基于负电容介质的GaN基凹槽绝缘栅增强型高电子迁移率晶体管制造技术

本发明专利技术公开了一种基于负电容介质的GaN基凹槽绝缘栅增强型高电子迁移率晶体管的制作方法，主要解决现有同类器件可靠性差的问题。其自下而上包括衬底、AlN成核层、GaN缓冲层、AlN插入层、AlGaN势垒层、GaN帽层和SiN钝化层，GaN缓冲层的两端设有源电极和漏电极，SiN钝化层中设有凹型结构，凹型结构的内壁及SiN钝化层表面设有栅介质层，该栅介质层的凹型结构上设有栅电极，在栅电极下面设有凹槽，该凹槽采用HfZrO负电容材料，栅电极和钝化层表面上的栅介质层上覆盖有SiN保护层，本发明专利技术提高了器件的可靠性，减小了增强型器件的栅漏电，可用于作为需要较大阈值电压的开关器件。

GaN based groove insulated gate enhancement type high electron mobility transistor based on negative capacitance medium

The invention discloses a manufacturing method of an GaN based groove insulated gate enhancement type high electron mobility transistor based on a negative capacitance medium, which mainly solves the problem of poor reliability of the existing similar devices. The utility model comprises a substrate, AlN nucleation layer and GaN buffer layer, AlN layer, AlGaN is inserted into the barrier layer, GaN cap layer and SiN passivation layer, both ends of the GaN buffer layer with an active electrode and a drain electrode, a concave structure with SiN passivation layer, the inner wall of the concave structure and SiN passivation layer arranged on the surface of the gate dielectric the concave structure layer, the gate dielectric layer is arranged on the gate electrode, a gate electrode is provided with a groove in the groove below, using HfZrO negative capacitance material, a gate electrode and a passivation layer on the surface of the gate dielectric layer is covered with a protective layer of SiN, the invention improves the reliability of the device, reduce the gate leakage enhancement device that can be used as a switching device requires a large threshold voltage.

【技术实现步骤摘要】
基于负电容介质的GaN基凹槽绝缘栅增强型高电子迁移率晶体管
本专利技术属于微电子
，具体说是一种凹槽栅MIS增强型场效应晶体管，可用于作为需要较大阈值电压的开关器件。
技术介绍
GaN具有大的禁带宽度、高的临界场强、高热导率、高载流子饱和速率等特点，在高温高频以及微波功率器件方面有广泛的应用。而AlGaN/GaN异质结构中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。由于较高的二维电子气密度，AlGaN/GaN通常都是耗尽型器件，表现出常开的特性。而从简化电路设计以及安全的角度考虑，增强型器件具有更好的潜力。作为功率开关的应用，增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管HEMT器件也备受关注，因而增强型AlGaN/GaNHEMT的研制具有很高的价值。目前，国内外对增强型AlGaN/GaNHEMT都有许多的研究和报道，这些报道中主要采用了以下几种技术来实现增强型AlGaN/GaNHEMT:1.槽栅技术。这项技术在传统的耗尽型AlGaN/GaNHEMT器件结构的基础上做了改进。即在做完欧姆接触之后，并没有直接用电子束蒸发形成栅极。而是在栅极区域通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于负电容介质的GaN基凹槽绝缘栅增强型高电子迁移率晶体管，自下而上包括衬底(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)和SiN钝化层(7)，GaN缓冲层(3)上的两端设有源电极(10)和漏电极(11)，源电极(10)和漏电极(11)上设有金属互联层(13)，SiN钝化层(7)中设有凹型结构，凹型结构的内壁及SiN钝化层(7)表面设有栅介质层(8)，该栅介质层的凹型结构上设有栅电极(12)，栅电极(12)和钝化层(7)表面上的栅介质层(8)上覆盖有SiN保护层(9)，其特征在于：栅电极(12)的下方设有深度至AlN插入层(4)的一...

【技术特征摘要】
1.基于负电容介质的GaN基凹槽绝缘栅增强型高电子迁移率晶体管，自下而上包括衬底(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)和SiN钝化层(7)，GaN缓冲层(3)上的两端设有源电极(10)和漏电极(11)，源电极(10)和漏电极(11)上设有金属互联层(13)，SiN钝化层(7)中设有凹型结构，凹型结构的内壁及SiN钝化层(7)表面设有栅介质层(8)，该栅介质层的凹型结构上设有栅电极(12)，栅电极(12)和钝化层(7)表面上的栅介质层(8)上覆盖有SiN保护层(9)，其特征在于：栅电极(12)的下方设有深度至AlN插入层(4)的一个凹槽(14)，以形成阈值电压更正的增强型器件。2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于SiN钝化层(7)的厚度为60nm～80nm。3.根据权利要求1所述的器件，其特征在于AlGaN势垒层(5)中的凹槽(14)，其深度为15nm～23nm。4.一种基于负电容介质的GaN基凹槽绝缘栅增强型高电子迁移率晶体管的制作方法，其步骤包括如下：1)选用已形成衬底(1)、AlN成核层(2)、GaN缓冲层(3)、AlN插入层(4)、AlGaN势垒层(5)和GaN帽层(6)的外延基片；2)在外延基片的GaN缓冲层(3)的两端制作源电极(10)和漏电极(11)；3)在外延基片的GaN帽层(6)上光刻有源区的电隔离区域，利用感应耦合等离子刻蚀ICP工艺或离子注入工艺制作器件有源区的电隔离；4)在源电极(10)、漏电极(11)和有源区的GaN帽层(6)上，利用等离子增强化学气相沉积PECVD工艺生长SiN钝化层(7)；5)在SiN钝化层(7)上光刻栅槽区域，并利用ICP工艺对该栅槽区域内的SiN钝化层(7)、GaN帽层(6)和AlGaN势垒层(5)进行刻蚀，刻蚀深度至AlN插入层(4)；6)在栅槽区域的GaN帽层(6)和栅槽区域以外的SiN钝化层(7)上，利用原子层沉积ALD工艺制备栅介质层(8)；7)在栅介质层(8)上光刻栅电极区域，并利用电子束蒸发工艺制作栅电极(12)；8)在栅电极(12)和栅电极区域以外的SiN钝化层(7)上，利用PECVD工艺生长SiN保护层(9)；9)在SiN保护层(9)上光刻金属互联开孔区，并利用ICP工艺依次刻蚀掉互联开孔区的SiN保护层(9)、栅介质层(8)和SiN钝化层(7)；10)在金属互...

【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