HEMT可分为两大类，一类是在p-GaN层上形成肖特基接触，另一类是p-GaN层形成有欧姆接触的栅注入晶体管(Git)。而p-GaN层上的欧姆接触，容易增加栅的泄漏电流。P-GaN栅在高的VDS下具有大的动态导通电阻，且由于外延p-GaN，使得场板的设计变得复杂。所以与p-GaN层形成肖特基接触，对场板的灵活使用对于GaN基HEMT器件来说，是p-GaNHEMT器件所需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是在GaN基HEMT器件中的p-GaN层形成肖特基接触。根据第一方面，一种实施例中提供一种GaN基HEMT器件，包括衬底、缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、P-GaN帽层、金属层、栅金属层和介质层；所述缓冲层叠置在所述衬底之上；所述GaN沟道层叠置在所述缓冲层之上；所述AlGaN势垒层叠置在所述GaN沟道层之上；所述P-GaN帽层叠置在所述AlGaN势垒层之上；所述金属层叠置在所述AlGaN势垒层之上；所述栅金属层叠置在所述金属层之上；所述介质层设置在所述P-GaN帽层、所述金属层和所述栅金属层外部，用于密封所述GaN基HEMT器件。根据第二方面，一种实施例中提供一种GaN基HEMT器件的制备方法，包括：在衬底上依次制备缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、P-GaN帽层和金属层；在所述金属层上沉积第一介质层；在所述第一介质层上开第一窗口，所述窗口的底部位于所述金属层上；在所述第一窗口上沉积栅金属层；在所述栅金属层外侧沉积第二介质层，所述第二介质层密封所述栅金属层。依据上述实施例的一种GaN基HEMT器件及其制备方法，由于在栅金属层和p-GaN帽层之间增加了一层金属层结构，使得GaN基HEMT器件的栅电阻(Rsh-metal)得到降低，增加场板设计的灵活性，在高VDS下减少动态通断。附图说明图1为一种实施例中GaN基HEMT器件的剖面结构示意图；图2为一种实施例中GaN基HEMT器件的制备工艺流程图；图3(a)～(e)依次示出了本申请GaN基HEMT器件的制备工艺流程步骤，其中：(a)衬底上依次制备缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、P-GaN帽层和金属层；(b)刻蚀金属层和帽层至势垒层停止；(c)在金属层沉积第一介质层；(d)在第一窗口上沉积栅金属层；(e)在栅金属层外侧沉积第二介质层；图4为一实施例中一种GaN基HEMT器件的切面示意图；图5为一实施例中一种GaN基HEMT器件的结构示意图。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。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。Schottky结：肖特基结，是一种简单的金属与半导体的交界面，与PN结相似，具有整流特性。欧姆结：即欧姆接触，一种简单的金属与半导体的交界面，是指接触不产生明显的附加阻抗和不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变。MIS结：金属-绝缘体-半导体的接触结构(Metal-insulator-semiconductorjunction)，金属与半导体间通过绝缘体进行接触。HEMTs：高电子迁移率晶体管CMOS：互补半导体金属氧化物半导体GaN：氮化镓，一种宽禁带半导体化合物，是第三代半导体的代表，非常适合大功率以及微波器件的制作复合阳极：半导体器件阳极的金属与半导体的交界面采用两种或两种以上方式接触。Rsh-metal:全称themetalsheetresistanceofthegatemetal栅金属场板电阻PVD：全称PhysicalVaporDeposition，物理气相沉积，是半导体工艺中最常用的金属沉积的方式。LPCVD：全称LowPressureChemicalVaporDeposition，低压化学气相沉积，是半导体工艺中高质量介质膜沉积的主要方式之一。MOCVD：全称Metal-organicChemicalVaporDeposition，金属有机化合物化学气相沉淀，在气相外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术，主要用于GaN/SiC等化合物半导体的生长。PEVCD：全称PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition，等离子体增强化学气相沉积，是半导体工艺中高质量介质膜沉积的主要方式之一，主要用于后段工艺护层的沉积。RIE：全称是ReactiveIonEtching，反应离子刻蚀，一种微电子干法腐蚀工艺。IPC：全称InductivelyCoupledPlasma，等离子体电感耦合，一种微电子干法腐蚀工艺。黄光：将硅片等晶片进行涂胶、软哄、曝光、显影、硬烤，使其光刻出一定图形，这种工艺叫黄光。光刻掩膜版(又称光罩，英文为Mas本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GaN基HEMT器件，其特征在于，包括衬底、缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、P‑GaN帽层、金属层、栅金属层和介质层；所述缓冲层叠置在所述衬底之上；所述GaN沟道层叠置在所述缓冲层之上；所述AlGaN势垒层叠置在所述GaN沟道层之上；所述P‑GaN帽层叠置在所述AlGaN势垒层之上；所述金属层叠置在所述AlGaN势垒层之上；所述栅金属层叠置在所述金属层之上；所述介质层设置在所述P‑GaN帽层、所述金属层和所述栅金属层外部，用于密封所述GaN基HEMT器件。

【技术特征摘要】
1.一种GaN基HEMT器件，其特征在于，包括衬底、缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、P-GaN帽层、金属层、栅金属层和介质层；所述缓冲层叠置在所述衬底之上；所述GaN沟道层叠置在所述缓冲层之上；所述AlGaN势垒层叠置在所述GaN沟道层之上；所述P-GaN帽层叠置在所述AlGaN势垒层之上；所述金属层叠置在所述AlGaN势垒层之上；所述栅金属层叠置在所述金属层之上；所述介质层设置在所述P-GaN帽层、所述金属层和所述栅金属层外部，用于密封所述GaN基HEMT器件。2.如权利要求1所述HEMT器件，其特征在于，还包括二维电子气层，其形成于所述GaN沟道层和所述AlGaN势垒层的接触面偏向所述GaN沟道层一侧。3.如权利要求1所述HEMT器件，其特征在于，所述AlGaN势垒层与所述介质层之间被所述P-GaN帽层隔离。4.如权利要求1所述HEMT器件，其特征在于，所述金属层的厚度不大于所述P-GaN帽层的厚度。5.如权利要求1所述HEMT器件，其特征在于，所述栅金属层由TiN、Ni、Au、W，...

【专利技术属性】
技术研发人员：林信南，黄樟伟，
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