一种提高阈值电压稳定性及栅耐压的GaNHEMT器件及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种提高阈值电压稳定性及栅耐压的GaN HEMT器件及制备方法，方法包括：在衬底层层叠生长缓冲层、沟道层、势垒层、第一钝化层；在势垒层两端之上制备源极和漏极；在暴露的势垒层上制备p型SnO层；在p型SnO层上制备n型SnO2层；利用ICPCVD工艺制备第二钝化层；刻蚀掉中间部分的第二钝化层，以暴露部分n型SnO2层，并在暴露的n型SnO2层上制备栅极。本发明专利技术通过在p型SnO层上生长一层n型SnO2层的方式，成功缓解了GaN HEMT器件面临的阈值电压不稳定性问题和栅耐压较低的问题。稳定性问题和栅耐压较低的问题。稳定性问题和栅耐压较低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种提高阈值电压稳定性及栅耐压的GaN HEMT器件及制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体器件
，具体涉及一种提高阈值电压稳定性及栅耐压的GaN HEMT器件及制备方法。

技术介绍

[0002]GaN作为第三代半导体材料的典型代表，具有禁带宽度大、击穿场强高、极化系数高、电子迁移率和电子饱和漂移速度高等一系列优势，同时与AlGaN形成异质结后会产生高浓度高迁移率的二维电子气，这些优势使GaN成为制备新一代高性能高频功率开关器件的优选材料。目前，以GaN为基础制备的HEMT功率器件可以分为耗尽型器件和增强型器件两大类。然而，耗尽型GaN HEMT器件因其固有的负栅压关断引起的高功率损耗问题使其应用有限，在实际应用中，具有零栅压关断且失效保护功能的增强型GaN HEMT器件相比耗尽型GaN HEMT器件应用更为广泛，也更受市场青睐。其良好的性能表现使其在诸如消费类电子、轨道交通、工业设备、通信基站等多方面的应用远景十分广阔。
[0003]实现增强型GaN HEMT器件的技术中主要包括p型GaN帽层技术、薄势垒结构、凹槽栅结构和栅下F离子注入等，其中p型GaN帽层技术实现的增强型器件已成功在市场上运用。尽管如此，目前p型GaN帽层仍然存在一些难以克服的问题：如实现的阈值电压较低、p型GaN非栅区刻蚀均匀性差及刻蚀过程中在AlGaN表面会引入高密度的表面缺陷等。因此，相关研究人员提出可以使用低温合成、只通过剥离操作就可以实现增强型GaN HEMT器件的p型金属氧化物(氧化亚锡、氧化镍等)材料来代替p型GaN帽层，以达到解决上述问题的同时降低工艺成本的目的。
[0004]然而，到目前为止，已公开的采用p型金属氧化物帽层(主要为氧化镍、氧化亚铜)制备的GaN HEMT器件，要么为负的阈值电压正漂效果不明显，仍然为耗尽型器件；要么其实现的器件阈值电压较低(不到1V)，尚无明显的应用潜力。在p型金属氧化物中，p型氧化亚锡(p型SnO)在不经掺杂情况下的p型浓度可高达10
19
cm
‑3、禁带宽度可达3.9eV，同时可利用多种薄膜工艺实现低温沉积。
[0005]然而，p型SnO GaN HEMT器件还面临着如下问题：(1)、p型SnO材料本身处于亚稳态，其亚稳态特性主要表现为容易和外来水分子中的氢离子反应生成络合物，同时在器件制造的高温工序下还会生成更加稳定的n型氧化锡(SnO2)，但会失去p型导电能力，因此通过用p型SnO作栅帽层的GaN HEMT器件面临着阈值电压不稳定的问题。(2)、p型SnO在与栅金属接触时形成的冶金结处峰值电场过大及峰值电场的不均匀使器件发生提前击穿现象，造成器件的栅耐压较低的问题。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种提高阈值电压稳定性及栅耐压的GaN HEMT器件及制备方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0007]本专利技术的一个实施例提供了一种提高阈值电压稳定性及栅耐压的GaN HEMT器件的制备方法，所述GaN HEMT器件的制备方法包括：
[0008]对衬底层进行预处理；
[0009]在所述衬底层上制备缓冲层；
[0010]在所述缓冲层上制备沟道层；
[0011]在所述沟道层上制备势垒层；
[0012]在第一温度下，在所述势垒层上制备第一钝化层；
[0013]在所述势垒层两端之上制备源极和漏极，且所述源极和所述漏极的侧部均与所述第一钝化层的侧部相接触；
[0014]刻蚀掉中间部分的第一钝化层，以暴露部分所述势垒层，并在暴露的所述势垒层上制备p型SnO层，且所述p型SnO层的两端的上部分位于所述第一钝化层的部分上表面；
[0015]在所述p型SnO层上制备覆盖所述p型SnO层的掺杂预设元素的n型SnO2层，所述预设元素为Sb、Pd、Ce、F原子中的一种；
[0016]在第二温度下，利用ICPCVD工艺在剩余暴露的所述第一钝化层和所述掺Sb的n型SnO2层上制备第二钝化层，所述第二温度小于所述第一温度；
[0017]刻蚀掉中间部分的所述第二钝化层，以暴露部分所述n型SnO2层，并在暴露的所述n型SnO2层上制备栅极。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，所述对衬底层进行预处理，包括：
[0019]利用丙酮、无水乙醇溶液和去离子水依次对衬底层进行超声清洗，之后用氮气吹干，并在氢气氛围中对衬底层进行热处理。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，所述在所述衬底层上制备缓冲层，包括：
[0021]在第一工艺条件下，利用MOCVD工艺在所述衬底层上淀积所述缓冲层；
[0022]所述在所述缓冲层上制备沟道层，包括：
[0023]在所述第一工艺条件下，利用MOCVD工艺在所述缓冲层上制备所述沟道层；
[0024]所述第一工艺条件为：所述MOCVD中的反应室压力为10
‑
100Torr，Ga源流量为50
‑
100μmol/min，氨气流量为3000
‑
6000sccm，氢气流量为1000
‑
2000sccm，温度为900℃。
[0025]在本专利技术的一个实施例中，所述在所述沟道层上制备势垒层，包括：
[0026]在第二工艺条件下，利用MOCVD工艺在所述沟道层上制备所述势垒层；
[0027]所述第二工艺条件为：所述MOCVD中的反应室压力为10
‑
100Torr，Al源流量为10
‑
30μmol/min，Ga源流量为30
‑
90μmol/min，氨气流量为3000
‑
6000sccm，氢气流量为1000
‑
2000sccm，温度为900℃。
[0028]在本专利技术的一个实施例中，所述在所述势垒层上制备第一钝化层，包括：
[0029]在第三工艺条件下，利用PECVD工艺在所述势垒层上制备氮化硅材料的所述第一钝化层；
[0030]所述第三工艺条件为：所述PECVD中的反应室压力为0.5
‑
30Pa，第一温度为200
‑
350℃，反应室中同时通入甲硅烷和一氧化二氮气体或者甲硅烷和氨气气体。
[0031]在本专利技术的一个实施例中，所述在所述势垒层两端之上制备源极和漏极，包括：
[0032]刻蚀掉两端的所述第一钝化层，以暴露所述势垒层两端的上表面；
[0033]经过光刻、显影操作，在所述第一钝化层上制作制备所述源极和所述漏极的掩膜，
之后采用电子束蒸发工艺在所述势垒层两端的上表面淀积所述源极和所述漏极，并进行退火处理。
[0034]在本专利技术的一个实施例中，所述刻蚀掉中间部分的第一钝化层，以暴露部分所述势垒层，并在暴露的所述势垒层上制备p型SnO层，且所述p型SnO层的两端的上部分位于所述第一钝化层的部分上表面，包括：<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高阈值电压稳定性及栅耐压的GaN HEMT器件的制备方法，其特征在于，所述GaN HEMT器件的制备方法包括：对衬底层(1)进行预处理；在所述衬底层(1)上制备缓冲层(2)；在所述缓冲层(2)上制备沟道层(3)；在所述沟道层(3)上制备势垒层(4)；在第一温度下，在所述势垒层(4)上制备第一钝化层(5)；在所述势垒层(4)两端之上制备源极(61)和漏极(62)，且所述源极(61)和所述漏极(62)的侧部均与所述第一钝化层(5)的侧部相接触；刻蚀掉中间部分的第一钝化层(5)，以暴露部分所述势垒层(4)，并在暴露的所述势垒层(4)上制备p型SnO层(7)，且所述p型SnO层(7)的两端的上部分位于所述第一钝化层(5)的部分上表面；在所述p型SnO层(7)上制备覆盖所述p型SnO层(7)的掺杂预设元素的n型SnO2层(8)，所述预设元素为Sb、Pd、Ce、F原子中的一种；在第二温度下，利用ICPCVD工艺在剩余暴露的所述第一钝化层(5)和所述掺Sb的n型SnO2层(8)上制备第二钝化层(9)，所述第二温度小于所述第一温度；刻蚀掉中间部分的所述第二钝化层(9)，以暴露部分所述n型SnO2层(8)，并在暴露的所述n型SnO2层(8)上制备栅极(10)。2.根据权利要求1所述的GaN HEMT器件的制备方法，其特征在于，所述对衬底层(1)进行预处理，包括：利用丙酮、无水乙醇溶液和去离子水依次对衬底层(1)进行超声清洗，之后用氮气吹干，并在氢气氛围中对衬底层(1)进行热处理。3.根据权利要求1所述的GaN HEMT器件的制备方法，其特征在于，所述在所述衬底层(1)上制备缓冲层(2)，包括：在第一工艺条件下，利用MOCVD工艺在所述衬底层(1)上淀积所述缓冲层(2)；所述在所述缓冲层(2)上制备沟道层(3)，包括：在所述第一工艺条件下，利用MOCVD工艺在所述缓冲层(2)上制备所述沟道层(3)；所述第一工艺条件为：所述MOCVD中的反应室压力为10
‑
100Torr，Ga源流量为50
‑
100μmol/min，氨气流量为3000
‑
6000sccm，氢气流量为1000
‑
2000sccm，温度为900℃。4.根据权利要求1所述的GaN HEMT器件的制备方法，其特征在于，所述在所述沟道层(3)上制备势垒层(4)，包括：在第二工艺条件下，利用MOCVD工艺在所述沟道层(3)上制备所述势垒层(4)；所述第二工艺条件为：所述MOCVD中的反应室压力为10
‑
100Torr，Al源流量为10
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30μmol/min，Ga源流量为30
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90μmol/min，氨气流量为3000
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6000sccm，氢气流量为1000
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2000sccm，温度为900℃。5.根据权利要求1所述的GaN HEMT器件的制备方法，其特征在于，所述在所述势垒层(4)上制备第一钝化层(5)，包括：在第三工艺条件下，利用PECVD工艺在所述势垒层(4)上制备氮化硅材料的所述第一钝化层(5)；
所述第三工艺条件为：所述PECVD中的反应室压力为0.5
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30Pa，第一温度为200
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350℃，反应室中同时通入甲硅烷和一氧化二氮气体或者甲硅烷和氨气气体。6.根据权利要求1所述的GaN...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈大正，穆昌根，张春福，赵胜雷，张进成，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：