一种氮化镓基HEMT器件及制作方法技术

本发明专利技术公开了一种氮化镓基HEMT器件及制作方法，其是在外延生长未激活的Mg掺杂氮化物层后，采用电子束对预设栅极区域的Mg掺杂氮化物层进行轰击，通过改变电子束加速电压和电子束发射电流控制Mg掺杂氮化物层厚度方向上不同区域的Mg激活浓度，使Mg激活浓度向背离势垒层方向的变化趋势为降低，形成激活的P型氮化物区，从而降低栅极漏电，增强肖特基栅的耐压能力，提升器件可靠性。本发明专利技术的方法避免了小尺寸的P型氮化物干法蚀刻工艺，加工精度高。加工精度高。加工精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种氮化镓基HEMT器件及制作方法


[0001]本专利技术属于半导体的
，具体涉及一种氮化镓基HEMT器件及制作方法。

技术介绍

[0002]氮化镓基高电子迁移率晶体管(HEMT)是由GaN材料与AlGaN、InAlN等材料形成异质结结构，由于材料体系存在表面态，在自发极化及压电极化所产生的极化电场作用下，于异质结界面处形成的量子阱中产生高浓度的二维电子气(2DEG)。GaN基HEMT具有工作频率高，工作效率高，耐受功率高等优点被广泛用于高频和高压微波器件。
[0003]为实现常关晶体管的功能，可以通过P型氮化物来耗尽栅极下方沟道的二维电子气，增强型器件可以有效发挥GaN基晶体管的耐高温，导通电阻小，开关频率快等优点的同时，实现失效安全(fail
‑
safe operation)的工作模式。
[0004]目前使用P型氮化物栅制作增强型HEMT器件的制作方法主流是通过激活表面层的P型氮化物后，使用掩膜材料保护住栅下区域后，干法蚀刻掉其余位置的P型氮化物，只保留栅下P型氮化物，通过调制栅下费米能级位置的机理，实现增强型特性。此技术在栅长较小时，例如在亚微米范围内，工艺制备难度增加，且对P型氮化物蚀刻的尺寸要求，以及P型氮化物与其顶部栅金属的对准要求增高。此外，目前使用肖特基型氮化镓基HEMT器件的栅驱动电压上限较小，在6～7V内，工作栅压在5～6V内。使得器件驱动电压的范围较小，抗电压震荡能力差，其原因是肖特基型P型氮化物栅HEMT在反向偏置时，肖特基结耐压能力差，无法长时间承受反偏电压，可靠性恶化。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术存在的不足，提供一种氮化镓基HEMT器件及制作方法。
[0006]为了实现以上目的，本专利技术的技术方案为：
[0007]一种氮化镓基HEMT器件的制作方法，包括以下步骤：
[0008]1)采用外延生长工艺在衬底上形成HEMT外延层，按序包括沟道层、势垒层和Mg掺杂氮化物层，所述Mg掺杂氮化物层处于未激活状态；
[0009]2)于预设源极区域和预设漏极区域形成源极和漏极；
[0010]3)于Mg掺杂氮化物层上沉积第一钝化层；
[0011]4)采用电子束对预设栅极区域的Mg掺杂氮化物层进行轰击，通过改变电子束加速电压和电子束发射电流控制Mg掺杂氮化物层厚度方向上不同区域的Mg激活浓度，使Mg激活浓度向背离势垒层方向的变化趋势为降低，形成激活的P型氮化物区；
[0012]5)于第一钝化层上沉积第二钝化层；
[0013]6)于预设栅极区域形成栅极，栅极与所述P型氮化物区接触。
[0014]可选的，所述Mg掺杂氮化物层的厚度为80～100nm，Mg掺杂浓度为1
×
10
18
～1
×
10
22
cm
‑3。
[0015]可选的，所述P型氮化物区的厚度方向上不同区域的Mg激活浓度最大为Mg初始掺
杂浓度，最小为1
×
10
15
～1
×
10
16
cm
‑3。
[0016]可选的，所述Mg掺杂氮化物层的氮化物包括GaN、AlGaN、InGaN或InAlGaN。
[0017]可选的，步骤4)中，采用电子束的多次轰击形成厚度方向上具有多个Mg激活浓度分区的所述P型氮化物区，其中所述电子束的加速电压和电子束发射电流按次序逐渐减小。
[0018]可选的，首次轰击的电子束加速电压≥50KV，发射电流≥50μA，使电子束聚焦于所述Mg掺杂氮化物层靠近所述势垒层一侧的底部。
[0019]可选的，末次轰击的电子束加速电压≤10KV，发射电流≤10μA，使电子束聚焦于所述Mg掺杂氮化物层远离所述势垒层一侧的顶部。
[0020]可选的，使所述电子束由加速电压≥50KV逐渐变化至加速电压≤10KV，同时发射电流≥50μA逐渐变化至发射电流≤10μA，使所述P型氮化物区厚度方向上的Mg激活浓度逐渐降低，形成渐变式结构。
[0021]可选的，采用三次电子束轰击形成具有三个浓度层的所述变化激活区域，其中首次轰击的电子束加速电压≥50KV，发射电流≥50μA；第二次轰击的电子束加速电压为10
‑
50KV，反射电流10
‑
50μA；第三次轰击的电子束加速电压≤10KV，发射电流≤10μA。
[0022]可选的，步骤2)中，蚀刻去除所述预设源极区域和所述预设漏极区域的Mg掺杂氮化物层形成第一开口和第二开口，沉积金属于预设源极区域和预设漏极区域并分别填充所述第一开口和第二开口，在400～600℃温度、氮气氛围下退火形成所述源极和所述漏极。
[0023]可选的，步骤6)中，蚀刻去除所述预设栅极区域上方的第一钝化层和第二钝化层形成第三开口，沉积金属于预设栅极区域并填充所述第三开口，并形成所述栅极。
[0024]可选的，所述第三开口对应位于所述P型氮化物区的范围之内，且第三开口的边界与所述P型氮化物区的边界的距离为0.01μm～0.2μm。
[0025]可选的，所述第一钝化层和第二钝化层的材料为SiN
x
或SiO2，采用PECVD工艺沉积，其中第一钝化层的厚度为1nm～100nm；第二钝化层的厚度为0.1μm～1μm。
[0026]一种氮化镓基HEMT器件，外延结构由下至上包括沟道层、势垒层和Mg掺杂氮化物层，还包括设于外延结构上的源极、漏极和栅极，且栅极位于源极和漏极之间；Mg掺杂氮化物层具有第一开口和第二开口，源极和漏极分别设于第一开口和第二开口处；Mg掺杂氮化物层于栅极下方具有Mg激活的P型氮化物区，P型氮化物区之外处于未激活状态；向远离势垒层的厚度方向上所述P型氮化物区的Mg激活浓度的变化趋势为降低。
[0027]可选的，所述势垒层的材料是氮化铝、铝铟氮化物、铝镓氮化物、铟镓氮化物或铝铟镓氮化物。
[0028]可选的，向远离势垒层的厚度方向上所述P型氮化物区的Mg激活浓度的变化趋势为阶梯式降低或渐变式降低。
[0029]可选的，还包括设于所述外延结构上的源极和漏极之间的钝化层，所述钝化层对应所述P型氮化物区上具有第三开口，所述栅极的根部填充所述第三开口，所述第三开口的宽度小于所述P型氮化物区的宽度。
[0030]本专利技术的有益效果为：
[0031](1)利于制作小尺寸栅长的器件：与传统的P型氮化物干法刻蚀相比较，在器件栅长大幅减小时，制造难度同比上升，需要光刻机能够实现小线宽控制与高精度对准；本专利技术充分利用了电子束尺寸小，加工精度高的优势，在小栅长范围内，轰击栅下未激活的Mg掺杂
氮化物区域，使被钝化P型氮化物材料内的Mg
‑
H键断裂，Mg被激活后，P型氮化物材料可以有效抬升栅下沟道区域的导带底能级高度，耗尽栅下沟道，实现增强型器件，不针对光刻机的小线宽及高精度对准能力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓基HEMT器件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：1)采用外延生长工艺在衬底上形成HEMT外延层，按序包括沟道层、势垒层和Mg掺杂氮化物层，所述Mg掺杂氮化物层处于未激活状态；2)于预设源极区域和预设漏极区域形成源极和漏极；3)于Mg掺杂氮化物层上沉积第一钝化层；4)采用电子束对预设栅极区域的Mg掺杂氮化物层进行轰击，通过改变电子束加速电压和电子束发射电流控制Mg掺杂氮化物层厚度方向上不同区域的Mg激活浓度，使Mg激活浓度向背离势垒层方向的变化趋势为降低，形成激活的P型氮化物区；5)于第一钝化层上沉积第二钝化层；6)于预设栅极区域形成栅极，栅极与所述P型氮化物区接触。2.根据权利要求1所述的氮化镓基HEMT器件的制作方法，其特征在于：所述Mg掺杂氮化物层的厚度为80～100nm，Mg掺杂浓度为1
×
10
18
～1
×
10
22
cm
‑3。3.根据权利要求2所述的氮化镓基HEMT器件的制作方法，其特征在于：所述P型氮化物区的厚度方向上不同区域的Mg激活浓度最大为Mg初始掺杂浓度，最小为1
×
10
15
～1
×
10
16
cm
‑3。4.根据权利要求1所述的氮化镓基HEMT器件的制作方法，其特征在于：所述Mg掺杂氮化物层的氮化物包括GaN、AlGaN、InGaN或InAlGaN。5.根据权利要求1所述的氮化镓基HEMT器件的制作方法，其特征在于：步骤4)中，采用电子束的多次轰击形成厚度方向上具有多个Mg激活浓度分区的所述P型氮化物区，其中所述电子束的加速电压和电子束发射电流按次序逐渐减小。6.根据权利要求5所述的氮化镓基HEMT器件的制作方法，其特征在于：首次轰击的电子束加速电压≥50KV，发射电流≥50μA，使电子束聚焦于所述Mg掺杂氮化物层靠近所述势垒层一侧的底部。7.根据权利要求6所述的氮化镓基HEMT器件的制作方法，其特征在于：末次轰击的电子束加速电压≤10KV，发射电流≤10μA，使电子束聚焦于所述Mg掺杂氮化物层远离所述势垒层一侧的顶部。8.根据权利要求1所述的氮化镓基HEMT器件的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋文杰，谷鹏，刘胜厚，
申请(专利权)人：厦门市三安集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：