基于实时监控开栅结构参数的阈值电压可控型GaN基增强型器件的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于实时监控开栅结构参数的阈值电压可控型GaN基增强型器件的制备方法，主要解决现有技术不能精确控制阈值电压的问题。其制作过程包括：在衬底基片上，自下而上依次生长GaN缓冲层、AlN插入层、AlGaN势垒层和GaN帽层；在GaN帽层上制作源、漏电极；根据阈值电压的设计要求计算出势垒层剩余厚度和开栅结构的导通电阻；根据计算出的理论值，在源、漏电极之间的AlGaN势垒层上制作相应深度的凹槽；将样品在N2气氛中进行快速热退火；在凹槽上方制作栅电极；在源、漏电极上方制作金属互联，完成器件制作。本发明专利技术能够根据实际需求来制备具有特定的阈值电压的器件，可用于高频大功率的集成电路中。

Fabrication method of threshold voltage controllable GaN based enhancement device based on real time monitoring gate structure parameters

The invention discloses a method for preparing a threshold voltage controllable GaN based enhancement device based on the real-time monitoring of the gate structure parameters, which mainly solves the problem that the threshold voltage can not be accurately controlled by the existing technology. The production process includes: in the substrate, followed by bottom-up growth of GaN buffer layer, AlN insertion layer, AlGaN barrier layer and GaN cap layer; making the source and drain electrodes in the GaN cap layer; according to the design requirement of the threshold voltage to calculate the residual thickness of barrier layer and gate structure on resistance according to the calculation; the theory of value, making the corresponding depth of groove AlGaN barrier layer between the source and drain electrodes on the sample; rapid thermal annealing in N2 atmosphere; in the upper part of the groove making the gate electrode; in the source and drain electrode over metal interconnection, complete production device. The device can prepare devices with a certain threshold voltage according to actual requirements, and can be used in high frequency and high power integrated circuits.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体器件
，具体地说是一种通过实时监控开栅结构的各项参数来制备可控阈值电压的GaN基增强型器件的方法，可用于高频大功率的集成电路中，如微波功率放大器和高温数字电路等。
技术介绍
以GaN和SiC为代表的第三代宽禁带半导体具有禁带宽度大、电子迁移率高、饱和速度大、击穿场强大、热导率高、抗辐射性能好等优点，已成为半导体领域研究的热点。GaN基高电子迁移率晶体管HEMT越来越多地应用在高频高温大功率微波电路的设计中，如有源相控阵雷达、移动通讯、智能电网等。由于材料本身具有较强的自发极化和压电极化效应，AlGaN/GaN材料界面处会存在高浓度的二维电子气2DEG。因此GaN基器件一般为耗尽型器件，即阈值电压一般在0V以下。通过技术手段实现增强型器件则可以降低电路功耗和设计的复杂度。具有凹槽栅结构的高电子迁移率晶体管可以很好地加强器件中栅对沟道的控制能力，这为实现增强型器件奠定了基础。2013年，徐哲等人利用自停止刻蚀技术制作了常关型AlGaN/GaNMOSFET。器件采用Al2O3作为栅介质层。该器件的阈值电压达到了3.2V，最大电流超过了200mA/mm，同时比常规本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于实时监控开栅结构参数的阈值电压可控型GaN基增强型器件制备方法，包括如下步骤：1)在衬底基片上，利用金属有机化学气相沉积MOCVD技术自下而上依次生长GaN缓冲层、AlN插入层、AlGaN势垒层和GaN帽层；2)在GaN帽层上光刻出有源区，利用反应离子刻蚀RIE设备刻蚀非有源区的台面；3)在有源区上光刻出源端和漏端的电极区域，利用电子束蒸发和快速热退火技术，在源端和漏端形成欧姆接触；4)在完成欧姆接触的样品表面利用等离子体增强化学气相沉积PECVD技术淀积钝化层；5)在钝化层上涂抹光刻胶，并光刻出凹槽栅区域；6)利用反应离子刻蚀RIE技术刻蚀凹槽栅区域的钝化层；7)利用RIE技术，采用...

【技术特征摘要】
1.一种基于实时监控开栅结构参数的阈值电压可控型GaN基增强型器件制备方法，包括如下步骤：1)在衬底基片上，利用金属有机化学气相沉积MOCVD技术自下而上依次生长GaN缓冲层、AlN插入层、AlGaN势垒层和GaN帽层；2)在GaN帽层上光刻出有源区，利用反应离子刻蚀RIE设备刻蚀非有源区的台面；3)在有源区上光刻出源端和漏端的电极区域，利用电子束蒸发和快速热退火技术，在源端和漏端形成欧姆接触；4)在完成欧姆接触的样品表面利用等离子体增强化学气相沉积PECVD技术淀积钝化层；5)在钝化层上涂抹光刻胶，并光刻出凹槽栅区域；6)利用反应离子刻蚀RIE技术刻蚀凹槽栅区域的钝化层；7)利用RIE技术，采用氯基等离子体刻蚀凹槽栅区域下方的AlGaN势垒层，制作深度为0-25nm的凹槽，形成开栅结构；8)根据势垒层的剩余厚度预判阈值电压的范围；8a)根据关系式：计算出势垒层剩余厚度tRB的范围，其中ε为AlGaN势垒层的介电常数，σpz为势垒层和缓冲层界面处的极化电荷面密度，为金属与半导体接触的肖特基势垒高度；8b)将上述关系式中的记为tCRB，并将其与tRB进行比较：若tRB≤tCRB，执行步骤9)；否则，返回步骤7)；9)根据开栅结构的导通电阻预判阈值电压的范围；9a)根据关系式计算出开栅结构导通电阻RON的范围，其中Lg为器件设计的栅长，μch为沟道的电子迁移率，σpz为势垒层和缓冲层界面处的极化电荷面密度，tCR为形成二维电子气所需的势垒层最小厚度；9b)将上述关系式中的记为RCR，并将其与RON进行比较：若RON≥RCR，去除钝化层上剩余的光刻胶并执行步骤10)；否则，返回步骤7)。10)将完成凹槽刻蚀的样品在N2气氛中进行快速热退火，以此对凹槽进行等离子体修复，使器件的阈值电压更为精确，且能抑制阈值电压的负向漂移；11)在凹槽栅区域，利用电子束蒸发技术，淀积栅极金属，制作栅极；12)在完成栅极制作的样品表面利用PECVD技术淀积保护层，并光刻出器件的金属互联开孔区域，利用RIE技术依次刻蚀掉互联开孔区域的保护层和钝化层；13)在金属互联开孔区域，利用电子束蒸发工...

【专利技术属性】
技术研发人员：马晓华，侯斌，季子路，朱青，祝杰杰，杨凌，郝跃，
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