一种高阻值GaN基HEMT器件及其制备方法技术

本申请涉及半导体器件领域，公开了一种高阻值GaN基HEMT器件及其制备方法，制备方法包括以下步骤：氮化处理；预铺Al；生长AlN缓冲层：依次生长第一AlN缓冲层、第二AlN缓冲层和第三AlN缓冲层；生长AlGaN缓冲层：依次生长第一Al

【技术实现步骤摘要】
一种高阻值GaN基HEMT器件及其制备方法


[0001]本申请涉及半导体器件领域，主要涉及一种高阻值GaN基HEMT器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着市场对高压转换器件的需求越来越大，硅器件由于自身材料的局限性已无法满足要求。GaN（Gallium Nitride，氮化镓）基HEMT（High Electron Mobility Transistor，高电子迁移率晶体管）器件具有很高的电子饱和速度及击穿电压，能够满足射频功率器件对速度和高耐压的需求，受到国际众多半导体器件厂商的极大重视，成为新的研究热点。
[0003]GaN基HEMT器件的制备工艺中，其关键核心技术之一是高质量、高阻值GaN基外延结构的生长。而GaN基外延结构的生长所需的众多衬底（蓝宝石、硅、碳化硅）中，由于硅衬底价格便宜，制备工艺成熟，故大尺寸的硅衬底GaN基HEMT器件极具成本优势，也更容易实现量产。目前，业界普遍采用降低温度、减少NH3流量等MOCVD（Metal
‑
organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化学气相沉积法）外延工艺来实现高阻值GaN外延层的生长，即GaN自掺碳（C）工艺。这种方法相较于离子注入法、P型杂质掺杂法等，具有简单易行、成本低、不会污染MOCVD系统的优点，但这种方法的缺点是增加了高阻值GaN外延层的位错密度，很大程度上影响了HEMT器件的漏电特性和耐压能力，从而限制HEMT器件的应用。
[0004]因此，现有技术还有待于改进和发展。/>
技术实现思路

[0005]鉴于上述现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种高阻值GaN基HEMT器件及其制备方法，旨在解决现有技术中采用MOCVD外延工艺会增加GaN基外延结构的位错密度、影响GaN基HEMT器件的漏电特性和耐压能力的问题。
[0006]本申请的技术方案如下：一种高阻值GaN基HEMT器件的制备方法，所述高阻值GaN基HEMT器件的衬底为硅衬底，其中，包括以下步骤：氮化处理；预铺Al；生长AlN缓冲层：依次生长第一AlN缓冲层、第二AlN缓冲层和第三AlN缓冲层；生长AlGaN缓冲层：依次生长第一Al
y
Ga1‑
y
N缓冲层和第二Al
y
Ga1‑
y
N缓冲层；生长自掺碳高阻值GaN外延层；生长GaN沟道层；生长Al
y
Ga1‑
y
N势垒层；生长GaN帽层。
[0007]在本申请中，通过优化工艺，可以大幅降低AlN缓冲层以及自掺碳高阻值GaN外延层的位错密度，提高晶体质量。
[0008]所述的高阻值GaN基HEMT器件的制备方法，其中，所述生长AlN缓冲层的过程包括
以下步骤：在1050
‑
1100℃，反应腔压力维持在50
‑
200torr，通入流量为2
‑
5slm的NH3、流量为100
‑
200sccm的TMAl，生长厚度为10
‑
20nm的第一AlN缓冲层；降低温度至1030
‑
1080℃，反应腔压力维持在50
‑
200torr，NH3流量增加至3
‑
6slm，TMAl流量增加至350
‑
500sccm，生长厚度为50
‑
100nm的第二AlN缓冲层；降低温度至1025
‑
1075℃，反应腔压力维持在50
‑
200torr，减少NH3流量至0.2
‑
0.6slm，维持TMAl流量不变，生长厚度为200
‑
300nm的第三AlN缓冲层。
[0009]AlN缓冲层采用三步生长法，温度逐步降低，长速逐步加快，短时间完成生长模式的转换，省时高效。
[0010]所述的高阻值GaN基HEMT器件的制备方法，其中，所述生长AlGaN缓冲层的过程包括以下步骤：升高温度至1030
‑
1080℃，反应腔压力维持在50
‑
200torr，NH3流量增加至0.4
‑
0.8slm、TMAl流量不变、TMGa的流量为45
‑
55sccm，处理时间为1
‑
2min，使Al
y
Ga1‑
y
N层的Al组分y从1减至0.45
‑
0.55；生长厚度为50
‑
100nm的第一Al
y
Ga1‑
y
N缓冲层，y=0.45
‑
0.55；降低温度至990
‑
1040℃，反应腔压力维持在50
‑
200torr，NH3、TMAl流量不变，增加TMGa流量至95
‑
105sccm，处理时间为1
‑
2min，使Al
y
Ga1‑
y
N层的Al组分y从0.45
‑
0.55减至0.06
‑
0.08；生长厚度为150
‑
250nm的第二Al
y
Ga1‑
y
N缓冲层，y=0.06
‑
0.08。
[0011]所述的高阻值GaN基HEMT器件的制备方法，其中，所述氮化处理的过程包括以下步骤：在1050
‑
1100℃，反应腔压力维持在50
‑
200torr，通入流量为0.1
‑
1slm 的NH3，处理时间15
‑
60S；所述预铺Al的过程包括以下步骤：在1050
‑
1100℃，反应腔压力维持在50
‑
200torr，在氢气气氛下通入流量为30
‑
80sccm的TMAl，沉积时间为40
‑
120S。
[0012]所述的高阻值GaN基HEMT器件的制备方法，其中，在进行所述氮化处理前，还包括以下步骤：高温除杂：在1050
‑
1100℃，反应腔压力维持在50
‑
200torr，氢气气氛下处理所述硅衬底1
‑
3分钟。
[0013]所述的高阻值GaN基HEMT器件的制备方法，其中，所述生长自掺碳高阻值GaN外延层的过程包括以下步骤：在1000
‑
1020℃，反应腔压力维持50
‑
200torr，通入流量为10
‑
30slm 的NH3、流量为120
‑
150slm 的TMGa，生长厚度为2
‑
3um的所述自掺碳高阻GaN外延层，碳掺杂浓度为5E18
‑
1E19atoms/cm3。
[0014]所述的高阻值GaN基HEMT器件的制备方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高阻值GaN基HEMT器件的制备方法，所述高阻值GaN基HEMT器件的衬底为硅衬底，其特征在于，包括以下步骤：氮化处理；预铺Al；生长AlN缓冲层：依次生长第一AlN缓冲层、第二AlN缓冲层和第三AlN缓冲层；生长AlGaN缓冲层：依次生长第一Al
y
Ga1‑
y
N缓冲层和第二Al
y
Ga1‑
y
N缓冲层；生长自掺碳高阻值GaN外延层；生长GaN沟道层；生长Al
y
Ga1‑
y
N势垒层；生长GaN帽层。2.根据权利要求1所述的高阻值GaN基HEMT器件的制备方法，其特征在于，所述生长AlN缓冲层的过程包括以下步骤：在1050
‑
1100℃，反应腔压力维持在50
‑
200torr，通入流量为2
‑
5slm的NH3、流量为100
‑
200sccm的TMAl，生长厚度为10
‑
20nm的所述第一AlN缓冲层；降低温度至1030
‑
1080℃，反应腔压力维持在50
‑
200torr，NH3流量增加至3
‑
6slm，TMAl流量增加至350
‑
500sccm，生长厚度为50
‑
100nm的所述第二AlN缓冲层；降低温度至1025
‑
1075℃，反应腔压力维持在50
‑
200torr，减少NH3流量至0.2
‑
0.6slm，维持TMAl流量不变，生长厚度为200
‑
300nm的所述第三AlN缓冲层。3.根据权利要求2所述的高阻值GaN基HEMT器件的制备方法，其特征在于，所述生长AlGaN缓冲层的过程包括以下步骤：升高温度至1030
‑
1080℃，反应腔压力维持在50
‑
200torr，NH3流量增加至0.4
‑
0.8slm、TMAl流量不变、TMGa的流量为45
‑
55sccm，处理时间为1
‑
2min，使Al
y
Ga1‑
y
N层的Al组分y从1减至0.45
‑
0.55；生长厚度为50
‑
100nm的第一Al
y
Ga1‑
y
N缓冲层，y=0.45
‑
0.55；降低温度至990
‑
1040℃，反应腔压力维持在50
‑
200torr，NH3、TMAl流量不变，增加TMGa流量至95
‑
105sccm，处理时间为1
‑
2min，使Al
y
Ga1‑
y
N层的Al组分y从0.45
‑
0.55减至0.06
‑
0.08；生长厚度为150
‑
250nm的所述第二Al
y
Ga1‑
y
N缓冲层，y=0.06
‑
0.08。4.根据权利要求1所述的高阻值GaN基HEMT器件的制备方法，其特征在于，所述氮化处理的过程包括以下步骤：在1050
‑
1100℃，反应腔压力维持在50
‑
200torr，通入流量为0.1
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：郭嘉杰，吴帆，王慧勇，张南，刘自然，孔倩茵，
申请(专利权)人：季华实验室，
类型：发明
国别省市：