集成型GaN器件及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种集成型GaN器件及其制备方法，制备方法包括：在半导体外延结构上制备不同器件的源漏电极，制备器件隔离结构，刻蚀外延帽层和势垒层，制备显露GaN沟道层的栅极开口，外延帽层及势垒层采用不同工艺去除，制备栅介质层及栅极结构，得到不同器件，再制备互连电极结构，实现器件互连。本发明专利技术在同一半导体外延衬底上有效集成了第一器件和第二器件，为电路设计提供多种可行性设计，减少了寄生及成本。通过工艺设计，除栅极开口的刻蚀外，其他步骤都同时进行，不增加工艺难度，在提升器件整体性能的同时节约了后道封装成本。对于形成栅极开口过程中的外延帽层及势垒层的刻蚀，可以更好的控制刻蚀精度，避免传统刻蚀对材料造成的破坏。

【技术实现步骤摘要】
集成型GaN器件及其制备方法
本专利技术属于半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种集成型GaN器件及其制备方法。
技术介绍
GaN材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点，是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料，并与SIC、金刚石等半导体材料一起，被誉为是继第一代Ge、Si半导体材料、第二代GaAs、InP化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。它具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好（几乎不被任何酸腐蚀）等性质和强的抗辐照能力，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。传统的GaN器件的工作模式多为耗尽型常开器件，存在功耗高和应用电路设计复杂的问题。作为常开器件，通常需外连诸如Si器件进行开关控制，因此性能受限于Si材料器件。由于GaN材料本身性能优异，不但功率密度高，且频率也高，因此为了更好的利用其材料性能特性，进行不同性能、功能开发，需尽可能在同一晶圆上集成不同类型器件，但现有技术中难以有效集成上述不同器件，常规工艺过程中存在不可避免的刻蚀缺陷大大影响了器件性能。因此，如何本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成型GaN器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括步骤：/n提供半导体外延结构，所述半导体外延结构自下而上包括半导体衬底、GaN沟道层、势垒层以及外延帽层；/n于所述半导体外延结构上制备第一源极、第一漏极、第二源极以及第二漏极；/n对所述半导体外延结构进行离子注入以形成器件隔离结构，所述器件隔离结构自所述外延帽层延伸至所述GaN沟道层中，所述器件隔离结构将所述第一源极、所述第一漏极与所述第二源极、所述第二漏极隔离；/n刻蚀去除所述第一源极及所述第一漏极之间的部分所述外延帽层及其下方的所述势垒层，以形成栅极开口，所述栅极开口显露所述GaN沟道层，其中，所述外延帽层及所述势垒层分别采...

【技术特征摘要】
1.一种集成型GaN器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括步骤：
提供半导体外延结构，所述半导体外延结构自下而上包括半导体衬底、GaN沟道层、势垒层以及外延帽层；
于所述半导体外延结构上制备第一源极、第一漏极、第二源极以及第二漏极；
对所述半导体外延结构进行离子注入以形成器件隔离结构，所述器件隔离结构自所述外延帽层延伸至所述GaN沟道层中，所述器件隔离结构将所述第一源极、所述第一漏极与所述第二源极、所述第二漏极隔离；
刻蚀去除所述第一源极及所述第一漏极之间的部分所述外延帽层及其下方的所述势垒层，以形成栅极开口，所述栅极开口显露所述GaN沟道层，其中，所述外延帽层及所述势垒层分别采用不同的工艺进行刻蚀；
于所述半导体外延结构表面形成栅介质层，所述第一源极及所述第一漏极之间的所述栅介质层构成第一栅介质层，所述第一栅介质层还覆盖所述栅极开口的底部及侧壁，所述第二源极及所述第二漏极之间的所述栅介质层构成第二栅介质层；
于所述第一栅介质层表面形成第一栅极结构，得到第一器件，所述第一栅极结构至少填充所述栅极开口，于所述第二栅介质层表面形成第二栅极结构，得到第二器件；
制备互连电极结构，以实现所述第一器件与所述第二器件的电连接。


2.根据权利要求1所述的集成型GaN器件的制备方法，其特征在于，进行离子注入形成所述器件隔离结构过程中，采用多步离子注入形成所述隔离结构，其中，所述离子注入的注入能量介于5-200KeV之间，注入剂量介于5*1012-5*1013cm-2之间，注入粒子包括N2、He、O2、Ar、Fe、C、Al、Xe中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的集成型GaN器件的制备方法，其特征在于，所述势垒层包括AlN层，所述势垒层的厚度介于2nm-5nm之间；所述外延帽层包括GaN层，所外延帽层的厚度介于1nm-3nm之间。


4.根据权利要求1所述的集成型GaN器件的制备方法，其特征在于，刻蚀所述外延帽层的工艺包括：
1）在ICP腔室中对所述外延帽层进行表面改性处理，以形成表面改性层；
2）在同一腔室中对改性处理后的所述外延帽层进行等离子处理，以去除所述表面改性层，实现所述外延帽层的刻蚀。


5.根据权利要求4所述的集成型GaN器件的制备方法，其特征在于，步骤1）中，进行所述表面改性处理的工艺包括采用氯气对所述外延帽层的表面进行改性，形成的所述表面改性层包括氯化物层，以降低所述外延帽层中化学键的解离能；步骤2）中，进行所述等离子体处理的离子包括Ar离子。


6.根据权利要求5所述的集成型GaN器件的制备方法，其特征在于，步骤1）及步骤2）中，所述ICP腔室中的源功率相同，所述ICP腔室中的压强相同；所述ICP腔室中的源功率介于80W-120W之间，所述ICP腔室中的压强介于25mTorr-35mTorr之间；步骤2）中，所述等离子体处理的射频功率介于1W-4W之间。


7.根据权利要求5所述的集成型GaN器件的制备方法，其特征在于，步骤2）之后还包括步骤3）：循环进行步骤1）及步骤2），直至去除所述外延帽层。


8.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：马飞，邹鹏辉，郑礼锭，蔡泉福，
申请(专利权)人：浙江集迈科微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33