專利名稱：InA1N/GaN異質(zhì)結(jié)增強(qiáng)型高電子遷移率晶體管結(jié)構(gòu)及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及半導(dǎo)體材料、器件制作，具體的說(shuō)是一種半導(dǎo) 體器件的結(jié)構(gòu)和制作方法，可用于制作增強(qiáng)型的高電子遷移率晶體管。
背景技術(shù)：
近年來(lái)以SiC和GaN為代表的第三帶寬禁帶半導(dǎo)體以其大禁帶寬度、高擊穿電 場(chǎng)、高熱導(dǎo)率、高飽和電子速度和異質(zhì)結(jié)界面二維電子氣濃度高等特性，使其受到廣 泛關(guān)注。在理論上，利用這些材料制作的高電子遷移率晶體管HEMT、發(fā)光二極管 LED、激光二極管LD等器件比現(xiàn)有器件具有明顯的優(yōu)越特性，因此近些年來(lái)國(guó)內(nèi)外 研究者對(duì)其進(jìn)行了廣泛而深入的研究，并取得了令人矚目的研究成果。
AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)高電子遷移率晶體管HEMT在高溫器件及大功率微波器件方 面已顯示出了得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，追求器件高頻率、高壓、高功率吸引了眾多的研究。 近年來(lái)，由于高壓開關(guān)和高速電路的驅(qū)動(dòng)，GaN增強(qiáng)型器件成為關(guān)注的又一研究熱點(diǎn)。 由于AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)生長(zhǎng)完成后，異質(zhì)結(jié)界面就存在大量二維電子氣2DEG，當(dāng) 材料制作成器件加負(fù)柵壓后才能將2DEG耗盡而使溝道夾斷，即常規(guī)AlGaN/GaN HEMT為耗盡型器件。但在數(shù)字電路、高壓開關(guān)等領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)需要增強(qiáng)型器件，確保 只加正柵壓才有工作電流，所以對(duì)增強(qiáng)型高電子遷移率晶體管的需求越來(lái)越緊迫。隨 著對(duì)AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)研究逐漸深入，目前主要有兩種制作基于AlGaN/GaN異質(zhì) 結(jié)的增強(qiáng)型器件的方法。
1.采用刻蝕掉AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)的一部分AlGaN層制作槽柵結(jié)構(gòu)，利用肖特 基結(jié)對(duì)2DEG的耗盡作用來(lái)實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型器件。參見Lanford W B, Tanaka T, Otoki Y, et al: Recessed-gate enhancement-mode GaN HEMT with high threshold voltage, Electronics Letters, 2005,41(7):449 450。該方法刻蝕掉AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)的一部分AlGaN層制 作槽柵結(jié)構(gòu)，利用肖特基結(jié)對(duì)2DEG的耗盡作用來(lái)實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型器件，如圖1所示。該 方法已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了閾值電壓為0.47V的增強(qiáng)型器件。但該方法在刻蝕完成槽柵后，柵下 方溝道中還存在少量二維電子氣，需要靠肖特基的勢(shì)壘來(lái)耗盡這些二維電子氣。通常肖特基勢(shì)壘高度僅leV左右，所以制作出的器件閾值電壓通常小于0.5V，而且當(dāng)槽 柵刻蝕較深時(shí)肖特基勢(shì)壘才能完全耗盡柵下方剩余的二維電子氣，而較深的槽柵刻蝕 有可能對(duì)溝道的載流子遷移率造成損傷。所以該種增強(qiáng)型器件結(jié)構(gòu)很難進(jìn)一步提高正 向的閾值電壓，而且器件飽和電流較小，閾值電壓受刻蝕深度影響很大。2.采用對(duì)柵下方區(qū)域材料注入F離子的方法形成AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)增強(qiáng)型 HEMT。參見Wang Ruonan, Cai Yong, Tang Wilson, et al, Planar Integration of E/D-Mode AlGaN/GaN HEMTs Using Fluoride-Based Plasma Treatment, IEEE Electron Device Letters, 2006, 27(8): 633 635 。該方法在異質(zhì)結(jié)材料柵下方進(jìn)行F離子注入，利用 產(chǎn)生的表面負(fù)電荷對(duì)二維電子氣進(jìn)行耗盡，來(lái)制作增強(qiáng)型器件，如圖2所示。該種方 法制作增強(qiáng)型器件容易在離子注入的過(guò)程造成注入損傷，而且該方法形成的耗盡型是 依靠電荷感應(yīng)，該耗盡效應(yīng)的穩(wěn)定性問(wèn)題還有待驗(yàn)證。采用注入F離子的方法制作出 的增強(qiáng)型器件已報(bào)道的閾值電壓也小于0.5V。 發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服以上增強(qiáng)型器件制作技術(shù)的不足，提供一種基于 InAlN/GaN異質(zhì)結(jié)的增強(qiáng)型高電子遷移率晶體管器件結(jié)構(gòu)和制作方法，解決目前增強(qiáng) 型高電子遷移率晶體管閾值電壓不高的問(wèn)題，以滿足GaN基電子器件在高壓開關(guān)、 數(shù)字電路等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的技術(shù)思路是調(diào)整In在InAIN中的組分可以調(diào)整InAIN的禁帶寬度及 InAlN/GaN異質(zhì)結(jié)之間的極化電場(chǎng)，使自發(fā)極化和壓電極化電場(chǎng)相互增強(qiáng)或相互抵 消，這樣能很好的控制異質(zhì)結(jié)界面的二維電子氣。利用槽柵技術(shù)，使柵下方溝道僅在 加正柵壓時(shí)開啟，而其余部分的溝道始終保持良好導(dǎo)電性。依據(jù)上述技術(shù)思路本發(fā)明的InAlN/GaN異質(zhì)結(jié)的增強(qiáng)型高電子遷移率晶體 管結(jié)構(gòu)，包括藍(lán)寶石或SiC襯底和GaN緩沖層，其中GaN緩沖層上分別長(zhǎng)有In組分 為30~35%的InAIN層和In組分為10~20%的InAIN層。所述的In組分為10~20%的InAIN層中心設(shè)有槽柵結(jié)構(gòu)，使柵電極下方僅有In 組分為30~35%的InAIN層，并在該槽柵結(jié)構(gòu)中淀積有A1203介質(zhì)層，以減少柵泄漏 電流。所述的In組分為30-35%的InAIN層厚度為15 20nm，In組分為10 20X的InAlN層厚度為10 15nm。制作本發(fā)明器件的方法，包括如下過(guò)程 第一步，在藍(lán)寶石或SiC襯底上外延生長(zhǎng)l~3pm的GaN層； 第二步，在GaN層上外延生長(zhǎng)第一InAlN層，該第一InAlN層的厚度為15 20nm，In組分為30-35 % ，外延生長(zhǎng)溫度為800°C;第三步，在第一InAIN層上外延生長(zhǎng)第二InAlN層，該第二 InAlN層的厚度為10 15nrn， In組分為10 20X，外延生長(zhǎng)溫度為800°C;第四步，在第二 InAlN層上進(jìn)行有源區(qū)臺(tái)面隔離和歐姆接觸制作；第五步，在第二 InAlN層上進(jìn)行柵光刻掩模，并去除柵下方的第二InAlN層，形成槽柵結(jié)構(gòu)；第六步，在柵槽中淀積厚度為3 5nm的Al203介質(zhì)層；第七步，在Al203介質(zhì)層上制作完成柵接觸，并對(duì)源漏和柵引出電極。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)首先，由于該器件依靠加正向柵電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)在柵下方異質(zhì)結(jié)界面產(chǎn)生二維電 子氣2DEG，提高了器件的正向閾值電壓；其次，由于本器件采用兩層In組份不同的InAlN結(jié)構(gòu)，刻蝕去除第一 InAlN層 后柵下方即不存在二維電子氣2DEG，降低了槽柵刻蝕深度變化對(duì)閾值電壓的影響；第三，由于采用在柵電極下淀積八1203介質(zhì)層，減小了柵泄漏電流、增大了正柵 電壓的工作電壓范圍；本發(fā)明具有正向閾值電壓高、正向工作柵電壓高、泄漏電流小的特點(diǎn)，在微波功 率器件和高壓開關(guān)器件方面都有很好的應(yīng)用前景。


圖1是現(xiàn)有基于AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)的槽柵增強(qiáng)型HEMT結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有采用柵下方區(qū)域F離子注入的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)槽柵增強(qiáng)型結(jié)構(gòu)示意3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明采用不同In組分InAlN材料和GaN材料的禁帶寬度比較圖；圖5是本發(fā)明InaiAla9N/Ina3Ala7N/GaN結(jié)構(gòu)能帶圖；圖6是本發(fā)明InAlN/GaN異質(zhì)界面壓電極化電荷。pz隨合金組分的變化圖；圖7是本發(fā)明InAlN /GaN異質(zhì)界面自發(fā)極化電荷。^隨合金組分的變化圖； 圖8本發(fā)明器件制作的流程示意圖；圖9本發(fā)明采用真空蒸發(fā)制作介質(zhì)層的IrKuAlagN/InMAlo.TN/GaN雙異質(zhì)結(jié)增強(qiáng) 型HEMT器件結(jié)構(gòu)示意圖；圖10本發(fā)明采用真空蒸發(fā)制作介質(zhì)層的In(M5Alo.85N/Ino.33Alo.67N/GaN雙異質(zhì)結(jié)增 強(qiáng)型HEMT器件結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是本發(fā)明采用原子層淀積制作介質(zhì)層的In(uAl().8N/Ino.35AI().65N/GaN雙異質(zhì) 結(jié)增強(qiáng)型HEMT器件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D3，本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)共有4層，其中，第一層襯底采用藍(lán)寶石或SiC襯 底；第二層為GaN層，其禁帶寬度為3.4;第三層為In組分為30 35X的第一InAlN 層，厚度為15 20nm,由圖4可確定該InAlN層的禁帶寬度大約為3.7~3.8eV左右； 第四層為In組分為10~20%的第二 InAIN層，厚度為10~15 nm,由4圖可確定該第 一lnAlN層的禁帶寬度大約為4.4 5.1eV左右。整個(gè)器件的第二層、第三層和第四層 之間的禁帶寬度逐漸增大，利用該異質(zhì)結(jié)材料結(jié)構(gòu)導(dǎo)帶不連續(xù)性可形成電子阱，這樣 在極化電場(chǎng)作用下異質(zhì)結(jié)界面就有高密度的二維電子氣分布，該異質(zhì)結(jié)材料模擬得到 能帶圖如圖5所示。第四層的中心設(shè)有槽柵結(jié)構(gòu)，使柵電極下方僅有In組分為30~35 X的InAlN層，即第三層。經(jīng)計(jì)算當(dāng)111組分為33%時(shí)，第二層和第三層之間的壓電 極化和自發(fā)極化場(chǎng)產(chǎn)生的的電荷極性相反大小相近，兩者正好相互抵消，模擬結(jié)果如 圖6和圖7所示。由于第二層和第三層之間不存在極化電荷，這就實(shí)現(xiàn)了刻蝕后柵下 方溝道中未加偏壓時(shí)溝道中不存在導(dǎo)電電子，但當(dāng)有加正柵壓時(shí)這兩層材料間存在導(dǎo) 帶不連續(xù)性，在柵電場(chǎng)作用下能產(chǎn)生電子形成導(dǎo)電溝道。所以該器件能實(shí)現(xiàn)高閾值電 壓，即在較大正柵壓下器件溝道才能依靠柵電場(chǎng)的作用產(chǎn)生二維電子氣而開啟溝道。 該器件柵S和源G之間有兩層溝道參與導(dǎo)電，柵S和漏D之間也有兩層溝道參與導(dǎo) 電。而槽柵結(jié)構(gòu)使得在柵下方刻蝕去除了第四層和第三層界面產(chǎn)生的溝道，柵極僅控 制第二層和第三層界面的溝道。在制作柵電極前先槽柵結(jié)構(gòu)中淀積有3~5nm的A1203 介質(zhì)層，以減少柵泄漏電流。該介質(zhì)層能有效的防止第三層和第四層界面產(chǎn)生的溝道 電子和柵金屬間發(fā)生穿通，減少柵泄漏電流。參照?qǐng)D8，本發(fā)明器件制作的過(guò)程如下實(shí)例l一. 外延生長(zhǎng)異質(zhì)結(jié)材料 第一步，生長(zhǎng)GaN緩沖層。選用單晶藍(lán)寶石做襯底材料在(0001)方向生長(zhǎng)GaN緩沖層，即先在950'C下 NH3和H2混合氣體中對(duì)藍(lán)寶石基片高溫預(yù)處理10min，然后在52(TC條件下生長(zhǎng)30nm 低溫成核層，再升溫到92(TC生長(zhǎng)limi厚GaN緩沖層。第二步，在GaN層上外延生長(zhǎng)第一InAlN層。在lpm厚GaN緩沖層生長(zhǎng)完成后，設(shè)定溫度80(TC，連續(xù)生長(zhǎng)In組分30%的第 一 InAlN層，該第一 InAlN層的厚度為20nm。第三步，在第一 InAlN層上外延生長(zhǎng)第二 InAIN層。在第一InAlN層上外延生長(zhǎng)完成后，設(shè)定溫度80(TC，在第一 InAlN層上再連續(xù) 生長(zhǎng)In組分為10%的第二 InAlN層，該第二 InAlN層的厚度為lOnm。二. 器件制作 第一步，材料清洗。先采用丙酮、乙醇對(duì)上述外延生長(zhǎng)完成的異質(zhì)結(jié)材料先進(jìn)行各3min的有機(jī)溶劑 的物理超聲清洗，再進(jìn)行18.2M歐姆的去離子水沖洗5min，然后用N2吹干。 第二步，臺(tái)面有源區(qū)隔離用光刻膠做掩模，采用ICP干法刻蝕的方法，進(jìn)行臺(tái)面有源區(qū)隔離。即先采用 2500轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速，用甩膠機(jī)對(duì)上述清洗完成的異質(zhì)結(jié)材料進(jìn)行甩膠，得到光刻膠 掩模厚度約2pm。采用Karl Suss MJB3光刻機(jī)進(jìn)行25s曝光，形成臺(tái)面有源區(qū)的掩模 圖形；再對(duì)光刻膠掩模在120。C進(jìn)行10min后烘堅(jiān)膜，保證掩模掩蔽質(zhì)量；然后將做 好掩模的基片在ICP98c型感應(yīng)耦合等離子體刻蝕機(jī)中進(jìn)行臺(tái)面隔離的千法刻蝕，刻 蝕深度為200nm，刻蝕速率采用lnm/s，刻蝕偏壓用IOOV，刻蝕氣體釆用Cl2/Ar比 例為3: 1，總流量為40sccm;接著在丙酮、乙醇中各進(jìn)行3min的有機(jī)溶劑的物理超 聲清洗，并用18.2M歐姆的去離子水沖洗5min，最后用N2吹干。第三步，制作源漏歐姆接觸。先對(duì)刻蝕完成的異質(zhì)結(jié)材料進(jìn)行甩膠，采用甩膠機(jī)在6000轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速，得到 光刻膠掩模厚度0.8pm;再采用KarlSussMJB3光刻機(jī)進(jìn)行15s曝光，形成源漏區(qū)掩 模圖形；然后對(duì)光刻膠掩模在8(TC進(jìn)行3min后烘，并采用真空蒸發(fā)設(shè)備對(duì)制作好掩模的異質(zhì)結(jié)材料進(jìn)行歐姆接觸金屬蒸發(fā)，金屬選用Ti厚度20nm， Al厚度120nm， Ni 厚度45nm， Au厚度55nm，蒸發(fā)速率為0.1nm/s;源漏歐姆接觸金屬蒸發(fā)完成后進(jìn)行 剝離，得到完整的源漏電極；再用RTP500快速熱退火爐，在N2氣氛中80(TC下進(jìn)行 30s的快速熱退火，對(duì)歐姆接觸金屬進(jìn)行合金。 第四步，槽柵刻蝕先采用甩膠機(jī)在6000轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速下，得到光刻膠掩模厚度0.8pm;再采用Karl Suss MJB3光刻機(jī)進(jìn)行15s曝光，形成柵區(qū)域掩模圖形；接著對(duì)光刻膠掩模在8(TC的 溫度下進(jìn)行3min后烘；最后將制作好柵掩模的基片在ICP98c型感應(yīng)耦合等離子體刻 蝕機(jī)中進(jìn)行槽柵干法刻蝕，刻蝕深度10nm，刻蝕速率采用0.1nm/s，刻蝕偏壓50V， 刻蝕氣體采用Cl2/Ar比例1: 1，總流量40sccm。第五步，柵介質(zhì)和柵金屬蒸發(fā)將刻蝕槽柵完成的基片從ICP刻蝕設(shè)備中取出后直接放進(jìn)真空蒸發(fā)臺(tái)，連續(xù)進(jìn)行 柵介質(zhì)和柵金屬的蒸發(fā)，蒸發(fā)掩模采用槽柵刻蝕時(shí)的柵掩模，柵介質(zhì)選用3nm厚的 八1203介質(zhì)，柵金屬選用Ni厚度20nm， Au厚度200nm，蒸發(fā)速率為0.1nm/s;柵介 質(zhì)和柵金屬連續(xù)蒸發(fā)完成后進(jìn)行剝離，得到完整的介質(zhì)柵電極。第六步，電極引線的制作先采用甩膠機(jī)在6000轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速下，得到光刻膠掩模厚度0.8pm;再采用Karl Suss MJB3光刻機(jī)進(jìn)行15s曝光，形成電極引線掩模圖形；接著對(duì)光刻膠掩模在80°C 進(jìn)行3min后烘；接著采用真空蒸發(fā)設(shè)備對(duì)制作好掩模的基片進(jìn)行引線電極金屬蒸發(fā)， 金屬選用Ti厚度20nm， Au厚度200nm，蒸發(fā)速率為0.3nm/s;最后在引線電極金屬 蒸發(fā)完成后進(jìn)行剝離，得到完整的引線電極。按照實(shí)例1制作過(guò)程制作的InAlN/GaN異質(zhì)結(jié)增強(qiáng)型高電子遷移率晶體管結(jié)構(gòu) 如圖9所示。實(shí)例2一.外延生長(zhǎng)異質(zhì)結(jié)材料 第一步，生長(zhǎng)GaN緩沖層。選用4H SiC襯底Si面生長(zhǎng)GaN緩沖層，即先在95(TC下NH3和H2混合氣體中 對(duì)藍(lán)寶石基片高溫預(yù)處理10min，然后在52(TC條件下生長(zhǎng)30nm低溫成核層，再升 溫到920'C生長(zhǎng)2pm厚GaN緩沖層。第二步，在GaN層上外延生長(zhǎng)第一InAlN層。在2pm厚GaN緩沖層生長(zhǎng)完成后，設(shè)定溫度800'C，連續(xù)生長(zhǎng)In組分33%的第 一 InAlN層，該第一 InAlN層的厚度為18nm。第三步，在第一InAlN層上外延生長(zhǎng)第二InAlN層。在第一InAlN層上外延生長(zhǎng)完成后，設(shè)定溫度800'C，在第一 InAlN層上再連續(xù) 生長(zhǎng)In組分為15%的第二 InAlN層，該第二 InAlN層的厚度為12nm。 二.器件制作 第一步，材料清洗。先采用丙酮、乙醇對(duì)上述外延生長(zhǎng)完成的異質(zhì)結(jié)材料先進(jìn)行各3min的有機(jī)溶劑 的物理超聲清洗，再進(jìn)行18.2M歐姆的去離子水沖洗5min，然后用Ns吹干。 第二步，臺(tái)面有源區(qū)隔離用光刻膠做掩模，采用ICP干法刻蝕的方法，進(jìn)行臺(tái)面有源區(qū)隔離。即先采用 2500轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速，用甩膠機(jī)對(duì)上述清洗完成的異質(zhì)結(jié)材料進(jìn)行甩膠，得到光刻膠 掩模厚度約2pm。采用Karl Suss MJB3光刻機(jī)進(jìn)行25s曝光，形成臺(tái)面有源區(qū)的掩模 圖形；再對(duì)光刻膠掩模在12(TC進(jìn)行10min后烘堅(jiān)膜，保證掩模掩蔽質(zhì)量；然后將做 好掩模的基片在ICP98c型感應(yīng)耦合等離子體刻蝕機(jī)中進(jìn)行臺(tái)面隔離的干法刻蝕，刻 蝕深度為200nm，刻蝕速率采用lnm/s,刻蝕偏壓用100V，刻蝕氣體采用Cl2/Ar比 例為3: 1，總流量為40sccm;接著在丙酮、乙醇中各進(jìn)行3min的有機(jī)溶劑的物理超 聲清洗，并用18.2M歐姆的去離子水沖洗5min，最后用N2吹干。第三步，制作源漏歐姆接觸。先對(duì)刻蝕完成的異質(zhì)結(jié)材料進(jìn)行甩膠，采用6000轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速，用甩膠機(jī)得到 光刻膠掩模厚度0.8pm;再采用Karl Suss MJB3光刻機(jī)進(jìn)行15s曝光，形成源漏區(qū)掩 模圖形；然后對(duì)光刻膠掩模在8(TC進(jìn)行3min后烘，并采用真空蒸發(fā)設(shè)備對(duì)制作好掩 模的異質(zhì)結(jié)材料進(jìn)行歐姆接觸金屬蒸發(fā)，金屬選用Ti厚度20nm， Al厚度120nm, Ni 厚度45nm， Au厚度55nm，蒸發(fā)速率為0.1nm/s;源漏歐姆接觸金屬蒸發(fā)完成后進(jìn)行 剝離，得到完整的源漏電極；再用RTP500快速熱退火爐，在N2氣氛中800'C下進(jìn)行 30s的快速熱退火，對(duì)歐姆接觸金屬進(jìn)行合金。第四步，槽柵刻蝕先采用甩膠機(jī)在6000轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速下，得到光刻膠掩模厚度0.8pm;再采用KarlSuss MJB3光刻機(jī)進(jìn)行15s曝光，形成柵區(qū)域掩模圖形；接著對(duì)光刻膠掩模在8(TC的 溫度下進(jìn)行3min后烘；最后將制作好柵掩模的基片在ICP98c型感應(yīng)耦合等離子體刻 蝕機(jī)中進(jìn)行槽柵干法刻蝕，刻蝕深度12nm,刻蝕速率采用0.1nm/s，刻蝕偏壓50V， 刻蝕氣體采用Cl2/Ar比例1: 1 ，總流量40sccm。第五步，柵介質(zhì)和柵金屬蒸發(fā)將刻蝕槽柵完成的基片從ICP刻蝕設(shè)備中取出后直接放進(jìn)真空蒸發(fā)臺(tái)，連續(xù)進(jìn)行 柵介質(zhì)和柵金屬的蒸發(fā)，蒸發(fā)掩模采用槽柵刻蝕時(shí)的柵掩模，柵介質(zhì)選用4nm厚的 八1203介質(zhì)，柵金屬選用Ni厚度20nm， Au厚度200nm，蒸發(fā)速率為0.1nm/s;柵介 質(zhì)和柵金屬連續(xù)蒸發(fā)完成后進(jìn)行剝離，得到完整的介質(zhì)柵電極。第六步，電極引線的制作先采用甩膠機(jī)在6000轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速下，得到光刻膠掩模厚度0.8pm;再采用Karl Suss MJB3光刻機(jī)進(jìn)行15s曝光，形成電極引線掩模圖形；接著對(duì)光刻膠掩模在80°C 進(jìn)行3min后烘；接著采用真空蒸發(fā)設(shè)備對(duì)制作好掩模的基片進(jìn)行引線電極金屬蒸發(fā)， 金屬選用Ti厚度20nm， Au厚度200nm，蒸發(fā)速率為0.3nm/s;最后在引線電極金屬 蒸發(fā)完成后進(jìn)行剝離，得到完整的引線電極。按照實(shí)例2制作過(guò)程制作的InAlN/GaN異質(zhì)結(jié)增強(qiáng)型高電子遷移率晶體管結(jié)構(gòu) 如圖IO所示。實(shí)例3一.外延生長(zhǎng)異質(zhì)結(jié)材料 第一步，生長(zhǎng)GaN緩沖層。選用4H SiC襯底Si面生長(zhǎng)GaN緩沖層，即先在95(TC下NH3和H2混合氣體中 對(duì)藍(lán)寶石基片高溫預(yù)處理10min，然后在520'C條件下生長(zhǎng)30nm低溫成核層，再升 溫到92(TC生長(zhǎng)3pm厚GaN緩沖層。第二步，在GaN層上外延生長(zhǎng)第一InAlN層。在3(am厚GaN緩沖層生長(zhǎng)完成后，設(shè)定溫度800。C，連續(xù)生長(zhǎng)In組分35%的第 一 InAlN層，該第一 InAlN層的厚度為15nm。第三步，在第一InAlN層上外延生長(zhǎng)第二InAlN層。在第一InAlN層上外延生長(zhǎng)完成后，設(shè)定溫度80(TC，在第一 InAIN層上再連續(xù) 生長(zhǎng)In組分為20%的第二 InAlN層，該第二 InAlN層的厚度為15nm。二.器件制作 第一步，材料清洗。先采用丙酮、乙醇對(duì)上述外延生長(zhǎng)完成的異質(zhì)結(jié)材料先進(jìn)行各3min的有機(jī)溶劑 的物理超聲清洗，再進(jìn)行18.2M歐姆的去離子水沖洗5min，然后用N2吹干。 第二步，臺(tái)面有源區(qū)隔離用光刻膠做掩模，采用ICP干法刻蝕的方法，進(jìn)行臺(tái)面有源區(qū)隔離。即先采用 2500轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速，對(duì)上述清洗完成的異質(zhì)結(jié)材料進(jìn)行甩膠，得到光刻膠掩模厚度 約2iam。采用KarlSussMJB3光刻機(jī)進(jìn)行25s曝光，形成臺(tái)面有源區(qū)的掩模圖形；再 對(duì)光刻膠掩模在12(TC進(jìn)行10min后烘堅(jiān)膜，保證掩模掩蔽質(zhì)量；然后將做好掩模的 基片在ICP98c型感應(yīng)耦合等離子體刻蝕機(jī)中進(jìn)行臺(tái)面隔離的干法刻蝕，刻蝕深度為 200nm，刻蝕速率采用lnm/s，刻蝕偏壓用IOOV，刻蝕氣體采用Cl2/Ar比例為3: 1， 總流量為40sccm;接著在丙酮、乙醇中各進(jìn)行3min的有機(jī)溶劑的物理超聲清洗，并 用18.2M歐姆的去離子水沖洗5min，最后用N2吹干。第三步，制作源漏歐姆接觸。先對(duì)刻蝕完成的異質(zhì)結(jié)材料進(jìn)行甩膠，采用6000轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速，得到光刻膠掩 模厚度o.8|am;再采用Kail Suss MJB3光刻機(jī)進(jìn)行15s曝光，形成源漏區(qū)掩模圖形； 然后對(duì)光刻膠掩模在8(TC進(jìn)行3miri后烘，并采真空蒸發(fā)設(shè)備對(duì)制作好掩模的異質(zhì)結(jié) 材料進(jìn)行歐姆接觸金屬蒸發(fā)，金屬選用Ti厚度20nm， Al厚度120nm， Ni厚度45nm, Au厚度55nm，蒸發(fā)速率為0.1nm/s;源漏歐姆接觸金屬蒸發(fā)完成后進(jìn)行剝離，得到 完整的源漏電極；再用RTP500快速熱退火爐，在N2氣氛中800'C下進(jìn)行30s的快速 熱退火，對(duì)歐姆接觸金屬進(jìn)行合金。第四步，槽柵刻蝕先采用甩膠機(jī)在6000轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速下，得到光刻膠掩模厚度0.8pm;再采用Karl Suss MJB3光刻機(jī)進(jìn)行15s曝光，形成柵區(qū)域掩模圖形；接著對(duì)光刻膠掩模在80。C的 溫度下進(jìn)行3min后烘；最后將制作好柵掩模的基片在ICP98c型感應(yīng)耦合等離子體刻 蝕機(jī)中進(jìn)行槽柵干法刻蝕，刻蝕深度15nm，刻蝕速率采用0.1nm/s，刻蝕偏壓50V， 刻蝕氣體采用Cl2/Ar比例l: 1，總流量40sccm;刻蝕完成后在丙酮、乙醇中對(duì)槽柵 刻蝕完成的基片各進(jìn)行3min的有機(jī)溶劑的物理超聲清洗，18.2M歐姆的去離子水沖 洗5min，最后N2吹千。第五步，柵介質(zhì)淀積將槽柵刻蝕完成的基片，在35(TC下采用原子層淀積設(shè)備在整個(gè)基片表面進(jìn)行 八1203層淀積，淀積厚度5nm。 第六步，柵金屬蒸發(fā)在6000轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速下，采用甩膠臺(tái)得到光刻膠掩模厚度0.8nm;采用Karl Suss MJB3光刻機(jī)進(jìn)行15s曝光，形成柵區(qū)掩模圖形，對(duì)光刻膠掩模在8(TC進(jìn)行3min后 烘；釆用真空蒸發(fā)設(shè)備進(jìn)行柵金屬蒸發(fā)，柵金屬選用Ni厚度20nm, Au厚度200nm， 蒸發(fā)速率為0.1nm/s;柵金屬蒸發(fā)完成后進(jìn)行剝離，得到完整的柵電極。第七步，電極引線的制作在6000轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速下，采用甩膠臺(tái)得到光刻膠掩模厚度0.8pm;采用Karl Suss MJB3光刻機(jī)進(jìn)行15s曝光，形成電極引線掩模圖形，并對(duì)光刻膠掩模在80。C進(jìn)行3min 后烘；然后在l: 10的HF溶液中濕法腐蝕30s去除掉源漏歐姆接觸金屬上的A1203 介質(zhì)層；接著采用真空蒸發(fā)設(shè)備對(duì)腐蝕掉介質(zhì)層的基片進(jìn)行引線電極金屬蒸發(fā)；金屬 選用Ti厚度20nm， Au厚度200nm，蒸發(fā)速率為0.3nm/s;引線電極金屬蒸發(fā)完成后 進(jìn)行剝離，得到完整的引線電極。按照實(shí)例3制作過(guò)程制作的InAlN/GaN異質(zhì)結(jié)增強(qiáng)型高電子遷移率晶體管結(jié)構(gòu) 如圖11所示。
權(quán)利要求
1.一種InAlN/GaN異質(zhì)結(jié)的增強(qiáng)型高電子遷移率晶體管，包括藍(lán)寶石或SiC襯底和GaN緩沖層，其特征在于GaN緩沖層上分別長(zhǎng)有In組分為30～35％的InAlN層和In組分為10～20％的InAlN層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)型高電子遷移率晶體管，其特征在于In組分 為10~20%的InAlN層中心設(shè)有槽柵結(jié)構(gòu)，使柵電極下方僅有In組分為30~35 X的InAlN層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的增強(qiáng)型高電子遷移率晶體管，其特征在于槽柵結(jié) 構(gòu)中淀積有Al203介質(zhì)層，以減少柵泄漏電流。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)型高電子遷移率晶體管，其特征在于In組分 為30~35%的InAlN層厚度為15 20nm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的增強(qiáng)型高電子遷移率晶體管，其特征在于In組 分為10~20的InAlN層厚度為10~15 nm。
6. —種制作InAlN/GaN異質(zhì)結(jié)增強(qiáng)型高電子遷移率晶體管器件的方法，包 括如下過(guò)程第一步，在藍(lán)寶石或SiC襯底上外延生長(zhǎng)1 3pm的GaN層；第二步，在GaN層上外延生長(zhǎng)第一InAlN層，該第一 InAlN層的厚度為15 20nrn， In組分為30 35X，外延生長(zhǎng)溫度為800°C;第三步，在第一InAlN層上外延生長(zhǎng)第二InAlN層，該第二InAlN層的厚度為10 15nrn， In組分為10~20%，外延生長(zhǎng)溫度為80(TC;第四步，在第二 InAlN層上進(jìn)行有源區(qū)臺(tái)面隔離和歐姆接觸制作； 第五步，在第二InAlN層上進(jìn)行柵光刻掩模，并去除柵下方的第二 InAlN層，形成槽柵結(jié)構(gòu)；第六步，在柵槽中淀積厚度為3~5nm的八1203介質(zhì)層；第七步，在"203介質(zhì)層上制作完成柵接觸，并對(duì)源漏和柵引出電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種InAlN/GaN異質(zhì)結(jié)增強(qiáng)型高電子遷移率晶體管結(jié)構(gòu)及制作方法。其制作過(guò)程為1)在藍(lán)寶石或SiC襯底上外延生長(zhǎng)1～3μm的GaN層；2)在GaN層上外延生長(zhǎng)厚度為15～20nm的第一InAlN層，In組分為30～35％，外延生長(zhǎng)溫度為800℃；3)在第一InAlN層上外延生長(zhǎng)厚度為10～15nm第二InAlN層，In組分為10～20％，外延生長(zhǎng)溫度為800℃；4)在第二InAlN層上進(jìn)行有源區(qū)臺(tái)面隔離和歐姆接觸制作；5)在第二InAlN層上進(jìn)行柵光刻掩模，并去除柵下方的第二InAlN層，形成槽柵結(jié)構(gòu)；6)在柵槽中淀積厚度為3～5nm的Al₂O₃介質(zhì)層；7)在Al₂O₃介質(zhì)層上制作完成柵接觸，并對(duì)源漏和柵引出電極。本發(fā)明具有正向閾值電壓高，正柵電壓工作范圍大，柵泄漏電流小的優(yōu)點(diǎn)，可用于制作增強(qiáng)型的高電子遷移率晶體管。
文檔編號(hào)H01L29/778GK101246902SQ20081001777
公開日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2008年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月24日
發(fā)明者倩 馮, 張進(jìn)城, 張金鳳, 沖 王, 躍 郝, 陳軍峰 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)