一种GaN HEMT器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种GaN HEMT器件及其制备方法。该GaN HEMT器件包括N型帽层、第一钝化层、第一介质层；N型帽层、第一钝化层和第一介质层的中部贯通设有栅金属区；第二钝化层形成于栅金属区内并覆盖暴露于栅金属区内的N型帽层、第一钝化层和第一介质层的侧表面以及势垒层的部分上表面；第二介质层形成于栅金属区内并层叠于第二钝化层上；栅金属层覆盖形成于暴露于栅金属区内的势垒层的剩余上表面、第二钝化层及第二介质层上；第二钝化层和第二介质层叠置在栅金属层的两侧。采用N型帽层来降低源漏的寄生电阻，采用侧墙工艺制作叠置在栅金属层两侧的第二钝化层及第二介质层，来缩小栅长尺寸和降低寄生电容，从而获得具有优异射频特性的GaN HEMT器件。

A GaN HEMT device and its preparation method

The invention discloses a GaN HEMT device and a preparation method thereof. The GaN HEMT device comprises a N-type cap layer, a first passivation layer and a first dielectric layer; a gate metal region is penetrated through the middle of the N-type cap layer, a first passivation layer and a first dielectric layer; a second passivation layer is formed in the gate metal region and is covered with a N-type cap layer, a first passivation layer and a side surface of the first dielectric layer exposed to the gate metal region, and a potential. Part of the upper surface of the barrier layer; the second dielectric layer is formed in the gate metal region and superimposed on the second passivation layer; the gate metal layer is covered on the remaining upper surface, the second passivation layer and the second dielectric layer of the barrier layer exposed to the gate metal region; and the second passivation layer and the second dielectric layer are superimposed on both sides of the gate metal layer. The second passivation layer and the second dielectric layer overlapped on both sides of the gate metal layer are fabricated by the side wall process to reduce the gate length and parasitic capacitance, and GaN HEMT devices with excellent RF characteristics are obtained.

【技术实现步骤摘要】
一种GaNHEMT器件及其制备方法
本专利技术属于半导体器件领域，具体涉及一种GaNHEMT器件及其制备方法。
技术介绍
GaN材料及器件的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点。GaN材料与SiC和金刚石材料一起被誉为第三代半导体材料。GaN材料具有禁带宽度宽、临界击穿电场高、电子饱和速度高、热导率高、异质结界面二维电子气浓度高等优点，是下一代功率和射频器件的理想替代品。传统的GaNHEMT器件采用非掺杂的势垒层结构，造成源漏寄生电阻比较大，严重限制了GaNHEMT器件的高频特性，为了提高器件的射频性能，一种方式是采用源漏再生长外延的技术形成N型重掺杂的外延层，器件和外延相结合的技术无疑会增加器件的制备工艺的复杂性，不利于大批量生产。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决上述现有技术中存在的不足和问题，提出了一种GaNHEMT器件及其制备方法，该GaNHEMT器件具有优异的射频特性。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种GaNHEMT器件，包括自下至上依次层叠的衬底、缓冲层、沟道层、势垒层、N型帽层以及源漏金属层，所述N型帽层上层叠设置有第一钝化层，所述第一钝化层上层叠设置有第一介质层，所述第一钝化层和所述第一介质层位于所述源漏金属层之间并与所述源漏金属层相接；所述N型帽层、所述第一钝化层和所述第一介质层的中部贯通设有栅金属区；所述GaNHEMT器件还包括第二钝化层、第二介质层及栅金属层；所述第二钝化层形成于所述栅金属区内并覆盖暴露于所述栅金属区内的所述N型帽层、所述第一钝化层和所述第一介质层的侧表面以及所述势垒层的部分上表面；所述第二介质层形成于所述栅金属区内并层叠于所述第二钝化层上；所述栅金属层覆盖形成于所述暴露于所述栅金属区内的所述势垒层的剩余上表面、所述第二钝化层及所述第二介质层上；所述第二钝化层和所述第二介质层叠置在所述栅金属层的两侧，使得所述栅金属层上部的宽度大于所述栅金属层下部的宽度。在一实施例中，所述第二介质层的与所述栅金属层相接的侧表面为斜面或弧形曲面以使所述栅金属层的所述下部的宽度自上至下逐渐减小。在一实施例中，所述第二介质层的顶端与所述第一介质层的上表面持平。在一实施例中，位于所述栅金属层任一侧的所述第二钝化层的沿竖直方向的截面的形状为L形，所述第二钝化层包括与所述势垒层上表面相接的水平边部及与所述N型帽层、所述第一钝化层、所述第一介质层侧表面相接的竖直边部。在一实施例中，所述水平边部下表面的宽度在3埃米-1微米之间，位于所述栅金属层相对两侧的所述第二钝化层的所述水平边部的下表面的间距在10纳米-1微米之间，所述水平边部的厚度在3埃米-100纳米之间，所述竖直边部的宽度在3埃米-100纳米之间，所述竖直边部的厚度为所述N型帽层、所述第一钝化层、所述第一介质层的厚度之和，所述竖直边部的宽度和所述水平边部的厚度相同。在一实施例中，所述第一钝化层为氮化硅、二氧化硅、铝氧氮、氮化铝中的一种或多种叠层，所述第一介质层为氮化硅或二氧化硅或二者的叠层，位于所述源漏金属层和所述第二钝化层之间的第一钝化层和第一介质层的宽度在10纳米-3微米之间，所述第一钝化层的厚度在3埃-30纳米之间；和/或，所述第二钝化层为氮化硅、铝氧氮、氮化铝中的一种或多种的叠层，所述第二介质层为二氧化硅；在一实施例中，所述N型帽层为N型掺杂的AlGaN、AlInN、AlScN、AlN、GaN、AlInGaN、AlInScN和AlGaScN中的一种或多种的叠层，掺杂浓度在1×1018-3×1020cm-3之间，掺杂元素为Si和/或Ge，所述N型帽层厚度为10-300纳米之间。本专利技术还采用如下技术方案：一种所述的GaNHEMT器件的制备方法，包括如下步骤：S1、在衬底上依次外延形成缓冲层、沟道层、势垒层及N型帽层；S2、在N型帽层上依次沉积第一钝化层和第一介质层，选择性去除部分第一钝化层、部分第一介质层和部分N型帽层，从而形成贯通第一介质层、第一钝化层和N型帽层的中部的栅金属区；S3、依次沉积第二钝化层和第二介质层，对第二钝化层和第二介质层进行刻蚀以使位于栅金属区内的势垒层上表面的中部暴露出；S4、在暴露出的N型帽层的上表面上以及第二钝化层和第二介质上形成栅金属层；S5、选择性去除部分第一钝化层和部分第一介质层的材料层以暴露出N型帽层的上表面，在暴露出的N型帽层的上表面上形成源漏金属层。在一实施例中，步骤S2中，采用光刻胶进行掩膜，匀胶、光刻、显影后，采用电感耦合等离子体刻蚀工艺来刻蚀第一钝化层和第一介质层；采用高温电感耦合等离子体刻蚀工艺来刻蚀N型帽层，衬底温度为120摄氏度-400摄氏度之间，采用Cl2、BCl3、SF6、CF4、Ar中的一种或多种的混合气体作为刻蚀气体；去除光刻胶以后，对样品进行退火，退火温度在300摄氏度-900摄氏度之间，退火时间在10秒-30分钟之间，去除刻蚀损伤；刻蚀完成后第一钝化层、第一介质层和N型帽层叠层的侧壁与势垒层的上表面的夹角在80度-95度之间。在一实施例中，步骤S3中，采用电感耦合等离子体刻蚀工艺刻蚀工艺形成第二钝化层和第二介质层，形成侧墙；刻蚀完成后，对样品进行退火，退火温度在300摄氏度-900摄氏度之间，退火时间在10秒-30分钟之间，去除刻蚀损伤。本专利技术采用以上方案，相比现有技术具有如下优点：采用N型帽层来降低GaNHEMT器件的源漏的寄生电阻，采用侧墙工艺制作叠置在栅金属层两侧的第二钝化层及第二介质层，来缩小栅长尺寸和降低寄生电容，并形成自对准源漏，从而实现具有优异射频特性的GaNHEMT器件，具有重要的研究价值和广阔的应用前景。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术所提供的一种GaNHEMT器件的结构示意图；图2为在衬底上外延N型帽层后的结构示意图；图3为沉积完第一钝化层和所述第一介质层的结构示意图；图4为刻蚀形成栅金属区的结构示意图；图5为形成第二钝化层和所第二介质层后的结构示意图；图6为形成栅金属层后的结构示意图。其中：1-衬底；2-缓冲层；3-GaN沟道层；4-势垒层；5-N型帽层；6-第一钝化层；7-第一介质层；8-第二钝化层；9-第二介质层；10-栅金属层；11-源漏金属层；12-栅金属区。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。本专利技术对方位的定义是根据本领域人员的惯常观察视角和为了叙述方便而定义的，不限定具体的方向。本专利技术中述及的上、下等方位词是根据本领域技术人员对HEMT器件的惯常观察视角及为了方便叙述而定义的，不限定具体的方向，以图1为例，上、下分别对应于图1中纸面的上侧、下侧。实施例1本实施例提供一种GaNHEMT器件。参照图1所示，所述GaNHEMT器件包括衬底1、缓冲层2、GaN沟道层3、势垒层4、N型帽层5、第一钝化层6、第一介质层7、第二钝化层8、第二介质层9、栅金属层10及源漏金属层11。其中，所述缓冲层2叠置在所述衬底1之上；所述GaN沟道层3叠置在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GaN HEMT器件，包括自下至上依次层叠的衬底、缓冲层、沟道层、势垒层、N型帽层以及源漏金属层，所述N型帽层上层叠设置有第一钝化层，所述第一钝化层上层叠设置有第一介质层，所述第一钝化层和所述第一介质层位于所述源漏金属层之间并与所述源漏金属层相接；其特征在于：所述N型帽层、所述第一钝化层和所述第一介质层的中部贯通设有栅金属区；所述GaN HEMT器件还包括第二钝化层、第二介质层及栅金属层；所述第二钝化层形成于所述栅金属区内并覆盖暴露于所述栅金属区内的所述N型帽层、所述第一钝化层和所述第一介质层的侧表面以及所述势垒层的部分上表面；所述第二介质层形成于所述栅金属区内并层叠于所述第二钝化层上；所述栅金属层覆盖形成于所述暴露于所述栅金属区内的所述势垒层的剩余上表面、所述第二钝化层及所述第二介质层上；所述第二钝化层和所述第二介质层叠置在所述栅金属层的两侧，使得所述栅金属层上部的宽度大于所述栅金属层下部的宽度。

【技术特征摘要】
1.一种GaNHEMT器件，包括自下至上依次层叠的衬底、缓冲层、沟道层、势垒层、N型帽层以及源漏金属层，所述N型帽层上层叠设置有第一钝化层，所述第一钝化层上层叠设置有第一介质层，所述第一钝化层和所述第一介质层位于所述源漏金属层之间并与所述源漏金属层相接；其特征在于：所述N型帽层、所述第一钝化层和所述第一介质层的中部贯通设有栅金属区；所述GaNHEMT器件还包括第二钝化层、第二介质层及栅金属层；所述第二钝化层形成于所述栅金属区内并覆盖暴露于所述栅金属区内的所述N型帽层、所述第一钝化层和所述第一介质层的侧表面以及所述势垒层的部分上表面；所述第二介质层形成于所述栅金属区内并层叠于所述第二钝化层上；所述栅金属层覆盖形成于所述暴露于所述栅金属区内的所述势垒层的剩余上表面、所述第二钝化层及所述第二介质层上；所述第二钝化层和所述第二介质层叠置在所述栅金属层的两侧，使得所述栅金属层上部的宽度大于所述栅金属层下部的宽度。2.根据权利要求1所述的GaNHEMT器件，其特征在于：所述第二介质层的与所述栅金属层相接的侧表面为斜面或弧形曲面以使所述栅金属层的所述下部的宽度自上至下逐渐减小。3.根据权利要求2所述的GaNHEMT器件，其特征在于：所述第二介质层的顶端与所述第一介质层的上表面持平。4.根据权利要求1所述的GaNHEMT器件，其特征在于：位于所述栅金属层任一侧的所述第二钝化层的沿竖直方向的截面的形状为L形，所述第二钝化层包括与所述势垒层上表面相接的水平边部及与所述N型帽层、所述第一钝化层、所述第一介质层侧表面相接的竖直边部。5.根据权利要求4所述的GaNHEMT器件，其特征在于：所述水平边部下表面的宽度在3埃米-1微米之间，位于所述栅金属层相对两侧的所述第二钝化层的所述水平边部的下表面的间距在10纳米-1微米之间，所述水平边部的厚度在3埃米-100纳米之间，所述竖直边部的宽度在3埃米-100纳米之间，所述竖直边部的厚度为所述N型帽层、所述第一钝化层、所述第一介质层的厚度之和，，所述竖直边部的宽度和所述水平边部的厚度相同。6.根据权利要求1所述的GaNHEMT器件，其特征在于：所述第一钝化层为氮化硅、二氧化硅、铝氧氮、氮化铝中的一种或多种叠层，所述第一介质层为氮化硅或二氧化硅或二者的叠层，位于所述源漏金属层和所述第二钝化层之间的第一钝化层和...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洪刚，孙兵，常虎东，
申请(专利权)人：苏州闻颂智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32