一种氧化镓高电子迁移率异质结晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化镓高电子迁移率异质结晶体管及其制备方法，制备方法包括：在氧化镓外延片的上表面全片形成第一钝化层；去除源区和漏区的第一钝化层；形成源区和漏区的第一金属层，退火处理，形成源极和漏极；无源区形成重掺杂区；全片形成第二钝化层；去除栅区的第二钝化层；形成栅区的第二金属层，退火处理，形成栅极；全片形成第三钝化层；在第三钝化层的上表面形成场板；全片形成第四钝化层；去除源极、漏极、栅极区域的第四钝化层；在源极正下方形成背孔；氧化镓外延片的下表面形成第四金属层，形成背金层。本发明专利技术的制备方法所制备的氧化镓器件具有更加快速的开关特性、优良的频率特性、高效的输出特性、超高压击穿特性的优势。

A high electron mobility heterostructure tube of gallium oxide and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种氧化镓高电子迁移率异质结晶体管及其制备方法
本专利技术涉及半导体器件制造领域，具体而言，涉及一种氧化镓高电子迁移率异质结晶体管及其制备方法。
技术介绍
氧化镓是一种新型宽禁带半导体材料，其存在五种同分异构体，分别是α型、β型、γ型、δ型和ε型，其中β型的氧化镓热力学稳定性最好，并已得到广泛研究。氧化镓具有超宽禁带宽度4.6～4.9eV，其理论击穿电场达到8MV/cm，比碳化硅、氮化镓的击穿电场大3倍。由于氧化镓的材料性质，其具备制作高耐压、大功率、低损耗功率器件及深紫外光电器件的能力,可以很好的弥补现有硅、砷化镓、氮化镓、碳化硅等半导体材料的不足。氧化镓的高电子迁移率异质结晶体管(HEMT)不同于基于p-n扩散原理工作的晶体管，其工作原理基于肖特基势垒特性，工作中的电流是由多数载流子通过热电子发射越过内建电势差形成，而p-n结的电流是由少数载流子的扩散运动所决定。工作原理上的差异造成了高电子迁移率异质结晶体管器件在开启和关闭状态间切换时，不存在像p-n结中发生的少数载流子的存储效应，器件具有快速的开关特性，适用于高频微波器件。高电子迁移率异质结晶体管的多子来自于氧化镓异质结沟道中，其沟道具有比较高的二维电子气(2DEG)密度、高电子迁移率、高跨导、高截止频率、高电流密度。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种氧化镓高电子迁移率异质结晶体管及其制备方法，所制备的氧化镓器件基于异质结肖特基势垒特性，具有更加快速的开关特性、优良的频率特性、高效的输出特性、超高压击穿特性的优势。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种氧化镓高电子迁移率异质结晶体管的制备方法，包括以下步骤：(1)在氧化镓外延片的上表面定义源区、栅区、漏区的区域，源区、栅区、漏区的总体区域定义为有源区，源区、栅区、漏区以外的区域定义为无源区，然后在氧化镓外延片的上表面全片形成第一钝化层；(2)去除氧化镓外延片上表面源区和漏区的第一钝化层；(3)形成源区和漏区的第一金属层，退火处理，形成源极和漏极；(4)氧化镓外延片的上表面无源区进行离子注入，形成重掺杂区；(5)氧化镓外延片的上表面全片形成第二钝化层；(6)去除氧化镓外延片上表面栅区的第二钝化层；(7)形成栅区的第二金属层，退火处理，形成栅极；(8)氧化镓外延片上表面全片形成第三钝化层；(9)在栅极上方的第三钝化层的上表面形成第三金属层，形成场板；(10)氧化镓外延片上表面全片形成第四钝化层；(11)去除氧化镓外延片上表面源极、漏极、栅极区域的第四钝化层；(12)在源极正下方形成背孔，背孔穿透至氧化镓外延片的下表面；(13)氧化镓外延片的下表面形成第四金属层，形成背金层。本技术方案中，进一步地，步骤(1)中，氧化镓外延片自下而上的结构依次为衬底层、缓冲层、沟道层、异质结势垒层。进一步地，缓冲层的材料为非掺杂的α-氧化镓、β-氧化镓、γ-氧化镓、δ-氧化镓、ε-氧化镓中的一种。进一步地，异质结势垒层的材料为掺杂的铝镓氧或者铟镓氧中的一种，其中铝含量原子比为5％～40％，铟含量原子比为5％～40％，掺杂元素为硅、铁、锌、锗、镁、钴中的一种或者多种组合，掺杂浓度为1×1010cm-3～1×1020cm-3。进一步地，步骤(1)、步骤(5)、步骤(8)和步骤(10)中，第一钝化层、第二钝化层、第三钝化层和第四钝化层的材料为氧化硅、氮化硅、氮化镓、氧化铝、氧化镓中的一种或者多种组合，第一钝化层的厚度为0.1nm～2um，第二钝化层的厚度为0.1nm～5um，第三钝化层的厚度为0.1nm～10um，第四钝化层的厚度为0.1nm～100um。进一步地，步骤(1)、步骤(5)、步骤(8)和步骤(10)中，形成第一钝化层、第二钝化层、第三钝化层和第四钝化层的方法为磁控溅射、直流溅射、射频溅射、金属有机物化学气相沉积、原子层沉积、喷雾热分解、溶胶凝胶、真空热蒸发、脉冲激光沉积、分子束外延生长中的一种或多种组合。进一步地，步骤(2)、步骤(6)和步骤(11)采用的工艺为光刻工艺和刻蚀工艺。进一步地，步骤(3)、步骤(7)、步骤(9)和步骤(13)中，第一金属层、第二金属层、第三金属层和第四金属层的材料为钛、铂、金、铝、镍、铟、铜、钴、铁中的一种或者多种组合，厚度为1nm～1mm。进一步地，步骤(3)、步骤(7)、步骤(9)和步骤(13)中，形成第一金属层、第二金属层、第三金属层和第四金属层的方法为磁控溅射、直流溅射、射频溅射、原子层沉积、真空热蒸发、脉冲激光沉积、化学电镀中的一种或者多种组合。进一步地，步骤(3)中，第一金属层的退火温度为100～2000℃，退火时间为1秒～6000秒，退火环境为真空或者惰性气体中的一种或者多种组合；步骤(7)中，第二金属层的退火温度为100～1800℃，退火时间为1秒～6000秒，退火环境为真空或者惰性气体中的一种或者多种组合。进一步地，步骤(4)中，氧化镓外延片的上表面无源区进行离子注入之前，通过光刻工艺将氧化镓外延片的上表面有源区进行遮挡。进一步地，步骤(4)中，离子注入元素为硅、铁、锌、锗、镁、钴中的一种或者多种组合，掺杂浓度为1×1014cm-3～1×1020cm-3。进一步地，步骤(12)中，通过光刻工艺和刻蚀工艺，在源极的正下方形成背孔。一种氧化镓高电子迁移率异质结晶体管，包括氧化镓外延片，氧化镓外延片自下而上包括衬底层、缓冲层、沟道层、异质结势垒层；氧化镓外延片的上方设有漏极、源极和栅极，栅极位于源极和漏极之间；氧化镓外延片的上表面自下而上依次设置有第一钝化层、第二钝化层、第三钝化层、第四钝化层，第一钝化层、第二钝化层、第三钝化层、第四钝化层包覆在漏极、源极和栅极的外围，且在漏极、源极和栅极的上方分别存在一段间隔；在栅极上方的第三钝化层的上表面设置有场板；源极正下方设有背孔，背孔穿透至氧化镓外延片的下表面，氧化镓外延片下表面及背孔内设有背金层。进一步地，场板全部或者部分覆盖栅极，场板与源极或者漏极相连。有益效果本专利技术公开了一种氧化镓高电子迁移率异质结晶体管及其制备方法，该方法所制备的氧化镓高电子迁移率异质结晶体管基于异质结肖特基势垒特性，具有更加快速的开关特性、优良的频率特性、高效的输出特性、超高压击穿特性的优势。氧化镓高电子迁移率异质结晶体管(HEMT)不同于基于p-n扩散原理工作的晶体管，高电子迁移率异质结晶体管基于肖特基势垒特性，工作中的电流是由多数载流子通过热电子发射越过内建电势差形成，而p-n结的电流是由少数载流子的扩散运动所决定，工作原理上的差异造成了高电子迁移率异质结晶体管器件在开启和关闭状态间切换时，不存在像p-n结中发生的少数载流子的存储效应，器件具有快速的开关特性，适用于高频微波器件。高电子迁移率异质结晶体管的载流子来自于氧化镓异质结沟道中，其沟道具有比较高的二维电子气(2DEG)密度、高电子迁移率、高跨导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化镓高电子迁移率异质结晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)在氧化镓外延片(1)的上表面定义源区、栅区、漏区的区域，所述源区、栅区、漏区的总体区域定义为有源区，源区、栅区、漏区以外的区域定义为无源区，然后在氧化镓外延片(1)的上表面全片形成第一钝化层(2)；/n(2)去除氧化镓外延片(1)上表面源区和漏区的第一钝化层(2)；/n(3)形成源区和漏区的第一金属层，退火处理，形成源极(4)和漏极(3)；/n(4)氧化镓外延片(1)的上表面无源区进行离子注入，形成重掺杂区；/n(5)氧化镓外延片(1)的上表面全片形成第二钝化层(5)；/n(6)去除氧化镓外延片(1)上表面栅区的第二钝化层(5)；/n(7)形成栅区的第二金属层，退火处理，形成栅极(6)；/n(8)氧化镓外延片(1)上表面全片形成第三钝化层(7)；/n(9)在栅极(6)上方的第三钝化层(7)的上表面形成第三金属层，形成场板(8)；/n(10)氧化镓外延片(1)上表面全片形成第四钝化层(9)；/n(11)去除氧化镓外延片(1)上表面源极(4)、漏极(3)、栅极(6)区域的第四钝化层(9)；/n(12)在源极(4)正下方形成背孔(10)，背孔(10)穿透至氧化镓外延片(1)的下表面；/n(13)氧化镓外延片(1)的下表面形成第四金属层，形成背金层(11)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种氧化镓高电子迁移率异质结晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在氧化镓外延片(1)的上表面定义源区、栅区、漏区的区域，所述源区、栅区、漏区的总体区域定义为有源区，源区、栅区、漏区以外的区域定义为无源区，然后在氧化镓外延片(1)的上表面全片形成第一钝化层(2)；
(2)去除氧化镓外延片(1)上表面源区和漏区的第一钝化层(2)；
(3)形成源区和漏区的第一金属层，退火处理，形成源极(4)和漏极(3)；
(4)氧化镓外延片(1)的上表面无源区进行离子注入，形成重掺杂区；
(5)氧化镓外延片(1)的上表面全片形成第二钝化层(5)；
(6)去除氧化镓外延片(1)上表面栅区的第二钝化层(5)；
(7)形成栅区的第二金属层，退火处理，形成栅极(6)；
(8)氧化镓外延片(1)上表面全片形成第三钝化层(7)；
(9)在栅极(6)上方的第三钝化层(7)的上表面形成第三金属层，形成场板(8)；
(10)氧化镓外延片(1)上表面全片形成第四钝化层(9)；
(11)去除氧化镓外延片(1)上表面源极(4)、漏极(3)、栅极(6)区域的第四钝化层(9)；
(12)在源极(4)正下方形成背孔(10)，背孔(10)穿透至氧化镓外延片(1)的下表面；
(13)氧化镓外延片(1)的下表面形成第四金属层，形成背金层(11)。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，氧化镓外延片(1)自下而上的结构依次为衬底层(101)、缓冲层(102)、沟道层(103)、异质结势垒层(104)。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，缓冲层(102)的材料为非掺杂的α-氧化镓、β-氧化镓、γ-氧化镓、δ-氧化镓、ε-氧化镓中的一种。


4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，异质结势垒层(104)的材料为掺杂的铝镓氧或者铟镓氧中的一种，其中铝含量原子比为5％～40％，铟含量原子比为5％～40％。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，掺杂元素为硅、铁、锌、锗、镁、钴中的一种或者多种组合，掺杂浓度为1×1010cm-3～1×1020cm-3。


6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)、步骤(5)、步骤(8)和步骤(10)中，第一钝化层(2)、第二钝化层(5)、第三钝化层(7)和第四钝化层(9)的材料为氧化硅、氮化硅、氮化镓、氧化铝、氧化镓中的一种或者多种组合，所述第一钝化层(2)的厚度为0.1nm～2um，所述第二钝化层(5)的厚度为0.1nm～5um，所述第三钝化层(7)的厚度为0.1nm～10um，所述第四钝化层(9)的厚度为0.1nm～100um。


7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)、步骤(5)、步骤(8)和步骤(10)中，形成第一钝化层(2)、第二钝化层(5)、第三钝化层(7)和第四钝化层(9)的方法为磁控溅射、直流溅射、射频溅射、金属有机物化学气相沉积、原子层沉积...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵国键，
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：江苏;32