一种氧气钝化加栅极自对准的p-GaNHEMT器件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及氧气钝化加栅极自对准的p

【技术实现步骤摘要】
一种氧气钝化加栅极自对准的p
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GaN HEMT器件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种氧气钝化加栅极自对准的p
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GaN HEMT器件及其制备方法，属于半导体器件


技术介绍

[0002]氮化镓(GaN)材料因其宽带隙、高热导率等特点，广泛应用于功率半导体器件中。而基于氮化镓材料制成的高电子迁移率晶体管(HEMT)，可以工作在高频、高温、高压等恶劣环境中，使其在芯片制造等产业具有较大的应用空间。GaN HEMT的工作原理是借助AlGaN外延层和GaN层之间的高浓度二维电子气(2DEG)导电，因此其具有迁移率高，通态电阻小等优势。
[0003]GaN HEMT的导电沟道是由压电效应和极化效应自然形成，因此在正常状态下，器件工作在导通状态下，因此称为常开型(D
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mode)器件。为了安全工作的需求和简化驱动的考虑，需要对D
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mode器件进行处理，使其成为只在栅压(VG)作用下才能导通的常关型(E
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mode)器件。目前实现E
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mode GaN HEMT的方式主要有三种：栅极挖槽型(Gate Recess)，p
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GaN层耗尽型(p
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GaN)和氟离子注入型。p
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GaN HEMT在制作过程中对导电沟道损伤较小，使得器件具有较小的通态电阻和较高的电子迁移率。因此，p
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GaN HMET对比于其它方法，具有更大的发展前景。。
[0004]p
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GaN型GaN HEMT是基于p
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GaN的外延片制成。P
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GaN外延片是在传统AlGaN/GaN外延上再生长一层p
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GaN层。在制备中去掉栅极下p
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GaN层以外的p
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GaN层，从而保留固有的2DEG导电沟道。而栅极保留的p
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GaN与AlGaN层相互作用，会耗尽下方2DEG，在无栅极电压作用下，呈关断状态，从而实现常关型(E
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mode)功能。
[0005]现有技术中，通过氢气钝化p
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GaN使氢离子和p
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GaN层中的Mg离子形成Mg
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H键钝化p
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GaN层的方式已经存在，然而由于Mg
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H键的不稳定性，氢气的钝化方式无法实现高温工况下的可靠，这种方式丧失了耐高温的能力。而通过氧气钝化的工艺通常会在p
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GaN与AlGaN层之间生长AlN层，这样便于控制氧化时间，然而1
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5nm左右的AlN薄层作为半导体材料无法提升器件的耐击穿特性。另还有一种全刻蚀方案，通过刻蚀去除源、漏极和栅极之间p
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GaN层的方式难点在于精确控制刻蚀深度，同时减少刻蚀后表面粗糙程度，并且避免刻蚀对晶格造成的刻蚀损伤，这样的稳定工艺条件往往需要苛刻的环境和长期的调试。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种氧气钝化加栅极自对准的p
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GaN HEMT器件及其制备方法，实现了栅极自对准的制备工艺，通过这种方法可以提高器件栅极控制性能。
[0007]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种氧气钝化加栅极自对准的p
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GaN HEMT器件的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1、在基层表面依次生长GaN势垒层和AlGaN层以及p
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GaN层；
[0009]S2、在所述p
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GaN层上定义有源区位置后，通过PVD在所述p
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GaN层表面生长Ni/Au
或Ni/Ag作为栅极金属，定义栅极位置；
[0010]S3、通过LPCVD在所述栅极表面生长SiOx掩膜层；
[0011]S4、通过ICP O2等离子体钝化器件，将所述p
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GaN层未被SiOx掩膜层保护区域钝化为高阻层；
[0012]S5、去除所述SiOx掩膜层，将器件在高温氧化炉中氧化，所述栅极金属氧化与所述栅极下方的p
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GaN层形成欧姆接触；
[0013]S6、通过光刻定义源极和漏极区域，选择性刻蚀二次氧化区域的所述p
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GaN层；
[0014]S7、PVD沉淀和退火形成源极和漏极的欧姆接触，采用PRCVD沉积SiNx钝化层，完成器件制作。
[0015]进一步地，所述GaN势垒层厚度为2
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5μm。
[0016]进一步地，所述AlGaN层厚度为15
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25nm。
[0017]进一步地，在所述步骤S2中通过ICP刻蚀或离子注入方法定义所述有源区位置。
[0018]进一步地，在所述步骤S6中通过KOH溶液或KCl溶液刻蚀二次氧化后的所述高阻层。
[0019]进一步地，在所述步骤S7中使用PVD生长Ti/Al/Ni/TiN四层金属，并在惰性气体环境下退火，使所述源极和漏极实现欧姆接触。
[0020]本申请还提供一种使用如上所述的氧气钝化加栅极自对准的p
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GaN HEMT器件的制备方法制备的氧气钝化加栅极自对准的p
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GaN HEMT器件。
[0021]本专利技术技术方案的有益效果在于：本申请提供的一种氧气钝化加栅极自对准的p
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GaN HEMT器件的制备方法在步骤S5中使用高温热氧化的方法替代传统ICP刻蚀法，可以避免离子轰击形成的损伤，减少器件表面的损伤，且使用氧气钝化后的器件具有耐高温特性。且高温热氧化方法基于氧气进行氧化，使得AlGaN层中的Al元素与氧气发生反应自动阻止进一步氧化，避免使用ICP刻蚀法对AlGaN层造成的损伤进而影响器件的性能。本申请使用栅极金属替代掩膜版的作用进行氧化，实现自对准的工艺处理，通过欧姆接触的栅极金属实现空穴注入型晶体管，空穴可以与电子结合，抑制电子缺陷，提高器件阈值电压的稳定性，同时减少工艺步骤，提高工艺的简便性。
[0022]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
[0023]图1为本专利技术器件的制备工艺流程示意图。
具体实施方式
[0024]下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0025]以下将以图式及详细叙述对本案进行清楚说明，任何本领域技术人员在了解本案的实施例后，当可由本案所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本案的精神与范围。
[0026]关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”等，均为开放性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧气钝化加栅极自对准的p
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GaN HEMT器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在基层表面依次生长GaN势垒层和AlGaN层以及p
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GaN层；S2、在所述p
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GaN层上定义有源区位置后，通过PVD在所述p
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GaN层表面生长Ni/Au或Ni/Ag作为栅极金属，定义栅极位置；S3、通过LPCVD在所述栅极表面生长SiOx掩膜层；S4、通过ICP O2等离子体钝化器件，将所述p
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GaN层未被SiOx掩膜层保护区域钝化为高阻层；S5、去除所述SiOx掩膜层，将器件在高温氧化炉中氧化，所述栅极金属氧化与所述栅极下方的p
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GaN层形成欧姆接触；S6、通过光刻定义源极和漏极区域，选择性刻蚀二次氧化区域的所述p
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GaN层；S7、PVD沉淀和退火形成源极和漏极的欧姆接触，采用PRCVD沉积SiNx钝化层，完成器件制作。2.如权利要去1所述的氧气钝化加栅极自对准的p
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GaN HEMT器件的制备方法，其特征在于，所述GaN势垒层厚度为2

【专利技术属性】
技术研发人员：李帆，曹平予，张元雷，刘雯，
申请(专利权)人：西交利物浦大学，
类型：发明
国别省市：