槽柵型直角復(fù)合柵場(chǎng)板異質(zhì)結(jié)器件及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種槽柵型直角復(fù)合柵場(chǎng)板異質(zhì)結(jié)器件及其制作方法，主要解決現(xiàn)有場(chǎng)板技術(shù)在實(shí)現(xiàn)高擊穿電壓時(shí)工藝復(fù)雜的問題。其包括：襯底(1)、過渡層(2)、勢(shì)壘層(3)、源極(4)、漏極(5)、臺(tái)面(6)、柵槽(7)、柵極(8)、鈍化層(9)和保護(hù)層(13)。鈍化層內(nèi)刻有凹槽(10)，該凹槽內(nèi)完全填充有高介電常數(shù)介質(zhì)(11)；鈍化層(9)與保護(hù)層(13)之間淀積有一字形柵場(chǎng)板(12)，其靠近柵極一側(cè)邊緣與凹槽靠近柵極一側(cè)邊緣對(duì)齊；該一字形柵場(chǎng)板(12)與高介電常數(shù)介質(zhì)(11)構(gòu)成直角復(fù)合柵場(chǎng)板，一字形柵場(chǎng)板與柵極電氣連接。本發(fā)明具有制作工藝簡(jiǎn)單、擊穿電壓高、可靠性高和成品率高的優(yōu)點(diǎn)，可作為開關(guān)器件。
【專利說明】槽柵型直角復(fù)合柵場(chǎng)板異質(zhì)結(jié)器件及其制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種槽柵型直角復(fù)合柵場(chǎng)板異質(zhì)結(jié)器 件，可作為電力電子系統(tǒng)的基本器件。 技術(shù)背景
[0002] 功率半導(dǎo)體器件是電力電子系統(tǒng)的重要元件，是進(jìn)行電能處理的有效工具。近年 來，隨著能源和環(huán)境問題的日益突出，研發(fā)新型高性能、低損耗功率器件已成為提高電能利 用率、節(jié)約能源、緩解能源危機(jī)的有效途徑之一。然而，在功率器件研究中，高速、高壓與低 導(dǎo)通電阻之間存在著嚴(yán)重的制約關(guān)系，合理、有效地改進(jìn)這種制約關(guān)系是提高器件整體性 能的關(guān)鍵。隨著市場(chǎng)不斷對(duì)功率系統(tǒng)提出更高效率、更小體積、更高頻率的要求，傳統(tǒng)Si基 半導(dǎo)體功率器件性能已逼近其理論極限。為了能進(jìn)一步減少芯片面積、提高工作頻率、提高 工作溫度、降低導(dǎo)通電阻、提高擊穿電壓、降低整機(jī)體積、提高整機(jī)效率，以氮化鎵為代表的 寬禁帶半導(dǎo)體材料，憑借其更大的禁帶寬度、更高的臨界擊穿電場(chǎng)和更高的電子飽和漂移 速度，且化學(xué)性能穩(wěn)定、耐高溫、抗輻射等突出優(yōu)點(diǎn)，在制備高性能功率器件方面脫穎而出， 應(yīng)用潛力巨大。特別是采用GaN基異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的高電子遷移率晶體管，即GaN基HEMT器件， 更是因其低導(dǎo)通電阻、高工作頻率等特性，能滿足下一代電子裝備對(duì)功率器件更大功率、更 高頻率、更小體積和更惡劣高溫工作的要求，在經(jīng)濟(jì)和軍事領(lǐng)域具有廣闊和特殊的應(yīng)用前 旦 -5^ 〇
[0003] 然而，常規(guī)GaN基HEMT器件結(jié)構(gòu)上存在固有缺陷，會(huì)導(dǎo)致器件溝道電場(chǎng)強(qiáng)度呈畸 形分布，尤其是在器件柵極靠近漏極附近存在極高電場(chǎng)峰值。導(dǎo)致實(shí)際的GaN基HEMT器件 的擊穿電壓往往遠(yuǎn)低于理論期望值，且存在電流崩塌、逆壓電效應(yīng)等可靠性問題，嚴(yán)重制約 了在電力電子領(lǐng)域中的應(yīng)用和發(fā)展。為了解決以上問題，國(guó)內(nèi)外研究者們提出了眾多方法， 而場(chǎng)板結(jié)構(gòu)是其中效果最為顯著、應(yīng)用最為廣泛的一種。2000年美國(guó)UCSB的N. Q. Zhang 等人首次將場(chǎng)板結(jié)構(gòu)成功應(yīng)用于GaN基HEMT功率器件中，研制出交疊柵器件，飽和輸出電 流為500mA/mm，關(guān)態(tài)擊穿電壓可達(dá)570V，這是當(dāng)時(shí)所報(bào)道擊穿電壓最高的GaN器件，參見 High breakdown GaN HEMT with overlapping gate structure, IEEE Electron Device Letters，Vol. 21，No. 9, pp. 421-423, 2000。隨后，各國(guó)研究機(jī)構(gòu)紛紛展開了相關(guān)的研究工 作，而美國(guó)和日本是該領(lǐng)域中的主要領(lǐng)跑者。在美國(guó)，主要是UCSB、南卡大學(xué)、康奈爾大學(xué) 以及著名的電力電子器件制造商IR公司等從事該項(xiàng)研究。日本相對(duì)起步較晚，但他們對(duì) 這方面的工作非常重視，資金投入力度大，從事機(jī)構(gòu)眾多，包括：東芝、古河、松下、豐田和富 士等大公司。隨著研究的深入，研究者們發(fā)現(xiàn)相應(yīng)地增加場(chǎng)板長(zhǎng)度，可以提高器件擊穿電 壓。但場(chǎng)板長(zhǎng)度的增加會(huì)使場(chǎng)板效率，即擊穿電壓比場(chǎng)板長(zhǎng)度，不斷減小，也就是場(chǎng)板提高 器件擊穿電壓的能力隨著場(chǎng)板長(zhǎng)度的增加逐漸趨于飽和，參見Enhancement of breakdown voltage in AlGaN/GaN high electron mobility transistors using a field plate, IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 48, No. 8, pp. 1515-1521，2001,以及Development and characteristic analysis of a field-plated Al203/AlInN/GaN M0S HEMT, Chinese Physics B，Vol. 20, No. l，pp. 0172031-0172035, 2011。因此，為了進(jìn)一步提高器件擊穿電 壓，同時(shí)兼顧場(chǎng)板效率，2008年日本東芝公司的Wataru Saito等人采用柵場(chǎng)板和源場(chǎng)板的 雙層場(chǎng)板結(jié)構(gòu)研制出了雙層場(chǎng)板絕緣柵型GaN基HEMT器件，該器件擊穿電壓高達(dá)940V，最 大輸出電流高達(dá)4. 4A，參見A 130-W Boost Converter Operation Using a High-Voltage GaN-HEMT, IEEE Electron Device Letters, Vol. 29, No. 1，pp. 8-10, 2008。這種雙層場(chǎng)板結(jié) 構(gòu)已成為當(dāng)前國(guó)際上用來改善GaN基功率器件擊穿特性，提高器件整體性能的主流場(chǎng)板技 術(shù)。然而，GaN基雙層場(chǎng)板HEMT器件的工藝復(fù)雜，制造成本更高，每一層場(chǎng)板的制作都需要 光刻、淀積金屬、淀積鈍化介質(zhì)等工藝步驟。而且要優(yōu)化各層場(chǎng)板下介質(zhì)材料厚度以實(shí)現(xiàn)擊 穿電壓最大化，必須進(jìn)行繁瑣的工藝調(diào)試和優(yōu)化，因此大大增加了器件制造的難度，降低了 器件的成品率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述已有技術(shù)的不足，提供一種制造工藝簡(jiǎn)單、擊穿電壓 高、場(chǎng)板效率高和可靠性高的槽柵型直角復(fù)合柵場(chǎng)板異質(zhì)結(jié)器件及其制作方法，以減小器 件的制作難度，改善器件的擊穿特性和可靠性，提高器件的成品率。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 一、器件結(jié)構(gòu)
[0007] 本發(fā)明提供的器件結(jié)構(gòu)采用GaN基寬禁帶半導(dǎo)體材料構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，自下而 上包括：襯底、過渡層、勢(shì)壘層、鈍化層和保護(hù)層，勢(shì)壘層的上面淀積有源極與漏極，勢(shì)壘層 的側(cè)面刻有臺(tái)面，且臺(tái)面深度大于勢(shì)壘層的厚度，在源極與漏極之間的勢(shì)壘層內(nèi)刻有柵槽， 在柵槽內(nèi)淀積有柵極，其特征在于，鈍化層內(nèi)刻有凹槽，該凹槽內(nèi)完全填充有高介電常數(shù)介 質(zhì)；鈍化層與保護(hù)層之間淀積有一字形柵場(chǎng)板，且該一字形柵場(chǎng)板靠近柵極一側(cè)的邊緣與 凹槽靠近柵極一側(cè)的邊緣對(duì)齊，該一字形柵場(chǎng)板與高介電常數(shù)介質(zhì)構(gòu)成直角復(fù)合柵場(chǎng)板結(jié) 構(gòu)，且一字形柵場(chǎng)板與柵極電氣連接。
[0008] 作為優(yōu)選，柵槽的深度h小于勢(shì)壘層的厚度；柵極與柵槽左端之間的距離ri為0? 3. 4 y m，與柵槽右端之間的距離r2為0?5. 6 y m，并且< r2。
[0009] 作為優(yōu)選，所述的凹槽深度s為0. 35?10. 5 ii m，寬度b為0. 7?9 ii m。
[0010] 作為優(yōu)選，所述的凹槽底部與勢(shì)壘層之間的距離d為0. 09?1 y m。
[0011] 作為優(yōu)選，所述的凹槽靠近漏極一側(cè)邊緣與一字形柵場(chǎng)板靠近漏極一側(cè)邊緣之間 的距離c為0.9?llum。
[0012] 作為優(yōu)選，所述的一字形柵場(chǎng)板靠近柵極一側(cè)邊緣與柵極靠近漏極一側(cè)邊緣之間 的距離a為sX (d+sX e / e 2)°_5，其中s為凹槽深度，d為凹槽底部與勢(shì)壘層之間的距離， e i為鈍化層的相對(duì)介電常數(shù)，e 2為高介電常數(shù)介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。
[0013] 作為優(yōu)選，所述的鈍化層的相對(duì)介電常數(shù)e i和高介電常數(shù)介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù) e 2的取值范圍為1. 5?2000,且e ' e 2。
[0014] 二?制作方法
[0015] 第一步，在襯底上外延GaN基寬禁帶半導(dǎo)體材料，形成過渡層；
[0016] 第二步，在過渡層上外延GaN基寬禁帶半導(dǎo)體材料，形成勢(shì)壘層；
[0017] 第三步，在勢(shì)壘層上第一次制作掩膜，利用該掩膜在勢(shì)壘層的兩端淀積金屬，再在 N2氣氛中進(jìn)行快速熱退火，分別制作源極和漏極；
[0018] 第四步，在勢(shì)壘層上第二次制作掩膜，利用該掩膜在源極左側(cè)、漏極右側(cè)的勢(shì)壘層 上進(jìn)行刻蝕，且刻蝕區(qū)深度大于勢(shì)壘層厚度，形成臺(tái)面；
[0019] 第五步，在勢(shì)壘層上第三次制作掩膜，利用該掩膜在源極與漏極之間的勢(shì)壘層內(nèi) 進(jìn)行刻蝕，制作柵槽，柵槽的深度h小于勢(shì)壘層的厚度；
[0020] 第六步，在勢(shì)壘層上第四次制作掩膜，利用該掩膜在柵槽內(nèi)淀積金屬，制作柵極， 柵極與柵槽左端之間的距離A為0?3. 4 y m，與柵槽右端之間的距離r2為0?5. 6 y m，并 且A彡r2 ;
[0021] 第七步，分別在源極上部、漏極上部、柵極上部、柵槽的其他區(qū)域上部以及勢(shì)壘層 的其他區(qū)域上部淀積鈍化層；
[0022] 第八步，在鈍化層上第五次制作掩膜，利用該掩膜在柵極與漏極之間的鈍化層內(nèi) 進(jìn)行刻蝕，以制作深度s為0. 35?10. 5 y m，寬度b為0. 7?9 y m的凹槽，凹槽底部與勢(shì)壘 層之間的距離d為0. 09?1 y m，該凹槽靠近柵極一側(cè)邊緣與柵極靠近漏極一側(cè)邊緣之間的 距離a為sX (d+sX e夕e 2)°_5，其中s為凹槽的深度，d為凹槽底部與勢(shì)壘層之間的距離， e i為鈍化層的相對(duì)介電常數(shù)，e 2為高介電常數(shù)介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)；
[0023] 第九步，在鈍化層上第六次制作掩膜，利用該掩膜在凹槽內(nèi)淀積高介電常數(shù)介質(zhì)， 高介電常數(shù)介質(zhì)完全填充凹槽；
[0024] 第十步，在鈍化層上第七次制作掩膜，利用該掩膜在源極和漏極之間的鈍化層上 部以及高介電常數(shù)介質(zhì)上部均淀積厚度為〇. 39?3. 2 y m的金屬，該金屬靠近柵極一側(cè)的 邊緣與凹槽靠近柵極一側(cè)的邊緣對(duì)齊，形成一字形柵場(chǎng)板，該一字形柵場(chǎng)板靠近漏極一側(cè) 邊緣與凹槽靠近漏極一側(cè)邊緣之間的距離c為0. 9?11 y m，一字形柵場(chǎng)板與柵極電氣連 接，一字形柵場(chǎng)板與高介電常數(shù)介質(zhì)構(gòu)成直角復(fù)合柵場(chǎng)板；
[0025] 第十一步，在一字形柵場(chǎng)板上部和鈍化層的其它區(qū)域上部淀積絕緣介質(zhì)材料，形 成保護(hù)層，完成整個(gè)器件的制作。
[0026] 本發(fā)明器件與采用傳統(tǒng)柵場(chǎng)板的異質(zhì)結(jié)器件比較具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0027] 1.進(jìn)一步提高了擊穿電壓。
[0028] 本發(fā)明由于采用直角復(fù)合柵場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，使器件在處于工作狀態(tài)尤其是處于關(guān)態(tài)的 工作狀態(tài)時(shí)，勢(shì)壘層表面電勢(shì)從柵極到漏極逐漸升高，從而增加了勢(shì)壘層中耗盡區(qū)，即高阻 區(qū)，的面積，改善了耗盡區(qū)的分布，促使柵極與漏極之間勢(shì)壘層中的耗盡區(qū)承擔(dān)更大的漏源 電壓，從而大大提高了器件的擊穿電壓。
[0029] 2.進(jìn)一步減小了柵極泄漏電流，提高了器件可靠性。
[0030] 本發(fā)明由于采用直角復(fù)合柵場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，使器件勢(shì)壘層耗盡區(qū)中電場(chǎng)線的分布得到 了更有效的調(diào)制，器件中柵極靠近漏極一側(cè)邊緣、一字形柵場(chǎng)板靠近漏極一側(cè)邊緣以及凹 槽靠近漏極一側(cè)邊緣都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)峰值，而且通過調(diào)整一字形柵場(chǎng)板下方鈍化層的厚 度、凹槽深度與寬度、高介電常數(shù)介質(zhì)的類型、凹槽靠近柵極一側(cè)邊緣與柵極靠近漏極一側(cè) 邊緣之間的距離以及一字形柵場(chǎng)板靠近漏極一側(cè)邊緣與凹槽靠近漏極一側(cè)邊緣之間的距 離，可以使得上述各個(gè)電場(chǎng)峰值相等且小于GaN基寬禁帶半導(dǎo)體材料的擊穿電場(chǎng)，從而最 大限度地減少了柵極靠近漏極一側(cè)的邊緣所收集的電場(chǎng)線，有效地降低了該處的電場(chǎng)，大 大減小了柵極泄漏電流，使得器件的可靠性和擊穿特性均得到了顯著增強(qiáng)。
[0031] 3.工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，提高了成品率。
[0032] 本發(fā)明器件結(jié)構(gòu)中一字形柵場(chǎng)板的制作只需一步工藝便可完成，避免了傳統(tǒng)的堆 層場(chǎng)板結(jié)構(gòu)所帶來的工藝復(fù)雜化問題，大大提高了器件的成品率。
[0033] 仿真結(jié)果表明，本發(fā)明器件的擊穿電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于采用傳統(tǒng)柵場(chǎng)板的異質(zhì)結(jié)器件。
[0034] 以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容和效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0035] 圖1是采用傳統(tǒng)柵場(chǎng)板的異質(zhì)結(jié)器件的結(jié)構(gòu)圖；
[0036] 圖2是本發(fā)明槽柵型直角復(fù)合柵場(chǎng)板異質(zhì)結(jié)器件的結(jié)構(gòu)圖；
[0037] 圖3是本發(fā)明槽柵型直角復(fù)合柵場(chǎng)板異質(zhì)結(jié)器件的制作流程圖；
[0038] 圖4是對(duì)傳統(tǒng)器件及本發(fā)明器件仿真所得的勢(shì)壘層中電場(chǎng)曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0039] 參照?qǐng)D2,本發(fā)明是基于GaN基寬禁帶半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，其包括：襯底1、過渡層 2、勢(shì)壘層3、源極4、漏極5、臺(tái)面6、柵槽7、柵極8、鈍化層9、凹槽10、高介電常數(shù)介質(zhì)11、一 字形柵場(chǎng)板12與保護(hù)層13。襯底1、過渡層2與勢(shì)壘層3為自下而上分布，源極4和漏極5 淀積在勢(shì)壘層3上，臺(tái)面6制作在源極左側(cè)及漏極右側(cè)，該臺(tái)面深度大于勢(shì)壘層厚度，柵槽7 位于源極與漏極之間的勢(shì)壘層內(nèi)，其深度h小于勢(shì)壘層厚度，柵極8淀積在柵槽7內(nèi)，柵極 8與柵槽左端之間的距離&為0?3. 4 ii m，與柵槽右端之間的距離r2為0?5. 6 ii m，并且 A < r2 ;鈍化層9分別覆蓋在源極上部、漏極上部、柵極上部、柵槽的其他區(qū)域上部以及勢(shì)壘 層的其他區(qū)域上部。凹槽10位于鈍化層9內(nèi)，該凹槽深度s為0. 35?10. 5 y m，寬度b為 0? 7?9 y m，凹槽10底部與勢(shì)壘層之間的距離d為0? 09?1 y m，高介電常數(shù)介質(zhì)11完全 填充在凹槽10內(nèi)，且高介電常數(shù)介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)e 2大于鈍化層的相對(duì)介電常數(shù)e p 凹槽10靠近柵極一側(cè)邊緣與柵極靠近漏極一側(cè)邊緣之間的距離a、凹槽10的深度s、凹槽 10底部與勢(shì)壘層之間的距離d滿足關(guān)系a= sX(d+sX ei/e2)°_5,其中￡l為鈍化層的相 對(duì)介電常數(shù)，e 2為高介電常數(shù)介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。鈍化層9與保護(hù)層13之間淀積有一 字形柵場(chǎng)板12,該一字形柵場(chǎng)板12靠近柵極一側(cè)邊緣與凹槽10靠近柵極一側(cè)邊緣對(duì)齊，且 一字形柵場(chǎng)板12與柵極8電氣連接，一字形柵場(chǎng)板12與高介電常數(shù)介質(zhì)11構(gòu)成直角復(fù)合 柵場(chǎng)板。一字形柵場(chǎng)板靠近漏極一側(cè)邊緣與凹槽靠近漏極一側(cè)邊緣之間的距離c為0. 9? 11 U m。保護(hù)層13位于一字形柵場(chǎng)板12上部以及鈍化層的其它區(qū)域上部。
[0040] 上述器件的襯底1采用藍(lán)寶石或碳化硅或硅材料；過渡層2由若干層相同或不 同的GaN基寬禁帶半導(dǎo)體材料組成，其厚度為1?5 y m ;勢(shì)壘層3由若干層相同或不同的 GaN基寬禁帶半導(dǎo)體材料組成，其厚度為5?50nm ;鈍化層9和保護(hù)層13均可以采用Si02、 SiN、Al203、Hf0 2、La203、Ti02中的一種或其它絕緣介質(zhì)材料，鈍化層的厚度為凹槽10深度s 和凹槽10底部與勢(shì)壘層之間的距離d之和，即0. 44?11. 5 y m ;保護(hù)層的厚度為0. 42? 6. 7iim ;高介電常數(shù)介質(zhì)11可采用Al203、Hf02、La20 3、Ti02、SrTi03中的任意一種或其它高 介電常數(shù)絕緣介質(zhì)材料；鈍化層9的相對(duì)介電常數(shù)e i和高介電常數(shù)介質(zhì)11的相對(duì)介電常 數(shù)e2的取值范圍為1.5?2000,且ei〈e 2;-字形柵場(chǎng)板12采用三層不同金屬的組合構(gòu) 成，其厚度為〇. 39?3. 2 iim。
[0041] 參照?qǐng)D3,本發(fā)明制作槽柵型直角復(fù)合柵場(chǎng)板異質(zhì)結(jié)器件的過程，給出如下三種實(shí) 施例：
[0042] 實(shí)施例一：制作襯底為藍(lán)寶石，鈍化層為A1203，保護(hù)層為SiN，高介電常數(shù)介質(zhì)為 ，一字形柵場(chǎng)板為Ti/Mo/Au金屬組合的槽柵型直角復(fù)合柵場(chǎng)板異質(zhì)結(jié)器件。
[0043] 步驟1.在藍(lán)寶石襯底1上自下而上外延GaN材料制作過渡層2,如圖3a。
[0044] 使用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在藍(lán)寶石襯底1上外延厚度為1 U m的未摻雜 過渡層2,該過渡層自下而上由厚度分別為30nm和0. 97 y m的GaN材料構(gòu)成。外延下層GaN 材料采用的工藝條件為：溫度為530°C，壓強(qiáng)為45T〇rr，氫氣流量為440〇 SCCm，氨氣流量為 440〇SCCm，鎵源流量為22 y mol/min ;外延上層GaN材料采用的工藝條件為：溫度為960°C， 壓強(qiáng)為45Torr，氫氣流量為4400sccm，氨氣流量為4400sccm，鎵源流量為120iimol/min。
[0045] 步驟2.在GaN過渡層2上淀積未摻雜的Ala5Gaa5N制作勢(shì)壘層3,如圖3b。
[0046] 使用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在GaN過渡層2上淀積厚度為5nm，且鋁組分為 〇. 5的未摻雜Ala5Gaa5N勢(shì)壘層3,其采用的工藝條件為：溫度為980°C，壓強(qiáng)為45T 〇rr，氫 氣流量為4400sccm，氨氣流量為4400sccm，鎵源流量為35 ii mol/min，鋁源流量為7 ii mol/ min〇
[0047] 步驟3.在勢(shì)魚層3的兩端淀積金屬Ti/Al/Ni/Au制作源極4與漏極5,如圖3c。
[0048] 在Ala5Gaa5N勢(shì)壘層3上第一次制作掩膜，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在其兩 端淀積金屬，再在隊(duì)氣氛中進(jìn)行快速熱退火，制作源極4和漏極5,其中所淀積 的金屬為Ti/Al/Ni/Au金屬組合，即自下而上分別為Ti、Al、Ni與Au，其厚度為 0. 018iim/0. 135iim/0. 046iim/0. 052iim。淀積金屬采用的工藝條件為：真空度小于 1. 8 X l(T3Pa，功率范圍為200?1000W，蒸發(fā)速率小于3A/s;快速熱退火采用的工藝條件為： 溫度為850°C，時(shí)間為35s。
[0049] 步驟4.在源極左邊與漏極右邊的勢(shì)壘層上進(jìn)行刻蝕制作臺(tái)面6,如圖3d。
[0050] 在Ala5Gaa5N勢(shì)壘層3上第二次制作掩膜，使用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在源極左邊與 漏極右邊的勢(shì)壘層上進(jìn)行刻蝕，形成臺(tái)面6,刻蝕深度為10nm?？涛g采用的工藝條件為：Cl 2 流量為15sccm，壓強(qiáng)為lOmTorr，功率為100W。
[0051] 步驟5.在源極與漏極之間的勢(shì)壘層內(nèi)進(jìn)行刻蝕制作柵槽7,如圖3e。
[0052] 在Ala5Gaa5N勢(shì)壘層3上第三次制作掩膜，使用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在源極與漏極 之間的勢(shì)壘層內(nèi)進(jìn)行刻蝕，制作柵槽7,刻蝕深度為2nm。刻蝕采用的工藝條件為：Cl 2流量 為15sccm，壓強(qiáng)為lOmTorr，功率為100W。
[0053] 步驟6.在柵槽7內(nèi)淀積金屬Ni/Au制作柵極8,如圖3f。
[0054] 在AlyGayN勢(shì)壘層3上第四次制作掩膜，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在柵槽7內(nèi)淀積 金屬，制作柵極8,其中所淀積的金屬為Ni/Au金屬組合，即下層為Ni、上層為Au，其厚度為 0. 048 y m/0. 14 y m，柵極與柵槽左端之間的距離ri為0 y m，柵極與柵槽右端之間的距離r2 為Oum。淀積金屬采用的工藝條件為：真空度小于1.8Xl(T3Pa，功率范圍為200?1000W， 蒸發(fā)速率小于3A/s。
[0055] 步驟7.在源極上部、漏極上部、柵極上部、柵槽7的其他區(qū)域上部以及勢(shì)壘層的其 他區(qū)域上部淀積A1 203鈍化層9,如圖3g。
[0056] 使用原子層淀積技術(shù)分別覆蓋源極上部、漏極上部、柵極上部、柵槽7的其他區(qū)域 上部以及勢(shì)壘層的其他區(qū)域上部，完成淀積厚度為0. 44 y m的A1203鈍化層9。淀積鈍化 層采用的工藝條件為：以TMA和H20為反應(yīng)源，載氣為N2，載氣流量為20〇SCCm，襯底溫度為 300°C，氣壓為 700Pa。
[0057] 步驟8.在柵極8與漏極5之間的鈍化層9內(nèi)進(jìn)行刻蝕制作凹槽10,如圖3h。
[0058] 在鈍化層9上第五次制作掩膜，使用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在柵槽7與漏極5之間的 鈍化層內(nèi)進(jìn)行刻蝕，以制作凹槽10,其中凹槽10深度s為0. 35 y m，寬度b為0. 7 y m，凹槽 10底部與勢(shì)壘層之間的距離d為0. 09 y m，凹槽10靠近柵極一側(cè)邊緣與柵極靠近漏極一 側(cè)邊緣之間的距離a為0. 163 y m?？涛g采用的工藝條件為：CF4流量為45SCCm，02流量為 5sccm，壓強(qiáng)為 15mTorr，功率為 250W。
[0059] 步驟9.在凹槽10內(nèi)淀積Hf02高介電常數(shù)介質(zhì)11，并完全填充凹槽10,如圖3i。
[0060] 在鈍化層9上第六次制作掩膜，使用射頻磁控反應(yīng)濺射技術(shù)在凹槽10內(nèi)淀積Hf02 高介電常數(shù)介質(zhì)11，所淀積高介電常數(shù)介質(zhì)要完全填充凹槽10。淀積高介電常 數(shù)介質(zhì)采用的工藝條件為：反應(yīng)室濺射氣壓保持在0. IPa左右，OjPAr的流量分別為lsccm 和8sccm，基片溫度固定在200°C，Hf靶射頻功率為150W。
[0061] 步驟10.在源極與漏極之間的鈍化層上部和高介電常數(shù)介質(zhì)上部淀積金屬Ti/ Mo/Au制作一字形柵場(chǎng)板12,如圖3j。
[0062] 在鈍化層9上第七次制作掩膜，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在源極與漏極之間的鈍化層 上部和高介電常數(shù)介質(zhì)上部淀積金屬，所淀積的金屬為Ti/Mo/Au金屬組合，即下層為Ti、 中層為Mo、上層為Au，其厚度為0. 18iim/0. 1311111/0.0811111，該金屬靠近柵極一側(cè)邊緣與 凹槽靠近柵極一側(cè)邊緣對(duì)齊，形成一字形柵場(chǎng)板，將一字形柵場(chǎng)板與柵極電氣連接。一字 形柵場(chǎng)板靠近漏極一側(cè)邊緣與凹槽靠近漏極一側(cè)邊緣之間的距離c為0. 9pm，一字形柵 場(chǎng)板與高介電常數(shù)介質(zhì)構(gòu)成直角復(fù)合柵場(chǎng)板。淀積金屬采用的工藝條件為：真空度小于 1. 8Xl(T3Pa，功率范圍為200?1000W，蒸發(fā)速率小于3A/s。
[0063] 步驟11.在一字形柵場(chǎng)板12上部以及鈍化層9的其它區(qū)域上部淀積SiN制作保 護(hù)層13,如圖3k。
[0064] 使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)在一字形柵場(chǎng)板12上部以及鈍化層9的 其它區(qū)域上部淀積SiN制作保護(hù)層13,其厚度為0. 42 y m，從而完成整個(gè)器件的制作，淀 積保護(hù)層采用的工藝條件為：氣體為NH3、N2及SiH 4，氣體流量分別為2. 5SCCm、95〇SCCm和 250sccm，溫度、RF功率和壓強(qiáng)分別為300°C、25W和950mTorr。
[0065] 實(shí)施例二：制作襯底為碳化硅，鈍化層為Si02，保護(hù)層為SiN，高介電常數(shù)介質(zhì)為 A1203，一字形柵場(chǎng)板為Ti/Ni/Au金屬組合的槽柵型直角復(fù)合柵場(chǎng)板異質(zhì)結(jié)器件。
[0066] 步驟一.在碳化硅襯底1上自下而上外延A1N與GaN材料制作過渡層2,如圖3a。
[0067] 1. 1)使用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在碳化娃襯底1上外延厚度為50nm的 未摻雜的A1N材料；其外延的工藝條件為：溫度為1000°C，壓強(qiáng)為45T 〇rr，氫氣流量為 4600sccm，氨氣流量為4600sccm，錯(cuò)源流量為5iimol/min ;
[0068] 1. 2)使用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在A1N材料上外延厚度為2. 45 ii m的GaN 材料，完成過渡層2的制作；其外延的工藝條件為：溫度為1000°C，壓強(qiáng)為45T〇rr，氫氣流 量為4600sccm，氨氣流量為4600sccm，鎵源流量為120iimol/min。
[0069] 本步驟的外延不局限于金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積技術(shù)，也可以采用分子束外延技 術(shù)或氫化物氣相外延技術(shù)。
[0070] 步驟二.在過渡層2上自下而上外延Al(l.3Ga(l.7N和GaN材料制作勢(shì)壘層3,如圖 3b 〇
[0071] 2. 1)使用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在過渡層2上淀積厚度為27nm、鋁組分為 0. 3的AluGa^N材料；其外延的工藝條件為：溫度為1KKTC，壓強(qiáng)為45T〇rr，氫氣流量為 4600sccm，氨氣流量為4600sccm，鎵源流量為16 y mol/min，錯(cuò)源流量為8 y mol/min ;
[0072] 2. 2)使用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在Ala3Gaa7N材料上外延厚度為3nm的 GaN材料，完成勢(shì)壘層3的制作；其外延的工藝條件為：溫度為1400°C，壓強(qiáng)為40Torr，氫氣 流量為4300sccm，氨氣流量為4300sccm，鎵源流量為12iimol/min。
[0073] 本步驟的外延不局限于金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積技術(shù)，也可以采用分子束外延技 術(shù)或氫化物氣相外延技術(shù)。
[0074] 步驟三.在勢(shì)壘層3的兩端淀積金屬Ti/Al/Ni/Au制作源極4與漏極5,如圖3c。
[0075] 3. 1)在勢(shì)壘層3上第一次制作掩膜，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在其兩端淀積金 屬，淀積的金屬為Ti/Al/Ni/Au金屬組合，S卩自下而上分別為Ti、Al、Ni與Au，其厚 度為0. 018 ii m/0. 135 ii m/0. 046 ii m/0. 052 ii m，其淀積金屬工藝條件為：真空度小于 1. 8Xl(T3Pa，功率范圍為200?1000W，蒸發(fā)速率小于3A/s;
[0076] 3.2)在隊(duì)氣氛中進(jìn)行快速熱退火，完成源極4和漏極5的制作，其快速熱退火的 工藝條件為：溫度為850°C，時(shí)間為35s。
[0077] 本步驟的金屬淀積不局限于電子束蒸發(fā)技術(shù)，也可以采用濺射技術(shù)。
[0078] 步驟四.在源極的左邊與漏極的右邊的勢(shì)壘層3上進(jìn)行刻蝕制作臺(tái)面6,如圖3d。
[0079] 在勢(shì)壘層3上第二次制作掩膜，使用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在源極左邊與漏極右邊的 勢(shì)壘層3上進(jìn)行刻蝕，形成臺(tái)面6,其中刻蝕深度為100nm ;反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)刻蝕臺(tái)面6采 用的工藝條件為：Cl2流量為15SCCm，壓強(qiáng)為lOmTorr，功率為100W。
[0080] 本步驟的刻蝕不局限于反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)，也可以采用濺射技術(shù)或等離子體刻蝕 技術(shù)。
[0081] 步驟五.在源極與漏極之間的勢(shì)壘層內(nèi)進(jìn)行刻蝕制作柵槽7,如圖3e。
[0082] 在勢(shì)壘層3上第三次制作掩膜，使用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在源極與漏極之間的勢(shì)壘 層內(nèi)進(jìn)行刻蝕，制作柵槽7,刻蝕深度為20nm?？涛g采用的工藝條件為：Cl 2流量為15SCCm， 壓強(qiáng)為lOmTorr，功率為100W。
[0083] 本步驟的刻蝕不局限于反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)，也可以采用濺射技術(shù)或等離子體刻蝕 技術(shù)。
[0084] 步驟六.在柵槽7內(nèi)淀積金屬Ni/Au制作柵極8,如圖3f。
[0085] 在勢(shì)壘層3上第四次制作掩膜，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在柵槽7內(nèi)淀積金屬，制作柵 極8,其中所淀積的金屬為Ni/Au金屬組合，其厚度為0. 048 y m/0. 14 y m，柵極與柵槽左端 之間的距離A為1. 5 y m，柵極與柵槽右端之間的距離r2為2. 5 y m ;電子束蒸發(fā)技術(shù)淀積 Ni/Au采用的工藝條件為：真空度小于1.8Xl(T3Pa，功率范圍為200?1000W，蒸發(fā)速率小 于 3A/s〇
[0086] 本步驟的金屬淀積不局限于電子束蒸發(fā)技術(shù)，也可以采用濺射技術(shù)。
[0087] 步驟七.在源極上部、漏極上部、柵極上部、柵槽的其他區(qū)域上部以及勢(shì)壘層的其 他區(qū)域上部淀積Si02制作鈍化層9,如圖3g。
[0088] 使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)分別覆蓋源極上部、漏極上部、柵極上部、柵 槽的其他區(qū)域上部以及勢(shì)壘層的其他區(qū)域上部，完成淀積厚度為6. 3 y m的Si02鈍化層9 ; 其采用的工藝條件為：N20流量為85〇SCCm，SiH4流量為20〇 SCCm，溫度為250°C，RF功率為 25W，壓強(qiáng)為 llOOmTorr。
[0089] 本步驟的鈍化層的淀積不局限于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)，也可以采用蒸 發(fā)技術(shù)或原子層淀積技術(shù)或溉射技術(shù)或分子束外延技術(shù)。
[0090] 步驟八.在柵極8和漏極5之間的鈍化層9內(nèi)進(jìn)行刻蝕制作凹槽10,如圖3h。
[0091] 在鈍化層9上第五次制作掩膜，使用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在柵極8與漏極5之間的 鈍化層內(nèi)進(jìn)行刻蝕，以制作凹槽10,其中凹槽10深度S為5. 8 i! m，寬度b為5. 5 i! m，凹槽 10底部與勢(shì)壘層之間的距離d為0. 5 y m，凹槽10靠近柵極一側(cè)邊緣與柵極靠近漏極一側(cè) 邊緣之間的距離a為10. 068 y m ;反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)刻蝕凹槽10采用的工藝條件為：0匕流 量為45sccm，02流量為5sccm，壓強(qiáng)為15mTorr，功率為250W。
[0092] 本步驟的刻蝕不局限于反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)，也可以采用濺射技術(shù)或等離子體刻蝕 技術(shù)。
[0093] 步驟九.在凹槽10內(nèi)淀積A1203高介電常數(shù)介質(zhì)11，并完全填充凹槽10,如圖3i。
[0094] 在鈍化層9上第六次制作掩膜，使用原子層淀積技術(shù)在凹槽10內(nèi)淀積A120 3高介 電常數(shù)介質(zhì)11，所淀積A1203高介電常數(shù)介質(zhì)要完全填充凹槽10。淀積A1 203高介電常數(shù)介 質(zhì)采用的工藝條件為：以TMA和H20為反應(yīng)源，載氣為N 2，載氣流量為20〇SCCm，襯底溫度為 300°C，氣壓為 700Pa。
[0095] 本步驟的高介電常數(shù)介質(zhì)的淀積不局限于原子層淀積技術(shù)，也可以采用蒸發(fā)技術(shù) 或等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)或?yàn)R射技術(shù)或分子束外延技術(shù)。
[0096] 步驟十.在源極與漏極之間的鈍化層上部和高介電常數(shù)介質(zhì)上部淀積金屬Ti/ Ni/Au制作一字形柵場(chǎng)板12,如圖3j。
[0097] 在鈍化層9上第七次制作掩膜，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在源極與漏極之間的鈍化層 上部和高介電常數(shù)介質(zhì)上部淀積金屬，所淀積的金屬為Ti/Ni/Au金屬組合，即下層為Ti、 中層為Ni、上層為Au，其厚度為0. 9 y m/0. 6 y m/0. 3 y m，該金屬靠近柵極一側(cè)邊緣與凹槽 靠近柵極一側(cè)邊緣對(duì)齊，形成一字形柵場(chǎng)板，將一字形柵場(chǎng)板與柵極電氣連接。一字形柵場(chǎng) 板靠近漏極一側(cè)邊緣與凹槽靠近漏極一側(cè)邊緣之間的距離c為6. 7 y m，一字形柵場(chǎng)板與高 介電常數(shù)介質(zhì)構(gòu)成直角復(fù)合柵場(chǎng)板。電子束蒸發(fā)技術(shù)淀積Ti/Ni/Au采用的工藝條件為：真 空度小于1.8X10_ 3Pa，功率范圍為200?1000W，蒸發(fā)速率小于3A/s。
[0098] 本步驟的金屬淀積不局限于電子束蒸發(fā)技術(shù)，也可以采用濺射技術(shù)。
[0099] 步驟十一.在一字形柵場(chǎng)板12上部以及鈍化層9的其它區(qū)域上部淀積SiN制作 保護(hù)層13,如圖3k。
[0100] 使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)在一字形柵場(chǎng)板12上部以及鈍化層9的其 它區(qū)域上部淀積SiN制作保護(hù)層13,其厚度為3. 4 y m，從而完成整個(gè)器件的制作；其采用的 工藝條件為：氣體為NH3、N2及SiH4，氣體流量分別為2. 5sccm、950sccm和250sccm，溫度、RF 功率和壓強(qiáng)分別為300°C、25W和950mTorr。
[0101] 本步驟的保護(hù)層的淀積不局限于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)，也可以采用蒸 發(fā)技術(shù)或原子層淀積技術(shù)或溉射技術(shù)或分子束外延技術(shù)。
[0102] 實(shí)施例三：制作襯底為硅，鈍化層為SiN，保護(hù)層為Si02，高介電常數(shù)介質(zhì)為Hf0 2， 一字形柵場(chǎng)板為Ti/Pt/Au金屬組合的槽柵型直角復(fù)合柵場(chǎng)板異質(zhì)結(jié)器件。
[0103] 步驟A.在硅襯底1上自下而上外延A1N與GaN材料制作過渡層2,如圖3a。
[0104] A1)使用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在溫度為800°C，壓強(qiáng)為40Torr，氫氣流量 為4000sccm，氨氣流量為4000sccm，鋁源流量為25 ii mol/min的工藝條件下，在硅襯底1上 外延厚度為200nm的A1N材料；
[0105] A2)使用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在溫度為980°C，壓強(qiáng)為45Torr，氫氣流量 為4000sccm，氨氣流量為4000sccm，鎵源流量為120 ii mol/min的工藝條件下，在A1N材料 上外延厚度為4. 8 y m的GaN材料，完成過渡層2的制作。
[0106] 步驟B.在過渡層上自下而上淀積八1(|.16&(|. !^與GaN材料制作勢(shì)壘層3,如圖3b。
[0107] B1)使用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在溫度為1000°C，壓強(qiáng)為40Torr，氫氣流 量為4000sccm，氨氣流量為4000sccm，鎵源流量為12iimol/min，錯(cuò)源流量為12iimol/min 的工藝條件下，在過渡層2上外延厚度為46nm、鋁組分為0. 1的AlaiGaa9N材料；
[0108] B2)使用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在溫度為1000°C，壓強(qiáng)為40Torr，氫氣流 量為4000sccm，氨氣流量為4000sccm，鎵源流量為3 y mol/min的工藝條件下，在Ala iGa^N 材料上外延厚度為4nm的GaN材料，完成勢(shì)壘層3的制作。
[0109] 步驟C.在勢(shì)壘層3兩端淀積金屬Ti/Al/Ni/Au制作源極4與漏極5,如圖3c。
[0110] Cl)在勢(shì)魚層3上第一次制作掩膜，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在真空度小于 1. 8X 10_3Pa，功率范圍為200?1000W，蒸發(fā)速率小于3A/s的工藝條件下，在其兩端淀積金 屬，其中所淀積的金屬為Ti/Al/Ni/Au金屬組合，即自下而上分別為Ti、Al、Ni與Au，其厚 度為 0? 018 u m/0. 135 u m/0. 046 u m/0. 052 u m ;
[0111] C2)在隊(duì)氣氛，溫度為850°C，時(shí)間為35s的工藝條件下進(jìn)行快速熱退火，完成源 極4和漏極5的制作。
[0112] 步驟D.在源極左邊與漏極右邊的勢(shì)壘層3上進(jìn)行刻蝕制作臺(tái)面6,如圖3d。
[0113] 在勢(shì)壘層3上第二次制作掩膜，使用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在Cl2流量為15Sccm，壓強(qiáng) 為lOmTorr，功率為100W的工藝條件下，在源極左邊與漏極右邊的勢(shì)壘層3上進(jìn)行刻蝕，形 成臺(tái)面6,其中刻蝕深度為200nm。
[0114] 步驟E.在源極與漏極之間的勢(shì)壘層內(nèi)進(jìn)行刻蝕制作柵槽7,如圖3e。
[0115] 在勢(shì)壘層3上第三次制作掩膜，使用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在Cl2流量為15s CCm，壓強(qiáng) 為lOmTorr，功率為100W的工藝條件下，在源極與漏極之間的勢(shì)壘層內(nèi)進(jìn)行刻蝕，制作柵槽 7,其深度為30nm。
[0116] 步驟F.在柵槽7內(nèi)淀積金屬Ni/Au制作柵極8,如圖3f。
[0117] 在勢(shì)壘層3上第四次制作掩膜，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在真空度小于1. 8 Xl(T3Pa， 功率范圍為200?1000W，蒸發(fā)速率小于3A/s的工藝條件下，在柵槽7內(nèi)淀積金屬， 制作柵極8,所淀積的金屬為Ni/Au金屬組合，即下層為Ni、上層為Au，其厚度為 0. 048 y m/0. 14 y m，柵極與柵槽左端之間的距離ri為3. 4 y m，柵極與柵槽右端之間的距離 r2 為 5. 6 y m〇
[0118] 步驟G.在源極上部、漏極上部、柵極上部、柵槽7的其實(shí)區(qū)域上部以及勢(shì)壘層的其 他區(qū)域上部淀積SiN材料制作鈍化層9,如圖3g。
[0119] 使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)在氣體為NH3、N2及SiH 4，氣體流量分別為 2. 5sccm、950sccm和250sccm，溫度、RF功率和壓強(qiáng)分別為300°C、25W和950mTorr的工藝 條件下，在源極上部、漏極上部、柵極上部、柵槽7的其他區(qū)域上部以及勢(shì)壘層的其他區(qū)域 上部淀積厚度為11. 5 y m的SiN制作鈍化層9。
[0120] 步驟H.在柵極8與漏極5之間的鈍化層9內(nèi)進(jìn)行刻蝕制作凹槽10,如圖3h。
[0121] 在鈍化層9上第五次制作掩膜，使用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在CF4流量為45SCCm，0 2流 量為5SCCm，壓強(qiáng)為15mTorr，功率為250W的工藝條件下，在柵極8與漏極5之間的鈍化層 內(nèi)進(jìn)行刻蝕，以制作凹槽10,其中凹槽10深度s為10. 5 y m，寬度b為9 y m，凹槽10底部與 勢(shì)壘層之間的距離d為1 y m，凹槽10靠近柵極一側(cè)邊緣與柵極靠近漏極一側(cè)邊緣之間的距 離 a 為 20. 84 u m。
[0122] 步驟I.在凹槽10內(nèi)淀積11?)2高介電常數(shù)介質(zhì)11，并完全填充凹槽，如圖3i。
[0123] 在鈍化層9上第六次制作掩膜，使用射頻磁控反應(yīng)濺射技術(shù)在反應(yīng)室濺射氣壓保 持在0. IPa附近，的流量分別為lsccm和8sccm，基片溫度固定在200°C，Hf靶射頻 功率為150W的工藝條件下，在凹槽10內(nèi)淀積Hf0 2高介電常數(shù)介質(zhì)11，所淀積Hf02高介電 常數(shù)介質(zhì)要完全填充凹槽10。
[0124] 步驟J.在源極與漏極之間的鈍化層上部和高介電常數(shù)介質(zhì)上部淀積金屬Ti/Pt/ Au，制作一字形柵場(chǎng)板12,如圖3j。
[0125] 在鈍化層9上第七次制作掩膜，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在真空度小于1. 8 X10_3Pa， 功率范圍為200?1000W，蒸發(fā)速率小于3A/s的工藝條件下，在源極與漏極之間的鈍化層上 部和高介電常數(shù)介質(zhì)上部淀積金屬，所淀積的金屬為厚度為Ti/Pt/Au金屬組合，即下層為 Ti、中層為Pt、上層為Au，其厚度為1. 5 y m/1. 2 y m/0. 5 y m，該金屬靠近柵極一側(cè)邊緣與凹 槽靠近柵極一側(cè)邊緣對(duì)齊，形成一字形柵場(chǎng)板，將一字形柵場(chǎng)板與柵極電氣連接；一字形柵 場(chǎng)板靠近漏極一側(cè)邊緣與凹槽靠近漏極一側(cè)邊緣之間的距離c為11 y m，一字形柵場(chǎng)板與 高介電常數(shù)介質(zhì)構(gòu)成直角復(fù)合柵場(chǎng)板。
[0126] 步驟K.在一字形柵場(chǎng)板12上部以及鈍化層9的其它區(qū)域上部淀積Si02，制作保 護(hù)層13,如圖3k。
[0127] 使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)在氣體為N20及SiH4，氣體流量分別為 850sccm和200sccm，溫度為250°C，RF功率為25W，壓強(qiáng)為1 lOOmTorr的工藝條件下，在一字 形柵場(chǎng)板12上部以及鈍化層9的其它區(qū)域上部淀積Si02制作保護(hù)層13,其厚度為6. 7 y m， 從而完成整個(gè)器件的制作。
[0128] 本發(fā)明的效果可通過以下仿真進(jìn)一步說明。
[0129] 對(duì)采用傳統(tǒng)柵場(chǎng)板的異質(zhì)結(jié)器件的勢(shì)壘層與本發(fā)明器件的勢(shì)壘層中的電場(chǎng)進(jìn)行 仿真，結(jié)果如圖4,其中傳統(tǒng)柵場(chǎng)板有效長(zhǎng)度L與本發(fā)明一字形柵場(chǎng)板有效總長(zhǎng)度相等。
[0130] 由圖4可以看出：采用傳統(tǒng)柵場(chǎng)板的異質(zhì)結(jié)器件在勢(shì)壘層中的電場(chǎng)曲線只形成了 2個(gè)近似相等的電場(chǎng)峰值，其在勢(shì)壘層中的電場(chǎng)曲線所覆蓋的面積很小，而本發(fā)明器件在勢(shì) 壘層中的電場(chǎng)曲線形成了 3個(gè)近似相等的電場(chǎng)峰值，使得本發(fā)明器件在勢(shì)壘層中的電場(chǎng)曲 線所覆蓋的面積大大增加，由于在勢(shì)壘層中的電場(chǎng)曲線所覆蓋的面積近似等于器件的擊穿 電壓，說明本發(fā)明器件的擊穿電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于采用傳統(tǒng)柵場(chǎng)板的異質(zhì)結(jié)器件的擊穿電壓。
【權(quán)利要求】
1. 一種槽柵型直角復(fù)合柵場(chǎng)板異質(zhì)結(jié)器件，自下而上包括：襯底（1)、過渡層（2)、勢(shì) 壘層（3)、鈍化層（9)和保護(hù)層（13)，勢(shì)壘層（3)的上面淀積有源極（4)與漏極（5)，勢(shì)壘 層（3)的側(cè)面刻有臺(tái)面￠)，且臺(tái)面深度大于勢(shì)壘層的厚度，在源極與漏極之間的勢(shì)壘層內(nèi) 刻有柵槽（7)，在柵槽內(nèi)淀積有柵極（8)，其特征在于，鈍化層（9)內(nèi)刻有凹槽（10)，該凹槽 內(nèi)完全填充有高介電常數(shù)介質(zhì)（11);鈍化層（9)與保護(hù)層（13)之間淀積有一字形柵場(chǎng)板 (12)，且該一字形柵場(chǎng)板靠近柵極一側(cè)的邊緣與凹槽（10)靠近柵極一側(cè)的邊緣對(duì)齊，該一 字形柵場(chǎng)板（12)與高介電常數(shù)介質(zhì)（11)構(gòu)成直角復(fù)合柵場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，且一字形柵場(chǎng)板（12) 與柵極（8)電氣連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽柵型直角復(fù)合柵場(chǎng)板異質(zhì)結(jié)器件，其特征在于柵槽（7)的 深度h小于勢(shì)壘層的厚度；柵極（8)與柵槽左端之間的距離1^為0?3.4 iim，與柵槽右端 之間的距離:r2為0?5. 6 y m，并且< r2。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽柵型直角復(fù)合柵場(chǎng)板異質(zhì)結(jié)器件，其特征在于凹槽（10)的 深度s為0.35?10. 5iim，寬度b為0.7?9iim;凹槽（10)底部與勢(shì)壘層⑶之間的距離 d 為 0? 09 ?1 u m。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽柵型直角復(fù)合柵場(chǎng)板異質(zhì)結(jié)器件，其特征在于所述的鈍化 層的相對(duì)介電常數(shù)e i和高介電常數(shù)介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)e 2的取值范圍為1. 5?2000， 且 e ^ e 2。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽柵型直角復(fù)合柵場(chǎng)板異質(zhì)結(jié)器件，其特征在于凹槽（10)靠 近柵極一側(cè)邊緣與柵極（8)靠近漏極一側(cè)邊緣之間的距離a為sX (d+sX e V e 2)°_5，其中 s為凹槽的深度，d為凹槽底部與勢(shì)魚層之間的距離，Si為鈍化層的相對(duì)介電常數(shù)，￡2為 高介電常數(shù)介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)；一字形柵場(chǎng)板靠近漏極一側(cè)邊緣與凹槽靠近漏極一側(cè)邊 緣之間的距離C為0. 9?11 i! m。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽柵型直角復(fù)合柵場(chǎng)板異質(zhì)結(jié)器件，其特征在于襯底（1)采 用藍(lán)寶石或碳化硅或硅材料。
7. -種制作槽柵型直角復(fù)合柵場(chǎng)板異質(zhì)結(jié)器件的方法，包括如下過程： 第一步，在襯底（1)上外延GaN基寬禁帶半導(dǎo)體材料，形成過渡層（2); 第二步，在過渡層上外延GaN基寬禁帶半導(dǎo)體材料，形成勢(shì)壘層（3); 第三步，在勢(shì)壘層（3)上第一次制作掩膜，利用該掩膜在勢(shì)壘層（3)的兩端淀積金屬， 再在隊(duì)氣氛中進(jìn)行快速熱退火，分別制作源極（4)和漏極（5); 第四步，在勢(shì)壘層（3)上第二次制作掩膜，利用該掩膜在源極左側(cè)、漏極右側(cè)的勢(shì)壘層 上進(jìn)行刻蝕，且刻蝕區(qū)深度大于勢(shì)壘層厚度，形成臺(tái)面（6); 第五步，在勢(shì)壘層（3)上第三次制作掩膜，利用該掩膜在源極（4)與漏極（5)之間的勢(shì) 壘層⑶內(nèi)進(jìn)行刻蝕，制作柵槽（7)，柵槽（7)的深度h小于勢(shì)壘層的厚度； 第六步，在勢(shì)壘層（3)上第四次制作掩膜，利用該掩膜在柵槽內(nèi)淀積金屬，制作柵極 (8)，柵極⑶與柵槽左端之間的距離ri為0?3. 4 y m，與柵槽右端之間的距離r2為0? 5. 6 y m，并且;< r2 ; 第七步，分別在源極上部、漏極上部、柵極上部、柵槽的其他區(qū)域上部以及勢(shì)壘層的其 他區(qū)域上部淀積鈍化層（9); 第八步，在鈍化層（9)上第五次制作掩膜，利用該掩膜在柵極與漏極之間的鈍化層（9) 內(nèi)進(jìn)行刻蝕，以制作深度S為0. 35?10. 5 i! m，寬度b為0. 7?9 i! m的凹槽，凹槽底部與勢(shì) 壘層（3)之間的距離d為0. 09?1 y m，該凹槽靠近柵極一側(cè)邊緣與柵極靠近漏極一側(cè)邊緣 之間的距離a為sX (d+sX e夕e 2)°_5，其中s為凹槽的深度，d為凹槽底部與勢(shì)壘層之間的 距離，h為鈍化層的相對(duì)介電常數(shù)，￡2為高介電常數(shù)介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)； 第九步，在鈍化層（9)上第六次制作掩膜，利用該掩膜在凹槽內(nèi)淀積高介電常數(shù)介質(zhì) (11)，高介電常數(shù)介質(zhì)（11)完全填充凹槽； 第十步，在鈍化層（9)上第七次制作掩膜，利用該掩膜在源極和漏極之間的鈍化層上 部以及高介電常數(shù)介質(zhì)（11)上部均淀積〇. 39?3. 2 y m的金屬，該金屬靠近柵極一側(cè)的邊 緣與凹槽（10)靠近柵極一側(cè)的邊緣對(duì)齊，形成一字形柵場(chǎng)板（12)，該一字形柵場(chǎng)板（12)靠 近漏極一側(cè)邊緣與凹槽（10)靠近漏極一側(cè)邊緣之間的距離c為0. 9?11 y m，一字形柵場(chǎng) 板（12)與柵極（8)電氣連接，一字形柵場(chǎng)板（12)與高介電常數(shù)介質(zhì)（11)構(gòu)成直角復(fù)合柵 場(chǎng)板； 第十一步，在一字形柵場(chǎng)板（12)上部和鈍化層（9)的其它區(qū)域上部淀積絕緣介質(zhì)材 料，形成保護(hù)層（13)，完成整個(gè)器件的制作。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述第十步中在源極與漏極之間的鈍化層 (9)上部和高介電常數(shù)介質(zhì)（11)上部淀積的金屬，采用三層金屬組合Ti/Mo/Au，即下層為 Ti、中層為 Mo、上層為 Au，其厚度為 0? 18 ?1.5iim/0. 13 ?1.2iim/0.08 ?0.5iim。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述第十步中在源極與漏極之間的鈍化層 (9)上部和高介電常數(shù)介質(zhì)（11)上部淀積的金屬，采用Ti/Ni/Au三層金屬組合，即下層為 Ti、中層為 Ni、上層為 Au，其厚度為 0? 18 ?1.5iim/0. 13 ?1.2iim/0.08 ?0.5iim。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述第十步中在源極與漏極之間的鈍化 層（9)上部和高介電常數(shù)介質(zhì)（11)上部淀積的金屬，進(jìn)一步采用Ti/Pt/Au三層金屬組 合，即下層為Ti、中層為Pt、上層為Au，其厚度為0? 18?1. 5iim/0. 13?1. 2iim/0. 08? 0? 5 u m〇
【文檔編號(hào)】H01L29/40GK104409481SQ201410658901
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】毛維, 佘偉波, 張延濤, 葛安奎, 楊翠, 郝躍 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)