增强型HEMT的p型氮化物栅的制备方法及应用其制备增强型氮化物HEMT的方法技术

本发明专利技术公开一种增强型HEMT的p型氮化物栅及增强型氮化物HEMT的制备方法，其中，该p型氮化物栅的制备方法在制备p型氮化物栅时，先在势垒层和p型氮化物层之间采用热脱附温度高于p型氮化物层的热脱附温度的材料制备第一保护层，且其厚度范围设置为1nm‑5nm，再通过高温热脱附去除栅极区域以外的p型氮化物层；在对栅极区域以外的p型氮化物层进行高温热脱附之前，还在栅极区域的p型氮化物层上设置采用耐高温介质材料制备的第二保护层。在第一保护层和第二保护层的保护作用下，可以通过高温热脱附对栅极区域以外的p型氮化物层进行选择性刻蚀，从而可以实现可重复且一致性较好的刻蚀效果，而且可以保证增强型氮化物HEMT性能的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
增强型HEMT的p型氮化物栅的制备方法及应用其制备增强型氮化物HEMT的方法
本专利技术涉及增强型高电子迁移率晶体管
，具体涉及一种增强型HEMT的p型氮化物栅的制备方法，以及将该制备p型氮化物栅的方法应用在增强型氮化物HEMT的制备中，以制备出高可靠性的增强型氮化物HEMT的方法。
技术介绍
第三代半导体材料由于具有较宽的禁带宽度，用于电源开关时，与传统的Si基电源开关相比具有更高的击穿电压。当这些具有较宽的禁带宽度的第三代半导体材料用于高电子迁移率晶体管(HighElectronMobilityTransistor，简称HEMT)时，可利用第三代半导体材料固有的极化特性(自发极化和压电极化)，产生高浓度、高电子迁移率的二维电子气(Two-dimensionalelectrongas，简称2DEG)，使得HEMT具有更高的击穿电压和更小的开态电阻，由此可以制得尺寸更小的HEMT。但是，也正由于HEMT器件异质结处强烈极化效应的产生，在正常状态下2DEG难以被耗尽，因而HEMT器件通常都属于耗尽型(常开型)器件，需要配合提供负压的栅极驱动电路才能关断HEMT，这在极大地增加电路的复杂性的同时降低了HEMT的实用性。为此，目前比较常用的解决方案是通过在栅极所在的位置设置p型氮化物栅来耗尽栅极下方的2DEG，得到在零栅偏压下处于关断状态的增强型(又称常关型)HEMT。目前，在栅极所在位置设置p型氮化物栅比较常用的方式是采用刻蚀法，但是，采用刻蚀法制备p型氮化物栅时，一般是利用干法刻蚀p型氮化物栅极区域以外的大面积p型氮化物，这类刻蚀工艺的均匀性控制十分困难，易出现因p型氮化物栅刻蚀深度不够导致的欠刻蚀，或出现因刻蚀深度超过p型氮化物栅厚度时损伤势垒层造成的过刻蚀，无论是欠刻蚀还是过刻蚀，都会降低增强型HEMT的导通电流，显著影响其工作性能。
技术实现思路
为了解决采用现有的刻蚀工艺制备增强型HEMT的p型氮化物栅时，易因欠刻蚀或过刻蚀导致增强型HEMT出现栅极泄漏、电流崩溃和阈值电压不稳定的问题，专利技术人经过大量的研究和实验，发现采用高温热脱附工艺可以选择性去除p型氮化物层，并且采用高温热脱附工艺去除p型氮化物层时，能够有效控制刻蚀的选择性，以保证在完全去除p型氮化物栅极区域以外的p型氮化物的情况下，不会损伤下层的势垒层。为此，根据本专利技术的一个方面，提供了一种增强型HEMT的p型氮化物栅的制备方法，在制备p型氮化物栅时，该p型氮化物栅的制备方法是通过高温热脱附去除栅极区域以外的p型氮化物层，且该p型氮化物栅的制备方法还包括在外延结构的制备过程中，在势垒层和p型氮化物层之间制备第一保护层，其中，第一保护层的厚度范围设置为1nm-5nm，且采用热脱附温度高于p型氮化物层的热脱附温度的材料；在对栅极区域以外的p型氮化物层进行高温热脱附之前，还在栅极区域的p型氮化物层上制备第二保护层，其中，第二保护层采用耐高温介质材料。在本专利技术实施例中，将高温热脱附工艺应用到去除栅极区域以外的p型氮化物层中，并结合第一保护层和第二保护层的特别设计，例如对第一保护层和第二保护层的结构和性能的选取、对第一保护层和第二保护层设置位置的选取等，使得在利用本专利技术实施例的制备方法制备p型氮化物栅时，能够在第一保护层和第二保护层的保护作用下，通过高温热脱附对栅极区域以外的p型氮化物层进行选择性刻蚀，并且可以在完全去除栅极区域以外的p型氮化物层的情况下，不对p型氮化物层下的势垒层以及p型氮化物层造成破坏，从而可以实现可重复且一致性较好的刻蚀效果，进而可以保证增强型氮化物HEMT性能的可靠性。另外，本专利技术实施例中优选将第一保护层的厚度控制在5nm以下，既便于第一保护层的制备，又可以避免由于第一保护层厚度过大而导致的因应力突变而开裂或导致其下方的异质结开裂等不良；而且，由于第一保护层的厚度较薄，便于在高温热脱附后通过其他刻蚀方法去除，以便在势垒层上制备源电极和漏电极。在一些实施方式中，p型氮化物层为p-GaN层；高温热脱附的温度范围为500℃-1000℃。示例性的，高温热脱附在金属有机化合物化学气相沉淀(Metal-organicChemicalVaporDeposition，简称MOCVD)设备、管式退火炉或高温退火炉等高温处理设备中进行。由于p-GaN层的热脱附温度为850℃-1000℃，因此，p-GaN层的未覆盖第二保护层的部分(也即p-GaN层的栅极区域以外的部分)，在温度为500℃-1000℃的高温环境下放置一段时间，可以完全被去除；且由于第一保护层采用热脱附温度比p-GaN层的热脱附温度更高的材料，而第二保护层采用耐高温介质材料，因而在温度为500℃-1000℃的条件下进行高温热脱附可以避免第二保护层和第一保护层被去除，从而保护栅极区域内的p-GaN层和势垒层在高温热脱附过程中不被破坏。在优选实施例中，在高温热脱附过程中不引入Ga源(例如Ga原子流)和N源(例如N原子流)，以提高栅极区域以外的p-GaN层的脱附效率。在一些实施方式中，第一保护层为AlN层或AlGaN层，AlGaN层的Al组分在0.5-1之间，即在第一保护层为AlGaN层时，第一保护层为高Al组分的AlGaN层。由于AlN和高Al组分的AlGaN的热脱附温度均高于GaN的热脱附温度，在p型氮化物与势垒层之间设置AlN或高Al组分的AlGaN作为第一保护层，在通过高温热脱附去除栅极区域以外的p型GaN层时，可以将刻蚀的终点控制在第一保护层，不仅可以获得一致性较好的刻蚀效果，而且，可以避免第一保护层下方的势垒层在去除栅极区域以外的p型GaN层时受损。在一些实施方式中，第二保护层为Si3N4层、SiO2层、AlN层或HfO2层等耐高温介质层，其厚度范围为50nm-200nm。由此，可以保证通过干法刻蚀或湿法腐蚀去除第二保护层，同时，能够保证在进行温度为500℃-1000℃的高温热脱附时，第二保护层不会被去除。一般的，可以通过CVD技术制备Si3N4层，通过磁控溅射设备制备SiO2层、AlN层或HfO2层。而且，由于第二保护层的厚度为50nm-200nm，既可以保护p型氮化物层在高温热脱附过程中不会受损，而且，高温热脱附完成后能够较快地去除第二保护层。在一些实施方式中，在对栅极区域以外的p型氮化物层进行高温热脱附之前，还包括对栅极区域以外的p型氮化物层进行刻蚀处理，直至栅极区域以外的p型氮化物层的残余厚度小于30nm。由于p型氮化物栅的厚度一般在100nm左右，如果栅极区域以外的厚度为100nm的p型氮化物层都需要通过高温热脱附去除，所耗费的去除时间较长，本专利技术实施例在进行高温热脱附前，将栅极区域以外的p型氮化物层的厚度控制在30nm以下，可以极大地减少高温热脱附的时间，同时还能够避免因长期处于高温环境而对其他层(如第一保护层和势垒层等)造成损伤。在其中一些实施方式中，在栅极区域的p型氮化物层上制备第二保护层实现为包括：在将栅极区域以外的p型氮化物层刻蚀至残余厚度小于30nm之后，在p型氮化物层上制备第二保护层；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.增强型HEMT的p型氮化物栅的制备方法，其特征在于，在制备p型氮化物栅时，所述方法通过高温热脱附去除栅极区域以外的p型氮化物层，且所述方法还包括：/n在外延结构的制备过程中，在势垒层和p型氮化物层之间制备第一保护层，其中，所述第一保护层采用热脱附温度高于p型氮化物层的热脱附温度的材料，且其厚度范围设置为1nm-5nm；/n在对栅极区域以外的p型氮化物层进行高温热脱附之前，还在栅极区域的p型氮化物层上制备第二保护层，其中，所述第二保护层采用耐高温介质材料。/n

【技术特征摘要】
1.增强型HEMT的p型氮化物栅的制备方法，其特征在于，在制备p型氮化物栅时，所述方法通过高温热脱附去除栅极区域以外的p型氮化物层，且所述方法还包括：
在外延结构的制备过程中，在势垒层和p型氮化物层之间制备第一保护层，其中，所述第一保护层采用热脱附温度高于p型氮化物层的热脱附温度的材料，且其厚度范围设置为1nm-5nm；
在对栅极区域以外的p型氮化物层进行高温热脱附之前，还在栅极区域的p型氮化物层上制备第二保护层，其中，所述第二保护层采用耐高温介质材料。


2.根据权利要求1所述的增强型HEMT的p型氮化物栅的制备方法，其特征在于，所述p型氮化物层为p-GaN层；
所述高温热脱附的温度范围为500℃-1000℃。


3.根据权利要求2所述的增强型HEMT的p型氮化物栅的制备方法，其特征在于，所述高温热脱附在MOCVD设备、管式退火炉或高温退火炉等高温处理设备中进行。


4.根据权利要求2所述的增强型HEMT的p型氮化物栅的制备方法，其特征在于，所述第一保护层为AlN层或AlGaN层，所述AlGaN层的Al组分在0.5-1之间。


5.根据权利要求2所述的增强型HEMT的p型氮化物栅的制备方法，其特征在于，所述第二保护层为Si3N4层、SiO2层、AlN层或HfO2层等耐高温介质层，其厚度范围为50nm-200nm。


6.根据权利要求1至5任意一项所述的增强型HEMT的p型氮化物栅的制备方法，其特征在于，在对栅极区域以外的p型氮化物层进行高温热脱附之前，还包括对所述栅极区域以外的p型氮化物层进行刻蚀处理，直至所述栅极区域以外的p型氮化物层的残余厚度小于30nm。


7.根据权利要求6所述的增强型HEMT的...

【专利技术属性】
技术研发人员：程川，刘宁炀，何晨光，李成果，陈志涛，李述体，姜南，
申请(专利权)人：广东省科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44