【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体器件，尤其涉及一种氮化硼钝化增强的砷化镓基半导体器件及其制备方法。
技术介绍
1、随着cmos（complementary metal oxide semiconductor，互补金属氧化物半导体）集成电路工艺已经来到3nm技术节点，传统的硅基mosfet（metal-oxide-semiconductorfield-effect transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管）已经不能满足器件对迁移率的要求，逐渐达到其物理极限，产生的短沟道效应、量子隧穿效应等一系列不良现象严重影响了器件性能的改善，从而限制了cmos集成电路向高性能、高集成度方向的发展。为了满足mosfet特征尺寸按等比例缩小的需求，同时克服小尺寸效应引起的一系列影响器件性能的障碍，需要从衬底材料、栅介质材料以及器件结构这三方面去打破传统技术的瓶颈。
2、iii-v族化合物半导体ingaas或gaas由于具有更小的有效质量和更高的电子迁移率，所以具备更好的电子运输特性，有望代替硅解决小尺寸效应带来的迁移率退化的问题。gaas的电子迁移率是硅的5倍多，带隙也比硅大，以gaas为沟道的mosfet具有更大工作温度范围、更高的速度特性以及更低的静态功耗。目前，gaas已经在高速数字通信等多个领域得到广泛应用。ingaas的电子迁移率比gaas更高，并且ingaas的带隙可以通过in含量来调节，因此可以灵活地通过异质结能带工程和杂质工程调节器件性能，被誉为新一代mos器件的理想沟道材料。ingaas或gaas基mosfet均能满足
3、目前现有的ingaas或gaas基mosfet存在的问题是：ingaas或gaas衬底表面容易发生自然氧化，产生的本征氧化物（as2o3、as2o5和ga2o3）会使界面产生很高的表面态，从而影响栅介质薄膜与ingaas或gaas沟道之间的界面质量，严重损害器件性能。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提出了一种氮化硼钝化增强的砷化镓基半导体器件及其制备方法，以解决现有技术中ingaas或gaas表面氧化影响栅介质薄膜与ingaas或gaas沟道之间的界面质量，进而导致砷化镓基半导体器件电学性能降低的问题。
2、本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、第一方面，本专利技术提供了一种氮化硼钝化增强的砷化镓基半导体器件，所述砷化镓基半导体器件包括衬底层、钝化层、介质层和电极层，
4、衬底层，所述衬底层为砷化物；
5、钝化层，所述钝化层位于所述衬底层和介质层之间，且覆盖所述衬底层，所述钝化层为氮化物；
6、介质层，所述介质层为氧化物或氮氧化物；
7、电极层，所述电极层位于所述介质层远离钝化层的一侧。
8、在以上技术方案的基础上，优选的，所述衬底层为ingaas或gaas。
9、ingaas和gaas均属于砷化物，且均是一种化学活性较高的半导体材料，其中in、ga和as元素均具有较强的化学反应性，导致其容易与氧气发生氧化反应；同时砷化物的表面能较高，容易与氧气中的氧原子发生吸附反应，从而形成氧化物。氧化物的生成使砷化物界面引入高密度的表面态，进而降低砷化物衬底与其他材料之间的界面质量，导致界面的电学性能变差，同时高密度的表面态还会对器件的载流子传输性能产生不利影响，进而增加器件的损耗。本专利技术中，通过在砷化物衬底与介质层之间引入氮化物形成钝化层以阻挡氧离子向砷化物衬底迁移，进而阻碍砷化物表面氧化，部分氮化物具有较高的化学惰性，不容易与氧发生化学反应，故当氮化物覆盖在砷化物衬底表面时，可有效阻挡氧离子与砷化物衬底发生氧化反应，从而减少氧离子对半导体器件的损害。
10、在以上技术方案的基础上，优选的，所述钝化层的厚度为1~3nm，所述钝化层为二维氮化硼。
11、本专利技术中，通过在衬底与介质层之间引入二维氮化硼形成钝化层，一方面二维氮化硼的表面平滑，没有悬挂键，促使氮化硼钝化层可在衬底与介质层之间形成平整、无缺陷的界面，从而降低界面态密度，改善栅介质薄膜与砷化物沟道之间的界面质量；另一方面，氮化硼具有较强的抗氧化性，覆盖于砷化物衬底上时，能有效隔离空气中的氧气和水分子，阻挡氧离子向砷化物衬底迁移，进而避免砷化物界面氧化。本专利技术中，通过将钝化层厚度限制在1~3nm内，可在保证半导体器件电学性能的前提下，有效阻挡氧离子的扩散，当钝化层过薄时，其对氧的阻挡作用减弱，部分氧离子仍会向砷化物衬底表面扩散，导致其氧化；而钝化层过厚时，会增加低介电常数界面层的厚度，导致器件的有效介电常数降低，影响器件的电学性能和工作特性。
12、在以上技术方案的基础上，优选的，所述介质层的厚度为8~12nm，所述介质层的组成为hfax1-aobnc，其中x选自zr、al、la中的任意一种，a、b和c的取值范围分别为：0＜a≤1，b＞0，c≥0。更为优选的，所述介质层为hf0.5zr0.5o、hf0.5zr0.5on、hf0.5la0.5o、hf0.5la0.5on、hf0.5al0.5o和hf0.5al0.5on中的任意一种。
13、具体地，介质层作为绝缘层存在，用于隔离金属电极与半导体之间，防止电子和空穴直接注入金属电极，同时还可以作为栅极电介质，调节器件的电场分布和控制电子的通道。
14、在以上技术方案的基础上，优选的，所述电极层的厚度为55~65nm，所述电极层包括第一电极层和第二电极层，所述第一电极层位于所述介质层远离钝化层的一侧，所述第二电极层位于第一电极层远离介质层的一侧，且与第一电极层对应，所述第一电极层的厚度小于第二电极层的厚度。更为优选的，第一电极层为cr，第二电极层为au，第一电极层和第二电极层的厚度比为1：（2.8~3.2）。
15、具体地，电极层用于提供外部电连接，并在器件中起到导电和接触作用，其中第一电极层作为黏附层，能够增强金属电极与介质层之间的结合力，提高附着性；第二电极层作为导电层，具有良好的导电性能和稳定的化学性质，可有效传输电子，且能够与半导体形成良好的欧姆接触。
16、第二方面，本专利技术提供了一种氮化硼钝化增强的砷化镓基半导体器件的制备方法，包括以下步骤：
17、s1、在衬底上制备钝化层；
18、s2、在钝化层表面沉积介质层薄膜，并对薄膜进行沉积后退火；
19、s3、在介质层表面进行光刻并蒸镀金属电极层，并进行金属热处理，得到砷化镓基半导体器件。
20、在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s1还包括对衬底进行预处理，所述预处理包括：
21、s101、采用醇类溶剂对衬底进行超声清洗；
22、s102、将衬底采用质量浓度为3%~7%的盐酸溶液浸泡处理；
23、s103、将衬底采用质量浓度为6%~10%的(nh4)2s溶液进行浸泡处理。
24、具本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氮化硼钝化增强的砷化镓基半导体器件，其特征在于：所述砷化镓基半导体器件包括衬底层、钝化层、介质层和电极层，
2.如权利要求1所述的一种氮化硼钝化增强的砷化镓基半导体器件，其特征在于：所述钝化层的厚度为1~3nm，所述钝化层为二维氮化硼；所述衬底层为InGaAs或GaAs。
3.如权利要求1所述的一种氮化硼钝化增强的砷化镓基半导体器件，其特征在于：所述介质层的厚度为8~12nm，所述介质层的组成为HfaX1-aObNc，其中X选自Zr、Al、La中的任意一种，a、b和c的取值范围分别为：0＜a≤1，b＞0，c≥0。
4.如权利要求1所述的一种氮化硼钝化增强的砷化镓基半导体器件，其特征在于：所述电极层的厚度为55~65nm；所述电极层包括第一电极层和第二电极层，所述第一电极层位于所述介质层远离钝化层的一侧，所述第二电极层位于第一电极层远离介质层的一侧，且与第一电极层对应，所述第一电极层的厚度小于第二电极层的厚度。
5.如权利要求1~4任一项所述的一种氮化硼钝化增强的砷化镓基半导体器件的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种氮化硼钝化增强的砷化镓基半导体器件，其特征在于：所述砷化镓基半导体器件包括衬底层、钝化层、介质层和电极层，
2.如权利要求1所述的一种氮化硼钝化增强的砷化镓基半导体器件，其特征在于：所述钝化层的厚度为1~3nm，所述钝化层为二维氮化硼；所述衬底层为ingaas或gaas。
3.如权利要求1所述的一种氮化硼钝化增强的砷化镓基半导体器件，其特征在于：所述介质层的厚度为8~12nm，所述介质层的组成为hfax1-aobnc，其中x选自zr、al、la中的任意一种，a、b和c的取值范围分别为：0＜a≤1，b＞0，c≥0。
4.如权利要求1所述的一种氮化硼钝化增强的砷化镓基半导体器件，其特征在于：所述电极层的厚度为55~65nm；所述电极层包括第一电极层和第二电极层，所述第一电极层位于所述介质层远离钝化层的一侧，所述第二电极层位于第一电极层远离介质层的一侧，且与第一电极层对应，所述第一电极层的厚度小于第二电极层的厚度。
5.如权利要求1~4任一项...
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