本发明专利技术属于半导体材料技术领域，具体的说是涉及一种调制Ⅲ族氮化物半导体增强型器件阈值电压的方法。本发明专利技术的方法，主要步骤为：在Ⅲ族氮化物半导体材料上淀积栅氧化层介质后，进行有机清洗；将清洗后的Ⅲ族氮化物半导体材料置于快速退火炉中进行退火，用以降低栅氧化层和Ⅲ族氮化物半导体材料界面的正电荷。相较于不进行退火处理的器件，Ⅲ族氮化物半导体材料与栅氧化层的界面正电荷浓度显著降低80％,器件的阈值电压从0.8V提高到了7.5V，显著增强了器件的栅对器件的控制；另外器件在开启后栅压再提高4V后的导通电流从220mA/mm提高到了300mA/mm。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体材料
，具体的说是设及一种调制III族氮化物半导体增 强型器件阔值电压的方法。
技术介绍
III族氮化物（III-Nitride)半导体材料，因其优异的宽禁带特性，成为近年来国 际半导体领域持续研究的热点。作为III族氮化物的氮化嫁（GaN)材料具有很多优良的特 性：高临界击穿电场（~3. 5Xl〇6v/cm)、高电子迁移率（~2000cm2/V?S)、高二维电子气 (2DEG)浓度（~10"cm2)和高抗福射能力等。基于AlGaN/GaN异质结的高电子迁移率晶 体管（或异质结场效应晶体管HFET、调制渗杂场效应晶体管M0DFET，W下统称为HEMT)，具 有高反向阻断电压、低正向导通电阻、高工作频率、高效率等特性，可W在功率处理系统中 满足更大功率、更高频率、更小体积、更低功耗和更恶劣工作环境的要求，针对运方面的应 用正在广泛开展。 在电子电力器件领域，具有正阔值电压的器件（即增强型器件）由于其在关断状 态下较低的漏电损耗和高dv/dt、diMt情况下良好的失效保护能力，发挥着极其重要的作 用。若用耗尽型器件来代替增强型器件，单单是驱动电路的设计就要复杂得多，运不仅会 增大电路设计难度，更严重的是带来了较高的关态损耗，而且在高压高功率应用中的高dv/ dt、di/化情况下电路的失效保护能力非常脆弱，运大大影响着电路的安全性、易控性和节 能性。GaN肥MT器件由于具有非常优异的导通能力，成为了电子电子器件领域研究的一大 热点。其高电子迁移率得益于异质结压电极化和自发极化产生的高浓度二维电子气，在未 采用改变异质结结构或其他方法的情况下，该二维电子气是一直存在的，使得器件一直导 通成为耗尽型器件。在目前的国内外研究中虽然已有部分方法，例如对栅下势垒层进行刻 蚀、氣离子注入、淀积P型渗杂的GaN介质层等，能使GaN肥MT器件成为增强型器件，但器件 的阔值电压仍旧较低，无法满足某些实际应用的需求，例如电动汽车中的高阔值开关器件、 变电站等高压高功率等应用需要能安全工作在高dv/dt、diMt情况下的增强型器件。目 前，无论是商用化产品还是国内外研究，针对阔值电压超过5V的增强型GaN器件的报道都 很少，制造高阔值电压的GaN增强型器件已经成为了制约其广泛应用的技术瓶颈之一。 在GaNHEMT增强型器件的研究和生产中，往往会在栅金属和半导体材料中间加入 一层栅介质，运样制造的器件具有更高的阔值电压和更低的栅极漏电。但是通过传统的方 法制造的器件在栅介质和半导体材料之间会存在较多界面固定正电荷，运些固定正电荷一 方面会降低器件的阔值电压，另一方面在器件的开启关断中充放电造成器件工作不稳定， 第=是对沟道中的电子造成了散射，降低了电子迁移率。而本专利所述方法可W有效降低 栅介质和半导体材料之间的正电荷密度，不仅可W大大提高GaNHEMT器件的阔值电压，减 小回滞，而且具有很低的导通电阻，因此对于拓展GaNHEMT的运用范围具有十分重要的意 义。 阳0化]因此，针对上述技术问题，有必要提供一种III族氮化物半导体增强型器件阔值电 压的调制技术，来获得具有较高阔值电压和低导通电阻的GaN增强型器件。
技术实现思路
本专利技术所要解决的，就是针对上述问题，提出一种III族氮化物半导体增强型器件 阔值电压的调制方法，在不损失其导通电流、不增大其导通电阻的基础上进一步提高器件 的阔值电压，增强其性能。 本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是： 一种调制III族氮化物半导体增强型器件阔值电压的方法，其特征在于，包括W下 步骤： a.在III族氮化物半导体材料上淀积栅氧化层介质后，进行有机清洗； b.将清洗后的III族氮化物半导体材料置于快速退火炉中进行退火，用W降低栅氧 化层和III族氮化物半导体材料界面的正电荷。 进一步的，步骤b中所述退火的气体氛围为纯氮气或氨气/氮气混合气体。 进一步的，步骤b中所述退火的溫度为200~500°C，时间为1~15分钟。 进一步的，所述III族氮化物半导体材料至少包括GaN、A1N、AlGaN、InAlN、InGaN和 AlInfeiN。 进一步的，所述III族氮化物半导体材料为GaN，所述步骤b中退火的气体氛围为纯 氮气，则： 将GaN材料置于快速退火炉中进行退火时，使GaN和栅介质之间的界面中的Ga-O 键恢复为Ga-N键，同时界面处的氮原子空位也会在退火的过程中补全，从而降低栅介质和 III族氮化物半导体材料界面的正电荷浓度。 进一步的，对III族氮化物半导体材料进行清洗时，先顺序采用丙酬和乙醇（或异 丙醇）超声清洗，然后用去离子水清洗，最后用氮气吹干。丙酬和乙醇（或异丙醇）超声清 洗时，采用纯度为99 %~100 %的MOS级丙酬，丙酬溫度为20~85°C，丙酬超声清洗时间 为1~15分钟；采用纯度为99 %~100 %的MOS级乙醇，乙醇溫度为20~78°C，乙醇超声 清洗时间为1~15分钟；采用纯度为99%~100%的MOS级异丙醇，异丙醇溫度为20~ 82°C，异丙醇超声清洗时间为1~15分钟。 经上述技术方案进行处理后，再经过淀积栅金属等后续步骤制造成增强型器件， 可测试器件的转移特性曲线、CV曲线等进行验证。 在采用III族氮化物半导体材料制作半导体器件的传统工艺中，用原子层淀积 (ALD)方法淀积了栅氧化层的材料界面处存在较多正电荷，运是因为在III族氮化物半导体 材料表面生长栅氧化层的时候，由于O-N键的结合能更小，Ga-N键中的氮原子更容易与栅 氧化层原料中的氧原子结合，因此形成了氮原子的空位，运些空位带正电；结合后的(V，相 当于n型渗杂，体现出了正电荷的性质；部分空位又被氧原子所填充，形成Ga-O键。另一方 面，在栅槽刻蚀的时候也会让材料表面产生氮原子空位，表现出正电荷的特性。运两方面的 正电荷吸引了沟道中的电子，增大了二维电子气的浓度，降低了器件的阔值电压。在氮气氛 围中进行热退火时，可W使III族氮化物半导体材料和栅氧化层之间的界面中的Ga-O键逐 渐恢复为Ga-N键，另一方面界面处的氮原子空位也会在退火的过程中补全，从而减小了界 面的正电荷，使得沟道中的二维电子气能够被完全耗尽，最终提高了器件的阔值电压。 本专利技术的有益效果为： 本专利技术采用氮气氛围的快速热退火对淀积了栅氧化层的III族氮化物半导体材料 进行处理，经过处理后，III族氮化物半导体材料与栅氧化层的界面正电荷浓度显著降低 80%，器件的阔值电压从0.8V提高到了 7. 5V，显著增强了器件的栅对器件的控制；另外器 件在开启后栅压再提高4V后的导通电流从220mA/mm提高到了 300mA/mm。使得增强型GaN 肥MT器件在电力电子应用领域中大大提高了器件自身的失效保护能力，另外也降低了GaN HEMT器件栅驱动电路的设计难度，因此具有更大的实际应用价值。【附图说明】 图1为实施例中没有退火的凹槽栅III族氮化物半导体增强型器件的结构示意图 图2为实施例中经过退火的凹槽栅III族氮化物半导体增强型器件的结构示意图。[002引图3为实施例中没有退火的器件的测试的转移特性曲线。为栅极电压，ID为漏 极电流，Vds为漏极电压，V?为线性坐标下的阔值电压，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种调制Ⅲ族氮化物半导体增强型器件阈值电压的方法，其特征在于，包括以下步骤：a.在Ⅲ族氮化物半导体材料上淀积栅氧化层介质后，进行有机清洗；b.将清洗后的Ⅲ族氮化物半导体材料置于快速退火炉中进行退火，用以降低栅氧化层和Ⅲ族氮化物半导体材料界面的正电荷。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周琦，胡官昊，靳旸，陈博文，王泽恒，刘丽，陈万军，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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