一种具有盖帽层的常开型氧化镓基HFET器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有盖帽层的常开型氧化镓基HFET器件及其制备方法，属于半导体器件技术领域；器件结构依次包括：衬底；位于衬底上方的非故意掺杂(UID)β

【技术实现步骤摘要】
一种具有盖帽层的常开型氧化镓基HFET器件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体器件
，尤其涉及一种具有盖帽层的常开型氧化镓基HFET器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着电力电子技术的不断发展，其对功率半导体器件的耐压、效率、功率和可靠性等性能提出了更高要求。异质结场效应晶体管(Heterojunction field
‑
effect transistor(HFET)，又称调制掺杂场效应晶体管(MODFET)或高电子迁移率场效应晶体管(HEMT))作为功率半导体器件中关键的分支，其以异质结界面处的二维电子气(2DEG)作为导电沟道，在空间上将电子和施主杂质分离，避免了电离杂质的散射，因此具备高载流子面密度和高电子迁移率等特点。而在器件性能上，高载流子面密度和高电子迁移率分别对应着器件的高电流密度和低沟道电阻。这一特性使得HFET在高频、高功率场合下的应用具备相当大的优势。
[0003]β
‑
Ga2O3具有较大的禁带宽度(4.9eV)、较高电子迁移率(300cm2/V
·
s)，以及远高于SiC和GaN的击穿场强(8MV/cm)和巴利加优值(3444)，被认为是制备新一代高温、高压、高功率半导体器件的理想材料。
[0004]由于二维电子气的存在，异质结场效应晶体管通常工作在常开状态下。常开型异质结场效应晶体管广泛地应用在微波功率、单片集成高度数字/模拟混合信号的实现以及高电子迁移率晶体管的级联等领域。
[0005]对于常开型氧化镓基异质结场效应晶体管，目前所报道的器件结构设计采用栅电极直接沉积在势垒层上。其缺点是由于栅极金属与势垒层直接接触，会导致栅极泄露电流较大，尤其是当栅极和源极间的偏置电压较大时([1]Zhang et al.,Demonstration of high mobility and quantum transport in modulation
‑
dopedβ
‑
(Al
x
Ga1‑
x
)2O3/Ga2O
3 heterostructures[J].Applied Physics Letters,2018,112(17):173502.[2]Moule et al.,Electrical and thermal characterisation ofβ
‑
(Al
x
Ga1‑
x
)2O3/Ga2O
3 HEMTs.2019International Conference on Compound Semiconductor Manufacturing Technology)。通常情况下，大栅极泄漏电流容易诱发电流崩塌现象，使得器件的击穿电压变低，从而降低器件的输出功率，器件的可靠性变差。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提出了一种能够提高器件的击穿电压和可靠性的具有盖帽层的常开型氧化镓基HFET器件及其制备方法，通过在栅电极和势垒层之间生长一层盖帽层，有效地降低了栅极泄漏电流，并提高了器件的击穿电压和可靠性。此外，本专利技术通过在势垒层上生长一层钝化层，改善了器件内部的电场分布，进一步提高了器件的击穿电压。
[0007]为了实现上述的技术目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0008]一种具有盖帽层的常开型氧化镓基HFET器件，包括衬底和依序层叠设置在衬底一端面上的缓冲层和沟道层，其还包括：
[0009]源电极，设置在沟道层远离缓冲层的端面一侧；
[0010]漏电极，设置在沟道层远离缓冲层的端面另一侧；
[0011]间隔层，设置在源电极和漏电极之间的沟道层上；
[0012]势垒层，设置在间隔层远离沟道层的端面上；
[0013]盖帽层，设置在势垒层远离间隔层的端面上，且盖帽层在势垒层上的投影边缘不超出势垒层边缘；
[0014]栅电极，设置在盖帽层远离势垒层的端面上；
[0015]钝化层，设置在势垒层远离间隔层的端面上且将盖帽层包覆其中，所述栅电极的上端高出钝化层的上端面。
[0016]作为一种可能的实施方式，进一步，所述沟道层对应与源电极和漏电极连接的端面两侧均被刻蚀处理形成具有相同高度落差的台面状。
[0017]作为一种可能的实施方式，进一步，所述源电极和漏电极的上端均高出钝化层的上端面。
[0018]作为一种可能的实施方式，进一步，所述钝化层被盖帽层和设置在盖帽层上的栅电极分隔形成相对的两部分。
[0019]作为一种可能的实施方式，进一步，所述源电极与盖帽层接近于源电极的侧壁间距小于所述源电极与栅电极接近于源电极的侧壁间距。
[0020]所述漏电极与盖帽层接近于漏电极的侧壁间距小于所述漏电极与栅电极接近于漏电极的侧壁间距。
[0021]所述盖帽层与源电极之间的间距小于盖帽层与漏电极之间的间距。
[0022]所述栅电极与源电极之间的间距小于栅电极与漏电极之间的间距。
[0023]作为一种可能的实施方式，进一步，所述衬底为半绝缘或高阻β
‑
Ga2O3衬底，其掺杂有Mg、Fe、Zn、N、P中的任一种元素，且掺杂元素的摩尔百分比为0.045～0.055。
[0024]所述缓冲层为非故意掺杂β
‑
Ga2O3缓冲层。
[0025]所述沟道层为非故意掺杂β
‑
Ga2O3沟道层。
[0026]所述间隔层为Al组分含量为0.16～0.25的本征(AlGa)2O3间隔层。
[0027]所述势垒层为n型掺杂的(AlGa)2O3势垒层，其掺杂的元素种类包含Si、Sn、Ge、F、Cl中的任意一种，且掺杂浓度为1
×
10
16
～5
×
10
18
/cm3，其中，Al组分含量为0.15～0.3。
[0028]所述盖帽层为非故意掺杂β
‑
Ga2O3盖帽层。
[0029]所述钝化层为Al2O3、SiO2、Si3N4、HfO2中的任意一种沉积形成。
[0030]所述源电极和漏电极为Ti、Al、Au三层金属依次淀积形成。
[0031]所述栅电极为Ni、Au两层金属淀积形成。
[0032]作为一种较优的选择实施方式，优选的，所述缓冲层的长宽规格与衬底相同。
[0033]所述沟道层对应与源电极和漏电极连接的端面两侧均被刻蚀处理形成具有高度落差相同的台面状，且所述间隔层的长宽规格与沟道层上形成台面状规格相同。
[0034]所述势垒层的长宽规格与间隔层相同。
[0035]基于上述的器件结构方案，本专利技术还提供一种具有盖帽层的常开型氧化镓基HFET
器件的制备方法，其包括如下步骤：
[0036]S01、取用预设规格衬底，对其表面进行预处理本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有盖帽层的常开型氧化镓基HFET器件，包括衬底和依序层叠设置在衬底一端面上的缓冲层和沟道层，其特征在于，其还包括：源电极，设置在沟道层远离缓冲层的端面一侧；漏电极，设置在沟道层远离缓冲层的端面另一侧；间隔层，设置在源电极和漏电极之间的沟道层上；势垒层，设置在间隔层远离沟道层的端面上；盖帽层，设置在势垒层远离间隔层的端面上，且盖帽层在势垒层上的投影边缘不超出势垒层边缘；栅电极，设置在盖帽层远离势垒层的端面上；钝化层，设置在势垒层远离间隔层的端面上且将盖帽层包覆其中，所述栅电极的上端高出钝化层的上端面。2.如权利要求1所述的具有盖帽层的常开型氧化镓基HFET器件，其特征在于，所述沟道层对应与源电极和漏电极连接的端面两侧均被刻蚀处理形成具有相同高度落差的台面状。3.如权利要求1所述的具有盖帽层的常开型氧化镓基HFET器件，其特征在于，所述源电极和漏电极的上端均高出钝化层的上端面。4.如权利要求1所述的具有盖帽层的常开型氧化镓基HFET器件，其特征在于，所述钝化层被盖帽层和设置在盖帽层上的栅电极分隔形成相对的两部分。5.如权利要求1所述的具有盖帽层的常开型氧化镓基HFET器件，其特征在于，所述源电极与盖帽层接近于源电极的侧壁间距小于所述源电极与栅电极接近于源电极的侧壁间距；所述漏电极与盖帽层接近于漏电极的侧壁间距小于所述漏电极与栅电极接近于漏电极的侧壁间距；所述盖帽层与源电极之间的间距小于盖帽层与漏电极之间的间距；所述栅电极与源电极之间的间距小于栅电极与漏电极之间的间距。6.如权利要求1所述的具有盖帽层的常开型氧化镓基HFET器件，其特征在于，所述衬底为半绝缘或高阻β
‑
Ga2O3衬底，其掺杂有Mg、Fe、Zn、N、P中的任一种元素，且掺杂元素的摩尔百分比为0.045～0.055；所述缓冲层为非故意掺杂β
‑
Ga2O3缓冲层；所述沟道层为非故意掺杂β
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Ga2O3沟道层；所述间隔层为Al组分含量为0.16～0.25的本征(AlGa)2O3间隔层；所述势垒层为n型掺杂的(AlGa)2O3势垒层，其掺杂的元素种类包含Si、Sn、Ge、F、Cl中的任意一种，且掺杂浓度为1
×
10
16
～5
×
10
18
/cm3，其中，Al组分含量为0.15～0.3；所述盖帽层为非故意掺杂β
‑
Ga2O3盖帽层；所述钝化层为Al2O3、SiO2、Si3N4、HfO2中的任意一种沉积形成；所述源电极和漏电极为Ti、Al、Au三层金属依次淀积形成。所述栅电极为Ni、Au两层金属淀积形成。7.如权利要求1至6之一所述的具有盖帽层的常开型氧化镓基HFET器件，其特征在于，所述缓冲层的长宽规格与衬底相同；所述沟道层对应与源电极和漏电极连接的端面两侧均被刻蚀处理形成具有高度落差相同的台面状，且所述间隔层的长宽规格与沟道层上形成台面状规格相同；
所述势垒层的长宽规格与间隔层相同。8...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨伟锋，帅浩，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：