本发明专利技术是一种具有高热稳定性的AlGaN/GaNHEMT制造方法，其特征是AlGaN/GaNHEMT的栅电极采用了肖特基栅结构，其肖特基栅电极由势垒金属层和栅帽金属层构成，其中势垒金属层从势垒层表面开始依次由WN金属层和W金属层构成，栅帽金属层包括Ti/Pt/Au/Ti、Ti/Pt/Au/Pt/Ti和Ti/Pt/Au/Ni多层金属体系；栅电极还采用凹槽栅形式的肖特基栅结构，其肖特基栅电极同样由势垒金属层和栅帽金属层构成，其不同点在于与势垒金属层接触的势垒层的部分被去除后在势垒层中形成了一个凹槽。优点：在于容易制造实现，所制造的器件具有更好的耐温度特性，满足更高温度工作的需要。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种适合铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管的具有高热稳定性的AlGaN/GaN HEMT制造方法。
技术介绍
铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管作为第三代宽禁带化合物半导体器件具有输出功率大、工作频率高、耐高温等特点，适合毫米波及以下各个频段的大功率应用，这使得其成为近年来半导体微波功率器件研究的热点。输出功率方面，目前公开的小尺寸 AlGaN/GaN HEMT 的输出功率密度可达 30W/mm 以上(Wu et al.1EEE Electron DeviceLett.，Vol.25，N0.3，pp.117-119，2004.)，大尺寸器件单芯片连续波输出功率也已达到了 100W 以上(Nagy et al.1EEE MTT-S International Microwave Symposium Digest,pp.483-486, 2005.)，脉冲功率输出甚至达到了 368W (Therrien et al.1EEE IEDM Tech.Digest,pp.568- 571,2005.);工作频率方面，目前公开的AlGaN/GaN HEMT微波功率器件工作频率达到了 3mm 频段(M.Micovic et al., IEEE IMS Symp.Dig., pp.237-239,2006.)；耐高温特性方面，目前公开的AlGaN/GaN HEMT微波功率器件工作结温最高可达225°C(Donald A.Gajewski et al., 26th Annual JEDEC ROCS Workshop,pp.141-145,2011),远高于现有基于Si的BJT和LDMOS器件，也远高于GaAs pHEMT和HFET等器件。AlGaN/GaN HEMT器件的耐高温特性方面，一方面得益于于材料本身的耐高温特性，GaN材料的德拜温度高达700°C以上，远高于Si和GaAs材料，从而保证了器件在较高的温度下具有较低的背景载流子浓度，使得器件具有更高的可工作温度。当然仅仅具有良好的材料特性还是不够的，另外还需要器件中栅电极的热稳定性来保障，即在高温工作时，器件栅电极还能形成对沟道中载流子的有效控制。 目前AlGaN/GaN HEMT的栅电极形式主要有肖特基栅电极和金属-绝缘体-半导体(MIS)结构栅电极两种形式。肖特基栅电极形式中，栅电极金属与AlGaN/GaN HEMT器件的半导体层直接接触，金属与半导体形成肖特基整流接触，通过施加不同的栅压在栅电极上形成对器件沟道中载流子浓度的控制来实现器件的工作。AlGaN/GaN HEMT器件肖特基栅结构中，作为与器件半导体层形成肖特基整流接触的金属层目前最常用的是金属Ni，实验结果表明Ni与AlGaN/GaN HEMT器件形成的肖特基接触在400°C以下具有很好的热稳定性，但是当温度超过400°C时，由于Ni金属与AlGaN/GaN HEMT器件半导体层的反应或者是其他因素可引起肖特基势垒特性的退化，严重时还会导致器件失效。AlGaN/GaN HEMT器件栅电极的另外一种结构即金属-绝缘体-半导体结构中，器件栅金属电极下通过引入具有高击穿电场强度的绝缘层制成绝缘栅AlGaN/GaN HEMT，这样做的好处是栅金属与半导体不直接接触，不存在金属与半导体在高温下发生反应的危险。绝缘栅AlGaN/GaN HEMT中的绝缘层可由多种形式的材料担当，如Khan等人(Khan etal.Appl.Phys.Letters，Vol.77，ρ.1339，2000)公开了绝缘层为 SiO2 的绝缘栅 AlGaN/GaN ΗΕΜΤ，其中SiO2绝缘层采用PECVD淀积方法得到；Hu等人(Hu et al.Appl.Phys.Letters, Vol.79, p.2832，2000)则公开了绝缘层为氮化硅(SiN)的绝缘栅AlGaN/GaN HEMT,其中SiN绝缘层采用PECVD淀积方法得到；Ye等人(Ye et al.Appl.Phys.Letters,Vol.86，p.2832,2005)公开了绝缘层为采用原子层淀积技术制作的三氧化二铝(Al2O3)的绝缘栅 AlGaN/GaN HEMT。绝缘栅AlGaN/GaN HEMT器件中虽然避免了栅金属与半导体接触后在高温下发生反应的可能，但是AlGaN/GaN HEMT器件表面存在较高密度的表面态，这是引起AlGaN/GaNHEMT 器件电流崩塌的主要原因之一(R.Vetury et al.1EEE.Trans Electron Devices,Vol.48，N0.3，pp.560-566, 2001 )0 AlGaN/GaN HEMT半导体层上淀积一绝缘层后，半导体层表面的表面态将在半导体与绝缘体层之间势引入一个高密度的界面态，这会引起器件工作过程中阈值电压的飘移，同时引发其他可靠性问题，因此到目前为止AlGaN/GaN HEMT产品所采用的栅电极全部采用了肖特基栅的形式而不是绝缘栅的形式。鉴于绝缘栅结构AlGaN/GaN HEMT中存在的诸多问题，要想进一步提高AlGaN/GaNHEMT的热稳定性，只有对肖特基栅结构AlGaN/GaN HEMT中的肖特基接触金属层作出改进，以使得其与半导体层的热稳定性得到进一步的提升。GaAs pHEMT器件制造过程中，为提升器件的热稳定性，通常采用金属W作为器件的肖特基接触金属(F.Benkhelifa et al.GaAs Manufacturing Technology Conference, 2001.)。由于 W 的溶点高达 3410°C,相比金属Ni的熔点1453°C高得多，其与半导体发生反应的几率也将会得到大大降低，因此可以作为AlGaN/GaN HEMT的肖特基接触金属来进一步提升器件的热稳定性。W还可以通过与气体N2反应生成WN合金，WN合金在半导体制造工艺中最简单的实现方法是通过磁控溅射获取。通过溅射进行金属层淀积的原理是利用电离的Ar气体轰击金属靶源，将金属靶源中的原子轰击出来后淀积到半导体表面形成所需要的金属层，磁控的目的是为了增加有效的Ar离子源来达到加快淀积速率的目的。对于WN合金的获取可以在Ar气体中加入N2气体组分，在Ar气体电离的过程中N2气体也得到了电离，Ar其他轰击W靶源后产生的W原子与电离后的N2气体结合淀积在半导体表面就可以获得WN合金金属层。WN与W—样不易与AlGaN/GaN HEMT中的半导体层发生反应，同时实验表明，WN与AlGaN/GaN HEMT形成的 肖特基势垒高度比W与AlGaN/GaN HEMT形成的肖特基势垒高度来的更高。根据半导体理论，高的肖特基势垒高度有助于降低肖特基结的漏电流，从而有助于提高器件击穿电压等电特性。WN合金不利的一方面是相比W金属其更易与碱性化学物质发生反应，而在AlGaN/GaN HEMT制造过程中所用的显影液等化学物质具有较强的碱性，WN合金很可能在制造过程中受到显影液等化学物质的腐蚀，对制造的器件可靠性产生不利影响。因此需要专利技术一种方法，充分利用WN合金和W两种金属的优势，来获得高可靠、高热稳定性的AlGaN/GaN HEMT器件。
技术实现思路
本专利技术提供了一种采用适合铝镓氮化合物本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有高热稳定性的AlGaN/GaN?HEMT制造方法，其特征在于：在AlGaN/GaN?HEMT采用的外延材料的势垒层上淀积金属层作为器件源电极和漏电极，通过高温合金使得源电极和漏电极与半导体外延材料形成欧姆接触；源电极、漏电极以及势垒层的表面上淀积介质层；该介质层上涂覆光刻胶层并通过光刻的方法在器件源电极和漏电极之间的光刻胶层中定义一窗口；利用光刻胶层作为掩膜去除窗口中的介质层并去除光刻胶层得到介质层中通向势垒层表面的栅脚窗口；在介质层、栅脚窗口的侧壁以及栅脚窗口底部中势垒层的表面依次淀积WN金属层和W金属层得到势垒金属层；在势垒金属层上涂覆光刻胶层，通过光刻、显影在刻胶层中定义完全覆盖栅脚窗口的栅帽窗口；蒸发栅帽金属层到栅帽窗口的底部、侧壁以及光刻胶层的表面；剥离去除光刻胶层及其上的金属层，只留下窗口中的栅帽金属层；利用所述的栅帽金属层作为掩膜大面积刻蚀去除除前述留下的栅帽金属层下面的势垒金属层以外的势垒金属层。
【技术特征摘要】
1.一种具有高热稳定性的AlGaN/GaN HEMT制造方法，其特征在于:在AlGaN/GaN HEMT采用的外延材料的势垒层上淀积金属层作为器件源电极和漏电极，通过高温合金使得源电极和漏电极与半导体外延材料形成欧姆接触；源电极、漏电极以及势垒层的表面上淀积介质层；该介质层上涂覆光刻胶层并通过光刻的方法在器件源电极和漏电极之间的光刻胶层中定义一窗口 ；利用光刻胶层作为掩膜去除窗口中的介质层并去除光刻胶层得到介质层中通向势垒层表面的栅脚窗口 ；在介质层、栅脚窗口的侧壁以及栅脚窗口底部中势垒层的表面依次淀积WN金属层和W金属层得到势垒金属层；在势垒金属层上涂覆光刻胶层，通过光亥IJ、显影在刻胶层中定义完全覆盖栅脚窗口的栅帽窗口 ；蒸发栅帽金属层到栅帽窗口的底部、侧壁以及光刻胶层的表面；剥离去除光刻胶层及其上的金属层，只留下窗口中的栅帽金属层；利用所述的栅帽金属层作为掩膜大面积刻蚀去除除前述留下的栅帽金属层下面的势垒金属层以外的势垒金属层。2.根据权利要求1所述的一种具有高热稳定性的AlGaN/GaNHEMT制造方法，其特征在于介质层选择的材料包括SiN或SiO2,厚度为50nm-300nm。3.根据权利要求1所述的一种具有高热稳定性的AlGaN/GaNHEMT制造方法，其特征在利用光刻胶层作为掩膜去除窗口中的介质层的去除方法是采用干法...
【专利技术属性】
技术研发人员：任春江，陈堂胜，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十五研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。