一种III族氮化物的增强型HEMT的制备方法技术

本发明专利技术涉及半导体器件技术领域，更具体地，涉及一种III族氮化物的增强型HEMT的制备方法。采用结合干法刻蚀、MOCVD热刻蚀与二次生长技术，实现栅极下方沟道的关断特性，彻底避免栅极区域以外的接入区的晶格损伤问题，提高栅极区域外的接入区的导电能力。通过设计无损伤的一次外延氮化物势垒层结合二次外延氮化物势垒层结构，从而合理同时实现器件关断特性及接入区的导通能力，且降低由于界面陷阱引起的器件电流崩塌问题，最终能有效实现高阈值电压、高导通性能、高稳定性的增强型器件。高稳定性的增强型器件。高稳定性的增强型器件。

【技术实现步骤摘要】
一种III族氮化物的增强型HEMT的制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体器件
，更具体地，涉及一种III族氮化物的增强型HEMT的制备方法。

技术介绍

[0002]以GaN材料为代表的第三代半导体材料由于宽禁带宽度、高临界击穿电场、高电子饱和漂移速度、良好的热导率等优点。利用AlGaN/GaN异质结构界面处高浓度、高迁移率的二维电子气工作，所制备的器件具有低导通/开关损耗、高功率密度、高开关频率、高工作温度以及抗辐射的能力，非常满足现代功率电子器件应用所需的要求。
[0003]AlGaN/GaN异质结构(高的二维电子气，2DEG)使得GaN基电子器件一般为耗尽型。为简化器件外围电路、保证系统失效安全，增强型器件是必不可少的。目前，如何实现具备更正的阈值电压的增强型器件仍是GaN基电子器件面临的一个重要挑战。实现增强型器件的一般思路是保留接入区高导通的2DEG，即不影响器件的导通电阻，同时耗尽栅极下方沟道2DEG，以实现器件栅极在不施加电压情况下也处于关断状态。业界普遍采用绝缘槽栅结构(MOSFET)、共源共栅级联结构(Cascode)、以及p型栅结构这三种方法实现增强型GaN基器件.
[0004]上述结构中，由于p型栅器件结构简单、阈值电压稳定性好等优点备受学术界和产业界关注。近年来，p型栅器件已经开始产业化，推行该结构器件的主要公司有日本的Panasonic公司、美国的EPC公司及加拿大的GaN Systems公司。关于p型栅增强型AlGaN/GaN HEMT器件的实现，业界普遍采用主要采用刻蚀技术方案。该技术容易实现、效率高、刻蚀各项异性好，但存在刻蚀均匀性差、存在刻蚀损伤等缺点。尽管后续发展低功率刻蚀、数字湿法刻蚀、刻蚀后处理、刻蚀自停止层等技术，但仍有不同程度的刻蚀损伤会在刻蚀界面处引入陷阱能级，引起器件电流崩塌、阈值电压稳定性差等问题，从而影响器件的性能均一性和可靠性。另一种技术方案选择区域生长p
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GaN技术也被采用，即在AlGaN/GaN异质结构上进行p
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GaN层的选择区域生长，从而实现栅极区域形成p
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GaN层，而接入区无p
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GaN层的结构。该方案能避免刻蚀，但受制于外延生长动力学的影响，当器件的栅长较小时，即生长窗口很窄时，p
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GaN材料选区生长难以控制且掺杂不均匀，目前在这些方面没有突破性进展。
[0005]总而言之，现有的p型栅增强型AlGaN/GaN HEMT(High Electron Mobility Transistor)器件的制备技术因为刻蚀损伤问题或p
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GaN选择区域生长问题导致器件无法实现高电学性能和可靠性，一种同时保证无刻蚀损伤、p
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GaN生长质量优异的新方案亟待被提出。

技术实现思路

[0006]本专利技术为克服上述现有技术中的缺陷，提供一种III族氮化物的增强型HEMT的制备方法，实现更高的阈值电压、更低的导通电阻、更低的漏电流，以及更稳定的工作状态。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种III族氮化物的增强型HEMT
的制备方法，包括以下步骤：对一次外延氮化物势垒层顶层的p型氮化物层指定区域进行掩膜，通过干法刻蚀对无掩膜区的p型氮化物层进行部分去除，再通过MOCVD热刻蚀完全去除无掩膜区的剩余p型氮化物，以彻底避免无掩膜区的晶格损伤，保留栅极区域一次外延氮化物，实现栅极下方沟道夹断；再在无掩膜区二次外延氮化物势垒层，实现该区域高浓度的二维电子气。
[0008]在其中一个实施例中，增强型HEMT由下至上依次包括：衬底、半导体外延层、栅极、源极以及漏极；所述的半导体外延层由下至上依次包括：氮化物成核层、氮化物应力缓冲层、氮化物沟道层、无损伤的一次外延氮化物势垒层、p型氮化物层以及二次外延氮化物势垒层；p型氮化物层只位于栅极区域一次外延氮化物势垒层之上，实现栅极下方二维电子气沟道的夹断；二次外延氮化物势垒层生长于栅极区域之外的一次外延势垒层上。
[0009]在其中一个实施例中，所述的增强型HEMT的制备方法具体包括以下步骤：
[0010]S1.在衬底上生长半导体外延层，所述半导体外延层自下至上包括氮化物成核层、氮化物应力缓冲层、氮化物沟道层、一次外延氮化物势垒层，以及p型氮化物层；
[0011]S2.在p型氮化物层上制备掩膜层，通过干法刻蚀对无掩膜层区域的p型氮化物进行刻蚀，部分去除p型氮化物；
[0012]S3.通过MOCVD热刻蚀完全去除栅极区域以外的p型氮化物，热刻蚀停止于一次外延氮化物势垒层；
[0013]S4.进行选择区域生长二次外延氮化物势垒层；
[0014]S5.去除栅极区域之上的掩膜层，高温退火激活p型氮化物层；
[0015]S6.干法刻蚀实现器件隔离；
[0016]S7.欧姆接触区开窗口；
[0017]S8.形成源极、漏极欧姆接触金属，以及栅极金属。
[0018]在其中一个实施例中，所述的p型氮化物为GaN或InGaN，厚度为20nm～300nm。
[0019]在其中一个实施例中，所述的一次外延氮化物势垒层为AlGaN材料，Al组分为1％～35％，厚度为3nm～20nm。
[0020]在其中一个实施例中，所述的一次外延氮化物势垒层为AlInN、AlInGaN、AlN中的一种或组合。
[0021]在其中一个实施例中，当所述的p型氮化物层较薄时，通过MOCVD热刻蚀完全去除无掩膜区的p型氮化物。
[0022]在其中一个实施例中，所述的二次外延氮化物势垒层为AlGaN材料，Al组分为1％～45％，厚度为5nm～30nm。
[0023]在其中一个实施例中，所述的二次外延氮化物势垒层为AlInN、AlInGaN、AlN中的一种或组合。
[0024]在其中一个实施例中，所述的二次外延氮化物势垒层之上原位生长有盖帽层或钝化层。
[0025]与现有技术相比，有益效果是：本专利技术提供的一种III族氮化物的增强型HEMT的制备方法，采用结合干法刻蚀、MOCVD热刻蚀与二次生长技术，实现栅极下方沟道的关断特性，彻底避免栅极区域以外的接入区的晶格损伤问题，提高栅极区域外的接入区的导电能力。通过设计无损伤的一次外延氮化物势垒层结合二次外延氮化物势垒层结构，从而合理同时
实现器件关断特性及接入区的导通能力，且降低由于界面陷阱引起的器件电流崩塌问题，最终能有效实现高阈值电压、高导通性能、高稳定性的增强型器件。
附图说明
[0026]图1至图8是本专利技术实施例1的制备流程示意图，其中图8是实施例1所制备的HEMT器件的整体结构示意图；
[0027]图9是本专利技术实施例2中HEMT器件的整体结构示意图；
[0028]图10是本专利技术实施例3中HEMT器件的整体结构示意图；
[0029]图11是本专利技术实施例4中HEMT器件的整体结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种III族氮化物的增强型HEMT的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：对一次外延氮化物势垒层(5)顶层的p型氮化物层(6)指定区域进行掩膜，通过干法刻蚀对无掩膜区的p型氮化物层(6)进行部分去除，再通过MOCVD热刻蚀完全去除无掩膜区的剩余p型氮化物，以彻底避免无掩膜区的晶格损伤，保留栅极(10)区域一次外延氮化物，实现栅极(10)下方沟道夹断；再在无掩膜区二次外延氮化物势垒层(7)，实现该区域高浓度的二维电子气。2.根据权利要求1所述的III族氮化物的增强型HEMT的制备方法，其特征在于，增强型HEMT由下至上依次包括：衬底(1)、半导体外延层、栅极(10)、源极(8)以及漏极(9)；所述的半导体外延层由下至上依次包括：氮化物成核层(2)、氮化物应力缓冲层(3)、氮化物沟道层(4)、无损伤的一次外延氮化物势垒层(5)、p型氮化物层(6)以及二次外延氮化物势垒层(7)；p型氮化物层(6)只位于栅极(10)区域一次外延氮化物势垒层(5)之上，实现栅极下方二维电子气沟道的夹断；二次外延氮化物势垒层(7)生长于栅极(10)区域之外的一次外延势垒层(5)上。3.根据权利要求2所述的III族氮化物的增强型HEMT的制备方法，其特征在于，所述的增强型HEMT的制备方法具体包括以下步骤：S1.在衬底(1)上生长半导体外延层，所述半导体外延层自下至上包括氮化物成核层(2)、氮化物应力缓冲层(3)、氮化物沟道层(4)、一次外延氮化物势垒层(5)，以及p型氮化物层(6)；S2.在p型氮化物层(6)上制备掩膜层(13)，通过干法刻蚀对无掩膜层(13)区域的p型氮化物进行刻蚀，部分去除p型氮化物；S3.通过MOCVD热刻蚀完全去除栅极(10)区域以外的p型氮化物...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘扬，张津玮，何亮，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：