一种具有刻蚀自终止效果的GaN-HEMT器件的制备方法技术

一种具有刻蚀自终止效果的GaN

【技术实现步骤摘要】
一种具有刻蚀自终止效果的GaN
‑
HEMT器件的制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种具有刻蚀自终止效果，防止AlGaN势垒层过刻蚀的GaN
‑
HEMT器件的制备方法。

技术介绍

[0002]在电力电子器件
，以GaN和SiC为代表的第三代半导体越来越被人们重视，其中GaN具有禁带宽度大、临界击穿场强和电子迁移率高等优点，在快充、数据中心、OBC、太阳能逆变器等功率器件市场具有强大的应用潜力。
[0003]目前GaN在功率器件的主要应用形式是GaN HEMT器件，自1993年Khan等人制作出了第一个AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT），水平结构的GaN HEMT器件以其优于Si器件的电学性能和更低的能耗受到人们的广泛关注。
[0004]GaN HEMT器件具有优于传统Si器件的性能，在最主流的PGaN增强型GaN HEMT器件制备过程中，P
‑
GaN的刻蚀是最重要的一步工艺，由于实际P
‑
GaN刻蚀过程中，外延片不同区域掺MgP
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GaN盖帽层有一定的厚度误差，通常造成P
‑
GaN刻不尽或者P
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GaN层下方AlGaN势垒层过刻，这两种现象都会导致GaN HEMT沟道层2DEG浓度下降，不但造成器件的导通电阻上升、电流密度下降，而且使器件在高频下动态电阻相比静态电阻比值大，对器件的性能和使用造成巨大的影响，因此解决P
‑r/>GaN刻蚀过程中出现P
‑
GaN刻不尽或者P
‑
GaN层下方AlGaN势垒层过刻的问题，对GaN HEMT器件的商业化和推广都有重要的意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对以上问题，提供了一种提高电流密度、减小高频电流崩塌效应的具有刻蚀自终止效果，防止AlGaN势垒层过刻蚀的GaN
‑
HEMT器件的制备方法。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种具有刻蚀自终止效果的GaN
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HEMT器件的制备方法，包括以下步骤：S100，在衬底上依次制备AlN间隔层、Al组分渐变缓冲AlGaN层和掺C高阻GaN层、GaN沟道层和AlN插入层；S200，在AlN插入层上依次制备多层AlGaN势垒层；S300，在多层AlGaN势垒层上制备掺Mg P
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GaN盖帽层；S400，在外延片上对栅极区域外进行掺Mg P
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GaN盖帽层刻蚀并沉积隔离层；S500，对外延片上无源区进行ISO隔离；S600，在外延片上制备D极欧姆接触金属、S极欧姆接触金属；S700，在外延片上制备G电极肖特基接触金属和G极Pad金属；S800，在外延片上制备S极场板，G、S、D极Pad金属；S900，在外延片上制备隔离层和G、S、D极Pad开窗。
[0007]具体的，步骤S100中：所述衬底的平均厚度为1mm
‑
5mm；
所述AlN间隔层的平均厚度为100nm
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1000nm；所述Al组分渐变缓冲AlGaN层的平均厚度为1000nm
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5000nm；所述掺C高阻GaN层的平均厚度为3000nm
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8000nm；所述GaN沟道层的平均厚度为100
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500nm；所述AlN插入层的平均厚度小于2nm。
[0008]具体的，步骤S200中：所述AlGaN势垒层的平均厚度为10
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50nm；所述多层AlGaN势垒层由从下往上Al组分阶梯增加的多层AlGaN构成。
[0009]具体的，步骤S300中：所述掺Mg P
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GaN盖帽层的平均厚度为20nm
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200nm。
[0010]具体的，骤S400包括：S410，通过外延片清洗、涂胶、光刻、显影，对栅极区域使用光刻胶进行保护，对栅极区域外未使用光刻胶保护区域进行掺Mg P
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GaN盖帽层刻蚀，随后清洗掉光刻胶，并沉积隔离层；具体的，步骤S410中，掺Mg P
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GaN盖帽层使用ICP干法刻蚀，刻蚀气体为Cl2和BCl3。
[0011]具体的，步骤S500包括：S510，通过外延片清洗、涂胶、光刻、显影，对器件有源区使用光刻胶进行保护；S520，使用高能离子注入外延片上无源区，破坏掉无源区中GaN沟道层、AlN插入层和多层AlGaN势垒层的内部晶格结构，使其变为高阻态的ISO隔离区，ISO隔离区起到电性隔离的作用。
[0012]具体的，步骤S600包括：S610，通过外延片清洗、涂胶、光刻、显影，对D、S电极区域外使用光刻胶进行保护，对D、S电极区域进行刻蚀，随后清洗掉光刻胶；S620，在D、S电极刻蚀区域制备D极欧姆接触金属、S极欧姆接触金属；具体的，步骤S700包括：S710，通过外延片清洗、涂胶、光刻、显影，对G电极区域外使用光刻胶进行保护，对G电极区域进行刻蚀，随后清洗掉光刻胶；S720，在G电极刻蚀区域制备G电极肖特基接触金属，在设计的G极Pad区域制备G极Pad金属。
[0013]具体的，步骤S800包括：S810，通过外延片清洗、涂胶、光刻、显影，对S、D极和G、S、D极Pad区域外使用光刻胶进行保护，对S、D极和G、S、D极Pad区域进行刻蚀，随后清洗掉光刻胶；S820，在设计的区域制备S极场板和G、S、D极Pad金属。
[0014]具体的，步骤S900包括：S910，沉积隔离层作为钝化层；S920，通过外延片清洗、涂胶、光刻、显影，对设计的G、S、D极Pad金属区域外用光刻胶进行保护，对设计的G、S、D极Pad金属区域刻蚀开窗。
[0015]一种具有刻蚀自终止效果的GaN
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HEMT器件，包括从下而上依次连接的衬底、AlN间隔层、Al组分渐变缓冲AlGaN层、掺C高阻GaN层、GaN沟道层、AlN插入层、多层AlGaN势垒层和
隔离层；所述GaN沟道层和多层AlGaN势垒层之间，位于D极欧姆接触金属、S极欧姆接触金属外侧设有ISO隔离区；所述多层AlGaN势垒层上设有位于隔离层内的掺Mg P
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GaN盖帽层；所述掺Mg P
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GaN盖帽层的顶部设有与之相连，并位于隔离层内的G电极肖特基接触金属；所述隔离层内设有延伸至多层AlGaN势垒层的S极欧姆槽和D极欧姆槽；所述S极欧姆槽内设有S极欧姆接触金属；所述D极欧姆槽内设有D极欧姆接触金属；所述隔离层内，位于G电极肖特基接触金属的上方设有水平延伸至S极欧姆接触金属的S极场板。
[0016]本专利技术提出的一种具有刻蚀自终止效果的GaN
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HEMT器件的制备方法，具有以下优点：1、采用从下往上Al组分阶梯增加的多层AlGaN势垒层，下层Al组分较低的AlGaN层与GaN沟道层生成2DEG，最上层Al组分较高的Al本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有刻蚀自终止效果的GaN
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HEMT器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S100，在衬底（1）上依次制备AlN间隔层（2）、Al组分渐变缓冲AlGaN层（3）、掺C高阻GaN层（4）、GaN沟道层（5）和AlN插入层（6）S200，在AlN插入层（6）上依次制备渐变Al组分的多层AlGaN势垒层（7）；S300，在多层AlGaN势垒层（7）上制备掺Mg P
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GaN盖帽层（12）；S400，在外延片上对栅极区域外进行掺Mg P
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GaN盖帽层（12）刻蚀并沉积隔离层（13）；S500，对外延片上无源区进行ISO隔离；S600，在外延片上制备S极欧姆接触金属（15）、D极欧姆接触金属（16）；S700，在外延片上制备G电极肖特基接触金属（17）和G极Pad金属；S800，在外延片上制备S极场板（18），G、S、D极Pad金属；S900，在外延片上制备隔离层（13）和G、S、D极Pad开窗。2.根据权利要求1所述的一种具有刻蚀自终止效果的GaN
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HEMT器件的制备方法，其特征在于，步骤S100中：所述衬底（1）的平均厚度为1mm
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5mm；所述AlN间隔层（2）的平均厚度为100nm
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1000nm；所述Al组分渐变缓冲AlGaN层（3）的平均厚度为1000nm
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5000nm；所述掺C高阻GaN层（4）的平均厚度为3000nm
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8000nm；所述GaN沟道层（5）的平均厚度为100
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500nm；所述AlN插入层（6）的平均厚度小于2nm。3.根据权利要求1所述的一种具有刻蚀自终止效果的GaN
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HEMT器件，其特征在于，步骤S200中：所述多层AlGaN势垒层（7）的平均厚度为10
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50nm；所述多层AlGaN势垒层（7）由Al组分渐变的多层AlGaN构成，从下往上各层AlGaN的Al组分阶梯增加。4.根据权利要求1所述的一种具有刻蚀自终止效果的GaN
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HEMT器件，其特征在于，步骤S300中：所述掺Mg P
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GaN盖帽层（12）的平均厚度为20nm
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200nm。5.根据权利要求1所述的一种具有刻蚀自终止效果的GaN
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【专利技术属性】
技术研发人员：代书雨，周理明，徐峰，傅信强，王毅，
申请(专利权)人：扬州扬杰电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：