一种沟槽埋栅GaN HEMT器件制造技术

本实用新型专利技术公开了一种沟槽埋栅GaN HEMT器件，具体涉及半导体器件技术领域，其技术方案是：包括衬底，所述衬底顶部淀积一层AlN，所述AlN为器件缓冲层，所述器件缓冲层顶部生长一层不掺杂的GaN，所述GaN为沟道层，所述沟道层内壁通过光刻刻蚀形成第一凹槽，所述第一凹槽内壁填充AlGaN一，所述沟道层顶部生长AlGaN二，所述AlGaN一与所述AlGaN二形成势垒层，所述势垒层一端通过光刻选择性掺杂硅原子形成N型AlGaN，所述势垒层内壁通过光刻刻蚀形成第二凹槽，所述第二凹槽内壁填充Al2O3，所述Al2O3为栅介质，所述栅介质内壁设有第三凹槽，本实用新型专利技术的有益效果是：通过沟槽结构使得栅极下方势垒层变窄，直接可以形成增强型结构。

【技术实现步骤摘要】
一种沟槽埋栅GaNHEMT器件
本技术涉及半导体器件领域，具体涉及一种沟槽埋栅GaNHEMT器件。
技术介绍
由于GaN具有大禁带宽度、高电子迁移率、高击穿场强等优点，GaNHEMT成为新一代功率器件研究的热点，具体来说，GaNHEMT相比于常规MOSFET有以下优点：功率密度高，开关频率高，导通电阻小，器件体积小，由于AlGaN/GaN异质结的极化作用，在异质结界面存在高浓度的二维电子气，这种二维电子气不受原子核束缚，以很高的传输速度运动，从而具有非常高的传导率，因此一般的GaNHEMT都是耗尽型器件，如何实现增强型GaNHEMT一直是该领域研究的难点。现有技术存在以下不足：现有的几种制备增强型器件的方案包括：p-GaN、Cascode结构以及沟槽栅，沟槽栅技术由于干法刻蚀速率高成本低的特点，具有很高的应用价值，但是其沟槽刻蚀速度与精度无法兼顾使得沟槽栅技术未能大规模商业应用。因此，专利技术一种沟槽埋栅GaNHEMT器件很有必要。
技术实现思路
为此，本技术提供一种沟槽埋栅GaNHEMT器件，通过干法刻蚀GaN沟道层形成栅极凹槽作为第一凹槽，第一凹槽填充AlGaN一，之后进行平坦化处理，然后淀积一层AlGaN二，与第一凹槽中的AlGaN一共同形成异质结势垒层，然后在第一凹槽位置利用干法刻蚀形成介质凹槽作为第二凹槽，第二凹槽中填充Al2O3，在第二凹槽上干法刻蚀Al2O3形成栅极金属凹槽作为第三凹槽，第三凹槽中淀积栅极金属钨，以上三个凹槽整体形成埋栅结构，以解决现有的沟槽刻蚀速度与精度无法兼顾使得沟槽栅技术未能大规模商业应用的问题。为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种沟槽埋栅GaNHEMT器件，包括衬底，所述衬底顶部淀积一层AlN，所述AlN为器件缓冲层，所述器件缓冲层顶部生长一层不掺杂的GaN，所述GaN为沟道层，所述沟道层内壁通过光刻刻蚀形成第一凹槽，所述第一凹槽内壁填充AlGaN一，所述沟道层顶部生长AlGaN二，所述AlGaN一与所述AlGaN二形成势垒层，所述势垒层一端通过光刻选择性掺杂硅原子形成N型AlGaN，所述势垒层内壁通过光刻刻蚀形成第二凹槽，所述第二凹槽内壁填充Al2O3，所述Al2O3为栅介质，所述栅介质内壁设有第三凹槽，所述第三凹槽内壁淀积栅极金属钨，所述第一凹槽顶部连接所述第二凹槽；所述势垒层顶部两端通过光刻形成欧姆接触窗口，所述欧姆接触窗口通过电子束蒸发形成多层电极结构，所述电极结构通过剥离工艺形成源漏电极，所述源漏电极通过退火形成欧姆接触；所述第三凹槽内壁通过光刻形成栅极金属接触窗口，所述栅极金属接触窗口通过电子束蒸发和剥离工艺形成栅极肖特基接触。优选的，所述器件缓冲层厚度设置为50nm。优选的，所述沟道层厚度设置为900～1100nm。优选的，所述AlGaN二厚度设置为25nm。优选的，所述第一凹槽深度小于所述沟道层厚度，所述第一凹槽深度大于所述势垒层厚度，所述第一凹槽深度大于所述第二凹槽深度，所述第二凹槽深度大于所述第三凹槽深度，所述第一凹槽宽度大于所述第二凹槽宽度，所述第二凹槽宽度大于所述第三凹槽宽度。优选的，所述衬底顶部连接所述器件缓冲层，所述器件缓冲层顶部连接所述沟道层，所述沟道层顶部连接所述势垒层，所述势垒层顶部两端连接所述电极结构，所述栅极肖特基接触顶端延伸至所述势垒层上方。本技术的有益效果是：1.沟槽结构使得栅极下方势垒层变窄，直接可以形成增强型结构；2.沟道层上挖槽填充介质，形成埋栅结构，使得二维电子气的导电够到远离器件表面，从而减小表面缺陷对器件性能的影响；3.埋栅结构比传统的凹槽结构槽深更深，干法刻蚀过程中，可以适当延长刻蚀时间，增大刻蚀的精确性，减少刻蚀表面的缺陷。附图说明图1为本技术提供的沟槽埋栅整体结构示意图；图2为本技术提供的沟槽埋栅局部一结构示意图；图3为本技术提供的沟槽埋栅局部二结构示意图；图4为本技术提供的沟槽埋栅局部三结构示意图；图5为本技术提供的衬底和器件缓冲层结构示意图；图6为本技术提供的衬底结构示意图。图中：衬底101、器件缓冲层102、沟道层103、势垒层104、第三凹槽105、多层电极结构106、栅极肖特基接触107。具体实施方式以下结合附图对本技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本技术，并不用于限定本技术。参照附图1-图6，本技术提供的一种沟槽埋栅GaNHEMT器件，包括衬底101；进一步地，所述衬底101顶部淀积一层AlN，所述AlN为器件缓冲层102，所述器件缓冲层102顶部生长一层不掺杂的GaN，所述GaN为沟道层103，所述沟道层103内壁通过光刻刻蚀形成第一凹槽，所述第一凹槽内壁填充AlGaN一，所述沟道层103顶部生长AlGaN二，所述AlGaN一与所述AlGaN二形成势垒层104，所述势垒层104一端通过光刻选择性掺杂硅原子形成N型AlGaN，所述势垒层104内壁通过光刻刻蚀形成第二凹槽，所述第二凹槽内壁填充Al2O3，所述Al2O3为栅介质，所述栅介质内壁设有第三凹槽105，所述第三凹槽105内壁淀积栅极金属钨，所述第一凹槽顶部连接所述第二凹槽，具体的，AlN是原子晶体，属类金刚石氮化物，最高可稳定到2200℃，室温强度高，且强度随温度的升高下降较慢，导热性好，热膨胀系数小，是良好的耐热冲击材料，GaN又称氮化镓，是氮和镓的化合物，是直接能隙的半导体，Al2O3是一种高硬度的化合物，熔点为2054℃，沸点为2980℃，在高温下可电离的离子晶体，常用于制造耐火材料，衬底101材料优选为Si或蓝宝石。进一步地，所述势垒层104顶部两端通过光刻形成欧姆接触窗口，所述欧姆接触窗口通过电子束蒸发形成多层电极结构106，所述电极结构106通过剥离工艺形成源漏电极，所述源漏电极通过退火形成欧姆接触，具体的，电极结构是指的是电极的化学结构，物理构成结构等性质，欧姆接触指的是它不产生明显的附加阻抗，而且不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变。进一步地，所述第三凹槽105内壁通过光刻形成栅极金属接触窗口，所述栅极金属接触窗口通过电子束蒸发和剥离工艺形成栅极肖特基接触107，具体的，肖特基接触是指金属和半导体材料相接触的时候，在界面处半导体的能带弯曲，形成肖特基势垒，势垒的存在才导致了大的界面电阻，与之对应的是欧姆接触，界面处势垒非常小或者是没有接触势垒。进一步地，所述器件缓冲层102厚度设置为50nm。进一步地，所述沟道层103厚度设置为900～1100nm。进一步地，所述AlGaN二厚度设置为25nm。进一步地，所述第一凹槽深度小于所述沟道层103厚度，所述第一凹槽深度大于所述势垒层104厚度，所述第一凹槽深度大于所述第二凹槽深度，所述第二凹槽深度大于所述第三凹槽深度，所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种沟槽埋栅GaN HEMT器件，包括衬底（101），其特征在于：所述衬底（101）顶部淀积一层AlN，所述AlN为器件缓冲层（102），所述器件缓冲层（102）顶部生长一层不掺杂的GaN，所述GaN为沟道层（103），所述沟道层（103）内壁通过光刻刻蚀形成第一凹槽，所述第一凹槽内壁填充AlGaN一，所述沟道层（103）顶部生长AlGaN二，所述AlGaN一与所述AlGaN二形成势垒层（104），所述势垒层（104）一端通过光刻选择性掺杂硅原子形成N型AlGaN，所述势垒层（104）内壁通过光刻刻蚀形成第二凹槽，所述第二凹槽内壁填充Al2O3，所述Al2O3为栅介质，所述栅介质内壁设有第三凹槽（105），所述第三凹槽（105）内壁淀积栅极金属钨，所述第一凹槽顶部连接所述第二凹槽；/n所述势垒层（104）顶部两端通过光刻形成欧姆接触窗口，所述欧姆接触窗口通过电子束蒸发形成多层电极结构（106），所述电极结构（106）通过剥离工艺形成源漏电极，所述源漏电极通过退火形成欧姆接触；/n所述第三凹槽（105）内壁通过光刻形成栅极金属接触窗口，所述栅极金属接触窗口通过电子束蒸发和剥离工艺形成栅极肖特基接触（107）。/n...

【技术特征摘要】
1.一种沟槽埋栅GaNHEMT器件，包括衬底（101），其特征在于：所述衬底（101）顶部淀积一层AlN，所述AlN为器件缓冲层（102），所述器件缓冲层（102）顶部生长一层不掺杂的GaN，所述GaN为沟道层（103），所述沟道层（103）内壁通过光刻刻蚀形成第一凹槽，所述第一凹槽内壁填充AlGaN一，所述沟道层（103）顶部生长AlGaN二，所述AlGaN一与所述AlGaN二形成势垒层（104），所述势垒层（104）一端通过光刻选择性掺杂硅原子形成N型AlGaN，所述势垒层（104）内壁通过光刻刻蚀形成第二凹槽，所述第二凹槽内壁填充Al2O3，所述Al2O3为栅介质，所述栅介质内壁设有第三凹槽（105），所述第三凹槽（105）内壁淀积栅极金属钨，所述第一凹槽顶部连接所述第二凹槽；
所述势垒层（104）顶部两端通过光刻形成欧姆接触窗口，所述欧姆接触窗口通过电子束蒸发形成多层电极结构（106），所述电极结构（106）通过剥离工艺形成源漏电极，所述源漏电极通过退火形成欧姆接触；
所述第三凹槽（105）内壁通过光刻形成栅极金属接触窗口，所述栅极金属接触窗口通过电子束蒸发和剥离工艺形成栅极肖特基接触（107）。


2.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：李炘，张关保，
申请(专利权)人：西安迈驰半导体科技有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西;61