本發(fā)明涉及半導(dǎo)體工藝領(lǐng)域，尤其涉及一種氮化鎵半導(dǎo)體器件及其制備方法。

背景技術(shù)：

氮化鎵具有大禁帶寬度、高電子飽和速率、高擊穿電場、較高熱導(dǎo)率、耐腐蝕以及抗輻射性能等優(yōu)點，從而可以采用氮化鎵制作半導(dǎo)體材料，而得到氮化鎵半導(dǎo)體器件。

現(xiàn)有技術(shù)中，氮化鎵半導(dǎo)體器件的制備方法為：在氮化鎵外延層的表面上形成氮化硅層，在氮化硅層上刻蝕出源極接觸孔和漏極接觸孔，源極接觸孔和漏極接觸孔內(nèi)沉積金屬，從而形成源極和漏極；再刻蝕氮化硅層以及氮化鎵外延層中的氮化鋁鎵層，形成一個凹槽，在凹槽中沉積金屬層，從而形成柵極；然后沉積二氧化硅層以及場板金屬層，從而形成氮化鎵半導(dǎo)體器件。

然而現(xiàn)有技術(shù)中，人們關(guān)注如何提高導(dǎo)通電流和降低導(dǎo)通電阻的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種氮化鎵半導(dǎo)體器件，包括：氮化鎵外延層；以及，

設(shè)置于所述氮化鎵外延層上的介質(zhì)層，所述介質(zhì)層的材質(zhì)為氧化鉿；

設(shè)置于所述介質(zhì)層上的源極、漏極和柵極，所述源極、漏極和柵極分別貫穿所述介質(zhì)層與所述氮化鎵外延層連接；其中，所述柵極包括相互連接的第一柵部和第二柵部，所述第一柵部、第二柵部均貫穿所述介質(zhì)層與所述氮化鎵外延層連接；

設(shè)置于所述源極、漏極和柵極以及所述介質(zhì)層上的絕緣層，所述絕緣層的材質(zhì)為二氧化硅；

還包括設(shè)置于所述絕緣層上的場板金屬層，所述場板金屬層貫穿所述絕緣層與所述源極連接。

本發(fā)明還提供這種具有倒梯形柵極的氮化鎵半導(dǎo)體器件的制備方法，提供一氮化鎵外延層，其中，所述氮化鎵外延層包括由下而上依次設(shè)置的硅襯底層、氮化鎵層和氮化鋁鎵層；

在所述氮化鎵外延層表面沉積氧化鉿，形成介質(zhì)層，所述介質(zhì)層材質(zhì)為氧化鉿；

源極接觸孔和漏極接觸孔的獲得：刻蝕所述介質(zhì)層，以形成相互獨立的源極接觸孔和漏極接觸孔，所述源極接觸孔、所述漏極接觸孔貫穿所述介質(zhì)層到達(dá)所述氮化鋁鎵層；

在所述源極接觸孔和所述漏極接觸孔內(nèi)、以及所述介質(zhì)層的表面上，沉積第一金屬，以獲得源極、漏極；

對所述第一金屬進(jìn)行光刻和刻蝕，形成歐姆接觸電極窗口；此時獲得第一組件；

對所述第一組件進(jìn)行高溫退火處理，以使得容置在所述源極接觸孔和所述漏極接觸孔內(nèi)的所述第一金屬形成合金并與所述氮化鋁鎵層進(jìn)行反應(yīng)；

柵極接觸孔的獲得：通過所述歐姆接觸電極窗口，對所述介質(zhì)層和所述氮化鋁鎵層進(jìn)行干法刻蝕，形成第一接觸孔和第二接觸孔，且所述第二接觸孔的底部與所述氮化鋁鎵層的底部之間具有預(yù)設(shè)距離；

在所述第一接觸孔、第二接觸孔內(nèi)、所述柵極接觸孔的外邊緣同時沉積第二金屬件，獲得第一柵部、第二柵部以形成柵極，此時獲得第二組件；

在所述第二組件的表面沉積一層絕緣層；

在所述絕緣層上進(jìn)行干法刻蝕，以形成開孔，所述開孔與所述源極接觸孔對應(yīng)；

在所述開孔以及所述絕緣層上沉積場板金屬層，所述場板金屬層的投影至少覆蓋所述開孔、以及從所述源極接觸孔至所述柵極接觸孔之間的區(qū)域。

有益效果：

本發(fā)明通過在氮化鎵外延層的表面的介質(zhì)層應(yīng)用了新穎材料，還通過沉積第一金屬在進(jìn)行高溫退火處理，以通過相互接觸的刻蝕后的第一金屬與氮化鋁鎵層進(jìn)行反應(yīng)之后形成合金，以降低刻蝕后的第一金屬與氮化鋁鎵層的接觸電阻；

本實施例引入混合柵結(jié)構(gòu)，包括短的屬于增強(qiáng)型的第一柵部和長的屬于耗盡型的第二柵部。在關(guān)態(tài)條件下，第一柵部關(guān)斷，而第二柵部可以在漏極電壓下鎖住溝道電勢，提供高的阻斷能力；開態(tài)時，增強(qiáng)型溝道和耗盡型溝道提供低的溝道電阻，保證高的導(dǎo)通電流和低的導(dǎo)通電阻。

附圖說明

圖1a為本發(fā)明又一實施例的氮化鎵半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1b為本發(fā)明又一實施例的氮化鎵半導(dǎo)體器件的柵極結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1c為本發(fā)明又一實施例的氮化鎵半導(dǎo)體器件的制備流程示意圖。

圖2a為本發(fā)明另一實施例的氮化鎵半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2b為本發(fā)明另一實施例的氮化鎵半導(dǎo)體器件的制備流程示意圖。

圖3a為本發(fā)明另一實施例的氮化鎵半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3b為本發(fā)明另一實施例的氮化鎵半導(dǎo)體器件的柵極結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3c為本發(fā)明另一實施例的氮化鎵半導(dǎo)體器件的制備流程示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請參考圖1a所示，本發(fā)明實施例提供一種氮化鎵半導(dǎo)體器件，其從下至上包括：氮化鎵外延層310、介質(zhì)層320、源極331和漏極332、柵極333、絕緣層340、場板金屬層350。

其中，氮化鎵外延層310由硅(si)襯底312、氮化鎵(gan)層313和氮化鋁鎵(algan)層314構(gòu)成，其中，硅襯底312、氮化鎵層313和氮化鋁鎵層314由下而上依次設(shè)置。

介質(zhì)層320設(shè)置于所述氮化鎵外延層310上；本實施例的所述介質(zhì)層320材質(zhì)可例如為氧化鉿(hfo2)。該氧化鉿屬于一種高介電常數(shù)(high-k)介質(zhì)。

源極331、漏極332和柵極333設(shè)置于所述介質(zhì)層320上。具體地，源極331、漏極332和柵極333外形像“釘子”般一部分插入至所述介質(zhì)層320中，所述源極331、漏極332和柵極333分別貫穿所述介質(zhì)層320與所述氮化鎵外延層310連接；而一部分突出于所述介質(zhì)層320頂部。所述源極331和/或漏極332由第一金屬組成。其中第一金屬的組分結(jié)構(gòu)與上述實施例相同。采用第一金屬材質(zhì)形成的源極331、漏極332，能夠在器件高溫退火過程中與所述氮化鎵外延層310中的氮化鎵鋁層314發(fā)生反應(yīng)，生成合金，從而使得源極331、漏極332與氮化鋁鎵層的接觸面的接觸良好，可以有效的降低源極331、漏極332與氮化鋁鎵層的接觸電阻；避免出現(xiàn)氮化鎵半導(dǎo)體器件的漏電以及軟擊穿的問題。

優(yōu)選地，結(jié)合圖1b所示，本實施例的柵極333包括并列相連的兩個部分：較短的為增強(qiáng)型第一柵部333a、較長的為耗盡型第二柵部333b。所述第一柵部333a與所述氮化鋁鎵層314表面連接，所述第二柵部333b伸入所述氮化鋁鎵層314中。這種長短兩個部分構(gòu)成的柵極區(qū)別于現(xiàn)有的柵極，而呈現(xiàn)“異型”。

進(jìn)一步地，所述第一柵部333a的寬度d1優(yōu)選不小于第二柵部333b的寬度d2。當(dāng)然，在其他實施例中，第一柵部333a和第二柵部333b的左右位置也可以互換。

所述柵極333b可以往下延伸入所述氮化鋁鎵層314中，所述柵極333b底端到所述氮化鋁鎵層314底部的距離h優(yōu)選為整個所述氮化鋁鎵層314的一半。整個柵極333由第二金屬組成，所述第二金屬為ni、au合金。

絕緣層340設(shè)置于漏極332、柵極333和一部分源極331上方，以及裸露出來的全部介質(zhì)層320上，所述絕緣層340的材質(zhì)為二氧化硅。其中，絕緣層340在整個器件的表面進(jìn)行均勻沉積，各處沉淀的厚度相同。由于源極331、漏極332、柵極333的存在，從而在源極331與柵極333之間的絕緣層340、在柵極33與漏極332之間的絕緣層340是向下凹陷的，可通過后續(xù)的磨平步驟使之平整。

還可例如包括有場板金屬層350，其設(shè)置于所述絕緣層340上。所述場板金屬層350貫穿所述絕緣層340與所述源極331連接。優(yōu)選地，所述場板金屬層350的材質(zhì)為鋁硅銅金屬層。

本發(fā)明還提供上述氮化鎵半導(dǎo)體器件的制備方法。如圖1c所示，具體步驟包括：

步驟301：在硅襯底312上依次沉積氮化鎵層313和氮化鋁鎵層314，形成氮化鎵外延層310。氮化鎵是第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有大禁帶寬度、高電子飽和速率、高擊穿電場、較高熱導(dǎo)率、耐腐蝕和抗輻射性能等特性、并且在高壓、高頻、高溫、大功率和抗輻照環(huán)境條件下具有較強(qiáng)的優(yōu)勢，從而是研究短波光電子器件和高壓高頻率大功率器件的最佳材料；其中，大禁帶寬度為3.4電子伏特，高電子飽和速率為2e7厘米每秒，高擊穿電場為1e10～-3e10伏特每厘米。

然后可以采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相電積方法，在氮化鎵外延層310的表面上沉積一層氧化鉿(hfo2)，形成介質(zhì)層120。其中，氧化鉿的厚度例如可為2000埃。

步驟302，對所述介質(zhì)層320進(jìn)行干法刻蝕，形成相對設(shè)置的源極接觸孔321和漏極接觸孔322。

為了使得所述源極接觸孔321、漏極接觸孔322清潔少雜質(zhì)，還包括除雜步驟。具體的，在對介質(zhì)層320進(jìn)行干法刻蝕之后，可以先采用“dhf(稀的氫氟酸)+化學(xué)清洗劑sc-1+化學(xué)清洗劑sc-2”的方法，例如，可以先采用稀釋后的氫氟酸溶液處理器件，然后采用過氧化氫與氫氧化氨的堿性混合溶液處理器件，再采用過氧化氫與氯化氫的酸性混合溶液處理器件，進(jìn)而可以去除整個器件的表面上的雜質(zhì)物。

步驟303，在本實施例中，在源極接觸孔321和漏極接觸孔322內(nèi)、以及介質(zhì)層120的表面上沉積第一金屬。

具體地，可以采用磁控濺射鍍膜工藝，在源極接觸孔和漏極接觸孔內(nèi)、以及介質(zhì)層的表面上，依次沉積第一鈦金屬層、鋁金屬層、第二鈦金屬層和氮化鈦層，以形成第一金屬；其中，第一鈦金屬層的厚度可例如為200埃，鋁金屬層的厚度可例如為1200埃，第二鈦金屬層的厚度可例如為200埃，氮化鈦層的厚度可例如為200埃。

對第一金屬進(jìn)行光刻和刻蝕，形成歐姆接觸電極窗口319。

對第一金屬進(jìn)行光刻和刻蝕，其中光刻的程序包括了涂膠、曝光和顯影，從而可以形成一個歐姆接觸電極窗口319；透過歐姆接觸電極窗口319，可以看到介質(zhì)層320的部分表面。如此，源極接觸孔121上的第一金屬構(gòu)成了器件的源極331，漏極接觸孔322上的第一金屬構(gòu)成了器件的漏極332。此時，為了能清楚表達(dá)本發(fā)明過程，命名此時獲得的器件為第一組件。

步驟104，對整個第一組件進(jìn)行高溫退火處理，以通過相互接觸的刻蝕后的第一金屬與氮化鋁鎵層,314進(jìn)行反應(yīng)之后形成合金。

在本實施例中，具體的，在反應(yīng)爐中通入氮氣氣體，在840～850℃的環(huán)境下對整個第一組件進(jìn)行30秒的高溫退火處理，從而刻蝕后的第一金屬會成為合金，并且相互接觸的刻蝕后的第一金屬與氮化鋁鎵層314進(jìn)行反應(yīng)之后也可以在其接觸面上也形成合金，從而可以降低第一金屬與氮化鋁鎵層314之間的接觸電阻。即，降低源極331、漏極332與氮化鋁鎵層314之間的接觸電阻。

步驟305，通過歐姆接觸電極窗口,319，對介質(zhì)層320和氮化鋁鎵層314進(jìn)行干法刻蝕，形成柵極接觸孔323，其中，柵極接觸孔323的底部與氮化鋁鎵層314的底部具有預(yù)設(shè)距離。

在本實施例中，采用干法刻蝕的方法，通過歐姆接觸電極窗口319，對介質(zhì)層320以及部分的氮化鋁鎵層314，進(jìn)行干法刻蝕，進(jìn)而在第一器件上形成一個柵極接觸孔323。

其中，第一次刻蝕時，只在所述介質(zhì)層320部分進(jìn)行，獲得較淺的第一接觸孔323a；第二次干法刻蝕時在第一次刻蝕所獲得的第一接觸孔323a之中偏向一側(cè)進(jìn)行，并刻蝕貫穿整個介質(zhì)層320后再深入至部分氮化鋁鎵層314中進(jìn)行，形成更深的第二接觸孔323b；如此獲得整體的柵極接觸孔323。通過控制刻蝕工藝參數(shù)調(diào)節(jié)柵極接觸孔323b的寬度，來控制第一柵部的寬度d1、第二柵部的寬度d2的比例關(guān)系。然后在所述柵極接觸孔323a、柵極接觸孔323b、以及部分介質(zhì)層320沉積ni/au，金屬厚度為0.01～0.04μm/0.08～0.4μm；獲得柵極333。由此可知，兩個柵極接觸孔之間實際上相互連通的，第一柵部333a、第二柵部333b的制備也是一體成型的。

優(yōu)選地，第二接觸孔323b完全的穿透了介質(zhì)層320，并穿過部分的氮化鋁鎵層314，使得第二接觸孔323b的底部與氮化鋁鎵層314的底部的距離h優(yōu)選為氮化鋁鎵層314的一半。

在本實施例中，形成一個柵極接觸孔323之后，柵極接觸孔323內(nèi)會存在雜質(zhì)、顆粒以及離子等雜質(zhì)物，從而可以采用鹽酸溶液清洗柵極接觸孔320，將柵極接觸孔320內(nèi)的雜質(zhì)物去除掉。

具體地，本實施例通過在對介質(zhì)層320進(jìn)行干法刻蝕之后，采用dhf+sc1+sc2的方法去除器件上的雜質(zhì)物；并形成柵極接觸孔323之后，采用鹽酸溶液將柵極接觸孔323內(nèi)的雜質(zhì)物去除掉。從而可以有效的保證了介質(zhì)層的表面以及柵極接觸孔323內(nèi)的清潔，進(jìn)而保證了氮化鎵半導(dǎo)體器件的性能。

此時，為了更清楚表達(dá)本發(fā)明內(nèi)容，命名此時獲得的器件為第二組件。

步驟307，在整個第二組件的表面沉積一層絕緣層,340。

在本實施例中，具體的，在整個第二組件的表面沉積一層二氧化硅(sio2)，厚度可例如為5000埃，形成二氧化硅層作為一層絕緣層340。其中，二氧化硅在整個器件的表面進(jìn)行均勻沉積，各處厚度相同，由于源極331、漏極332和柵極333的存在，從而在源極331與柵極333之間的絕緣層340、在柵極333與漏極332之間的絕緣層340是向下凹陷的，可利用磨平工藝使之平整。

步驟308，對源極接觸孔331上方的絕緣層340進(jìn)行干法刻蝕之后，形成開孔341。所述柵極333具有凸出于所述柵極接觸孔323外的凸出部333a，所述開孔341的寬度小于所述凸出部333a的寬度。

步驟309，在開孔341內(nèi)、以及從源極接觸孔331延伸至柵極接觸孔323上方的絕緣層340上沉積場板金屬350，形成場板金屬層350。

在本實施例中，具體的，可以采用磁控濺射鍍膜工藝，在開孔341內(nèi)、以及從源極接觸孔321的外邊緣的第一金屬直至柵極接觸孔323的外邊緣的第一金屬上方的介質(zhì)層320上沉積場板金屬，厚度可例如為10000埃，從而形成場板金屬層350。場板金屬層350的厚度是均勻的，場板金屬層350在開孔341的位置處、以及源極接觸孔221與柵極接觸孔223之間的位置處的是向下凹陷的，可通過后續(xù)步驟中的磨平工藝使之平整。

有益效果：

本實施例的氮化鎵半導(dǎo)體器件采用混合柵結(jié)構(gòu)，包括短的屬于增強(qiáng)型的第一柵部333a和長的屬于耗盡型的第二柵部333b。在關(guān)態(tài)條件下，第一柵部333a關(guān)斷，而第二柵部333b可以在漏極電壓下鎖住溝道電勢，提供高的阻斷能力；開態(tài)時，增強(qiáng)型溝道和耗盡型溝道提供低的溝道電阻，保證高的導(dǎo)通電流和低的導(dǎo)通電阻。本實施例獲得的氮化鎵半導(dǎo)體器件可應(yīng)用于電力電子元件、濾波器、無線電通信元件等技術(shù)領(lǐng)域中，具有良好的應(yīng)用前景。

如圖2a所示，本發(fā)明實施例提供一種氮化鎵半導(dǎo)體器件，其從下至上包括：氮化鎵外延層610、介質(zhì)層620、源極631和漏極632、柵極633、絕緣層640、場板金屬層650。

其中，氮化鎵外延層610由硅(si)襯底612、氮化鎵(gan)層613和氮化鋁鎵(algan)層614構(gòu)成，其中，硅襯底612、氮化鎵層613和氮化鋁鎵層614由下而上依次設(shè)置。

介質(zhì)層620設(shè)置于所述氮化鎵外延層610上；本實施例的所述介質(zhì)層620材質(zhì)可例如為氧化鉿(hfo2)。該氧化鉿屬于一種高介電常數(shù)(high-k)介質(zhì)。

源極631、漏極632和柵極633設(shè)置于所述介質(zhì)層620上。具體地，源極631、漏極632和柵極633外形像“釘子”般一部分插入至所述介質(zhì)層620中，所述源極631、漏極632和柵極633分別貫穿所述介質(zhì)層620與所述氮化鎵外延層610連接；而一部分突出于所述介質(zhì)層620頂部。所述源極631和/或漏極632由第一金屬組成與上述實施例所示。采用第一金屬材質(zhì)形成的源極631、漏極632，能夠在器件高溫退火過程中與所述氮化鎵外延層610中的氮化鎵鋁層614發(fā)生反應(yīng)，生成合金，從而使得源極631、漏極632與氮化鋁鎵層的接觸面的接觸良好，可以有效的降低源極631、漏極632與氮化鋁鎵層的接觸電阻；避免出現(xiàn)氮化鎵半導(dǎo)體器件的漏電以及軟擊穿的問題。

優(yōu)選地，所述柵極633往下延伸入所述氮化鋁鎵層614中、并直達(dá)到所述氮化鋁鎵層614底部，獲得一“穿透型柵極”。柵極633由第二金屬組成，所述第二金屬為ni、au合金。

絕緣層640設(shè)置于漏極632、柵極633和一部分源極631上方，以及裸露出來的全部介質(zhì)層620上，所述絕緣層640的材質(zhì)為二氧化硅。其中，絕緣層640在整個器件的表面進(jìn)行均勻沉積，各處沉淀的厚度相同。由于源極631、漏極632、柵極633的存在，從而在源極631與柵極633之間的絕緣層640、在柵極633與漏極632之間的絕緣層640是向下凹陷的，可利用磨平工藝使之平整。

還可例如包括有場板金屬層650，其設(shè)置于所述絕緣層640上。所述場板金屬層650貫穿所述絕緣層640與所述源極631連接。優(yōu)選地，所述場板金屬層650的材質(zhì)為鋁硅銅金屬層。

上述氮化鎵半導(dǎo)體器件中的柵極633穿透整個氮化鋁鎵層到達(dá)氮化鎵層，能抑制柵極邊緣的高電場，有效地保證了氮化鎵高壓器件穩(wěn)定的阻斷特性，使器件在經(jīng)過反復(fù)高壓后，依舊能保持良好的可靠性。

本發(fā)明還提供上述氮化鎵半導(dǎo)體器件的制備方法。如圖2b所示，具體步驟包括：

步驟601：在硅襯底612上依次沉積氮化鎵層613和氮化鋁鎵層614，形成氮化鎵外延層610。氮化鎵是第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有大禁帶寬度、高電子飽和速率、高擊穿電場、較高熱導(dǎo)率、耐腐蝕和抗輻射性能等特性、并且在高壓、高頻、高溫、大功率和抗輻照環(huán)境條件下具有較強(qiáng)的優(yōu)勢，從而是研究短波光電子器件和高壓高頻率大功率器件的最佳材料；其中，大禁帶寬度為3.4電子伏特，高電子飽和速率為2e7厘米每秒，高擊穿電場為1e10～-3e10伏特每厘米。

然后可以采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相電積方法，在氮化鎵外延層610的表面上沉積一層氧化鉿(hfo2)，形成介質(zhì)層620。其中，氧化鉿的厚度例如可為2000埃。

步驟602，對所述介質(zhì)層620進(jìn)行干法刻蝕，形成相對設(shè)置的源極接觸孔21和漏極接觸孔622。

為了使得所述源極接觸孔621、漏極接觸孔622清潔少雜質(zhì)，還包括除雜步驟。具體的，在對介質(zhì)層620進(jìn)行干法刻蝕之后，可以先采用“dhf(稀的氫氟酸)+化學(xué)清洗劑sc-1+化學(xué)清洗劑sc-2”的方法，例如，可以先采用稀釋后的氫氟酸溶液處理器件，然后采用過氧化氫與氫氧化氨的堿性混合溶液處理器件，再采用過氧化氫與氯化氫的酸性混合溶液處理器件，進(jìn)而可以去除整個器件的表面上的雜質(zhì)物。

步驟603，在本實施例中，在源極接觸孔621和漏極接觸孔622內(nèi)、以及介質(zhì)層620的表面上沉積第一金屬621。

具體地，可以采用磁控濺射鍍膜工藝，在源極接觸孔和漏極接觸孔內(nèi)、以及介質(zhì)層的表面上，依次沉積第一鈦金屬層、鋁金屬層、第二鈦金屬層和氮化鈦層，以形成第一金屬；其中，第一鈦金屬層的厚度可例如為200埃，鋁金屬層的厚度可例如為6200埃，第二鈦金屬層的厚度可例如為200埃，氮化鈦層的厚度可例如為200埃。

對第一金屬進(jìn)行光刻和刻蝕，形成歐姆接觸電極窗口619。

對第一金屬進(jìn)行光刻和刻蝕，其中光刻的程序包括了涂膠、曝光和顯影，從而可以形成一個歐姆接觸電極窗口619；透過歐姆接觸電極窗口619，可以看到介質(zhì)層620的部分表面。如此，源極接觸孔621上的第一金屬構(gòu)成了器件的源極631，漏極接觸孔622上的第一金屬構(gòu)成了器件的漏極632。此時，為了能清楚表達(dá)本發(fā)明過程，命名此時獲得的器件為第一組件。

步驟604，對整個第一組件進(jìn)行高溫退火處理，以通過相互接觸的刻蝕后的第一金屬與氮化鋁鎵層614進(jìn)行反應(yīng)之后形成合金。

在本實施例中，具體的，在反應(yīng)爐中通入氮氣氣體，在840～850℃的環(huán)境下對整個第一組件進(jìn)行30秒的高溫退火處理，從而刻蝕后的第一金屬會成為合金，并且相互接觸的刻蝕后的第一金屬與氮化鋁鎵層614進(jìn)行反應(yīng)之后也可以在其接觸面上也形成合金，從而可以降低第一金屬與氮化鋁鎵層614之間的接觸電阻。即，降低源極631、漏極632與氮化鋁鎵層14之間的接觸電阻。

步驟605，通過歐姆接觸電極窗口619，對介質(zhì)層620和氮化鋁鎵層614進(jìn)行干法刻蝕，形成柵極接觸孔623，其中，柵極接觸孔623的底部與氮化鋁鎵層614的底部具有預(yù)設(shè)距離。

在本實施例中，采用干法刻蝕的方法，通過歐姆接觸電極窗口619，對介質(zhì)層620以及部分的氮化鋁鎵層614，進(jìn)行干法刻蝕，進(jìn)而在第一器件上形成一個柵極接觸孔623。其中，柵極接觸孔623完全的穿透了介質(zhì)層620，并穿過部分的氮化鋁鎵層614，使得柵極接觸孔623的底部與氮化鋁鎵層614的底部的距離h優(yōu)選為氮化鋁鎵層614的一半。

在本實施例中，形成一個柵極接觸孔623之后，柵極接觸孔623內(nèi)會存在雜質(zhì)、顆粒以及離子等雜質(zhì)物，從而可以采用鹽酸溶液清洗柵極接觸孔620，將柵極接觸孔620內(nèi)的雜質(zhì)物去除掉。

本實施例通過在對介質(zhì)層620進(jìn)行干法刻蝕之后，采用dhf+sc1+sc2的方法去除器件上的雜質(zhì)物；并形成柵極接觸孔623之后，采用鹽酸溶液將柵極接觸孔623內(nèi)的雜質(zhì)物去除掉。從而可以有效的保證了介質(zhì)層的表面以及柵極接觸孔623內(nèi)的清潔，進(jìn)而保證了氮化鎵半導(dǎo)體器件的性能。

步驟606、在本實施例中，具體的，采用磁控濺射鍍膜工藝，在柵極接觸孔623和柵極接觸孔623的外邊緣沉積ni/au作為第二金屬，金屬厚度為0.01～0.04μm/0.08～0.4μm；從而構(gòu)成了柵極633。此時，為了更清楚表達(dá)本發(fā)明內(nèi)容，命名此時獲得的器件為第二組件。

步驟607，在整個第二組件的表面沉積一層絕緣層640。

在本實施例中，具體的，在整個第二組件的表面沉積一層二氧化硅(sio2)，厚度可例如為5000埃，形成二氧化硅層作為一層絕緣層640。其中，二氧化硅在整個器件的表面進(jìn)行均勻沉積，各處厚度相同，由于源極631、漏極632和柵極633的存在，從而在源極631與柵極633之間的絕緣層640、在柵極633與漏極632之間的絕緣層640是向下凹陷的，可利用磨平工藝使之平整。

步驟608，對源極接觸孔631上方的絕緣層640進(jìn)行干法刻蝕之后，形成開孔641。所述柵極33具有凸出于所述柵極接觸孔623外的凸出部633a，所述開孔641的寬度小于所述凸出部633a的寬度。

步驟609，在開孔641內(nèi)、以及從源極接觸孔631延伸至柵極接觸孔623上方的絕緣層640上沉積場板金屬650，形成場板金屬層650。

在本實施例中，具體的，可以采用磁控濺射鍍膜工藝，在開孔641內(nèi)、以及從源極接觸孔621的外邊緣的第一金屬直至柵極接觸孔623的外邊緣的第一金屬上方的介質(zhì)層620上沉積場板金屬，厚度可例如為10000埃，從而形成場板金屬層650。場板金屬層650的厚度是均勻的，場板金屬層650在開孔641的位置處、以及源極接觸孔621與柵極接觸孔623之間的位置處的是向下凹陷的，通過在后續(xù)步驟的磨平工藝可使之平整。

本實施例通過在氮化鎵外延基底的表面上沉積介質(zhì)層代替現(xiàn)有的氧化硅層作為介質(zhì)層；再利用高溫退火處理工藝，使源極、漏極與氮化鎵外延層中的氮化鋁鎵層進(jìn)行反應(yīng)之后形成合金，從而使得源極、漏極與氮化鋁鎵層的接觸面的接觸良好，可以有效的降低源極、漏極與氮化鋁鎵層的接觸電阻；避免出現(xiàn)氮化鎵半導(dǎo)體器件的漏電以及軟擊穿的問題。進(jìn)一步地，優(yōu)化柵極的結(jié)構(gòu)使得柵極穿透整個氮化鋁鎵層，與cmos工藝線兼容，調(diào)整電場分布，以此來改善器件的耐壓。本實施例獲得的氮化鎵半導(dǎo)體器件可應(yīng)用于電力電子元件、濾波器、無線電通信元件等技術(shù)領(lǐng)域中，具有良好的應(yīng)用前景。

如圖3a所示，本發(fā)明實施例提供一種氮化鎵半導(dǎo)體器件，其從下至上包括：氮化鎵外延層810、介質(zhì)層820、源極831和漏極832、柵極833、絕緣層840。

其中，氮化鎵外延層810由硅(si)襯底812、氮化鎵(gan)層813和氮化鋁鎵(algan)層814構(gòu)成，其中，硅襯底812、氮化鎵層813和氮化鋁鎵層814由下而上依次設(shè)置。

介質(zhì)層820設(shè)置于所述氮化鎵外延層810上；本實施例的所述介質(zhì)層820材質(zhì)可例如為氧化鉿(hfo2)。該氧化鉿屬于一種高介電常數(shù)(high-k)介質(zhì)。

源極831、漏極832和柵極833設(shè)置于所述介質(zhì)層820上。具體地，源極831、漏極832和柵極833外形像“釘子”般一部分插入至所述介質(zhì)層820中，所述源極831、漏極832和柵極833分別貫穿所述介質(zhì)層820與所述氮化鎵外延層810連接；而一部分突出于所述介質(zhì)層820頂部。所述源極831和/或漏極832由第一金屬組成與上述實施例所示。采用第一金屬材質(zhì)形成的源極831、漏極832，能夠在器件高溫退火過程中與所述氮化鎵外延層810中的氮化鎵鋁層814發(fā)生反應(yīng)，生成合金，從而使得源極831、漏極832與氮化鋁鎵層的接觸面的接觸良好，可以有效的降低源極831、漏極832與氮化鋁鎵層的接觸電阻；避免出現(xiàn)氮化鎵半導(dǎo)體器件的漏電以及軟擊穿的問題。

優(yōu)選地，結(jié)合圖3b所示，本實施例的柵極833包括并列相連的兩個部分：較短的為增強(qiáng)型第一柵部833a、較長的為耗盡型第二柵部833b。所述第一柵部833a與所述氮化鋁鎵層814表面連接，所述第二柵部833b伸入所述氮化鋁鎵層814中。這種長短兩個部分構(gòu)成的柵極區(qū)別于現(xiàn)有的柵極，而呈現(xiàn)“異型”。

進(jìn)一步地，所述第一柵部833a的寬度d1優(yōu)選不小于第二柵部833b的寬度d2。當(dāng)然，在其他實施例中，第一柵部833a和第二柵部833b的左右位置也可以互換。

所述柵極833b可以往下延伸入所述氮化鋁鎵層314中，所述柵極833b底端到所述氮化鋁鎵層814底部的距離h優(yōu)選為整個所述氮化鋁鎵層814的一半。整個柵極833由第二金屬組成，所述第二金屬為ni、au合金。

進(jìn)一步地，包括設(shè)置在所述介質(zhì)層820上的若干個浮空場板829，所述浮空場板829貫穿所述介質(zhì)層820與所述氮化鎵外延層810連接，且所述浮空場板829獨立設(shè)置于所述源極831、漏極832之間并呈現(xiàn)環(huán)狀。

每個浮空場板829的高度可優(yōu)選為0.25～6微米。

絕緣層840設(shè)置于漏極832、柵極833和一部分源極831上方，以及裸露出來的全部介質(zhì)層820上，所述絕緣層840的材質(zhì)為二氧化硅。其中，絕緣層840在整個器件的表面進(jìn)行均勻沉積，各處沉淀的厚度相同。由于源極831、漏極832、柵極833的存在，從而在源極831與柵極833之間的絕緣層840、在柵極833與漏極832之間的絕緣層840是向下凹陷的，可利用磨平工藝使之平整。

還可例如包括有場板金屬層850，其設(shè)置于所述絕緣層840上。所述場板金屬層850貫穿所述絕緣層840與所述源極831連接。優(yōu)選地，所述場板金屬層850的材質(zhì)為鋁硅銅金屬層。

本實施例的氮化鎵半導(dǎo)體器件采用混合柵結(jié)構(gòu)，包括短的屬于增強(qiáng)型的第一柵部和長的屬于耗盡型的第二柵部。在關(guān)態(tài)條件下，第一柵部關(guān)斷，而第二柵部可以在漏極電壓下鎖住溝道電勢，提供高的阻斷能力；開態(tài)時，增強(qiáng)型溝道和耗盡型溝道提供低的溝道電阻，保證高的導(dǎo)通電流和低的導(dǎo)通電阻。

本發(fā)明還提供上述氮化鎵半導(dǎo)體器件的制備方法。如圖3c所示，具體步驟包括：

步驟801：在硅襯底812上依次沉積氮化鎵層813和氮化鋁鎵層814，形成氮化鎵外延層810。氮化鎵是第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有大禁帶寬度、高電子飽和速率、高擊穿電場、較高熱導(dǎo)率、耐腐蝕和抗輻射性能等特性、并且在高壓、高頻、高溫、大功率和抗輻照環(huán)境條件下具有較強(qiáng)的優(yōu)勢，從而是研究短波光電子器件和高壓高頻率大功率器件的最佳材料；其中，大禁帶寬度為3.4電子伏特，高電子飽和速率為2e7厘米每秒，高擊穿電場為1e10～-3e10伏特每厘米。

然后可以采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相電積方法，在氮化鎵外延層810的表面上沉積一層氧化鉿(hfo2)，形成介質(zhì)層820。其中，氧化鉿的厚度例如可為2000埃。

步驟802，對所述介質(zhì)層820進(jìn)行干法刻蝕，形成相對設(shè)置的源極接觸孔821和漏極接觸孔822、以及多個浮空場板接觸孔825；再在所述極接觸孔821和漏極接觸孔822、以及多個浮空場板接觸孔825內(nèi)沉積第一金屬形成相應(yīng)的電極。

首先，先在介質(zhì)層820上開設(shè)漏極接觸孔822；然后可以采用磁控濺射鍍膜工藝，在漏極接觸孔內(nèi)以及介質(zhì)層的表面上，依次沉積第一鈦金屬層、鋁金屬層、第二鈦金屬層和氮化鈦層，以形成第一金屬；其中，第一鈦金屬層的厚度可例如為200埃，鋁金屬層的厚度可例如為1200埃，第二鈦金屬層的厚度可例如為200埃，氮化鈦層的厚度可例如為200埃。形成漏極。

步驟8031，再在源極接觸孔821以及多個浮空場板接觸孔825介質(zhì)層820的表面上沉積第一金屬。

類似地，可以采用磁控濺射鍍膜工藝，在源極接觸孔以及多個浮空場板接觸孔825、部分介質(zhì)層的表面上，依次沉積第一鈦金屬層、鋁金屬層、第二鈦金屬層和氮化鈦層，以形成第一金屬；其中，第一鈦金屬層的厚度可例如為200埃，鋁金屬層的厚度可例如為1200埃，第二鈦金屬層的厚度可例如為200埃，氮化鈦層的厚度可例如為200埃。由此，獲得源極831和浮空場板835。

其中，每個浮空場板835的長度可例如為0.25～6微米。

為了使得所述源極接觸孔821、漏極接觸孔822、多個浮空場板接觸孔825清潔少雜質(zhì)，還包括除雜步驟。具體的，在對介質(zhì)層820進(jìn)行干法刻蝕之后，可以先采用“dhf(稀的氫氟酸)+化學(xué)清洗劑sc-1+化學(xué)清洗劑sc-2”的方法，例如，可以先采用稀釋后的氫氟酸溶液處理器件，然后采用過氧化氫與氫氧化氨的堿性混合溶液處理器件，再采用過氧化氫與氯化氫的酸性混合溶液處理器件，進(jìn)而可以去除整個器件的表面上的雜質(zhì)物。

對第一金屬進(jìn)行光刻和刻蝕，形成歐姆接觸電極窗口819。

對第一金屬進(jìn)行光刻和刻蝕，其中光刻的程序包括了涂膠、曝光和顯影，從而可以形成一個歐姆接觸電極窗口819；透過歐姆接觸電極窗口819，可以看到介質(zhì)層820的部分表面。如此，源極接觸孔821上的第一金屬構(gòu)成了器件的源極831，漏極接觸孔822上的第一金屬構(gòu)成了器件的漏極832。此時，為了能清楚表達(dá)本發(fā)明過程，命名此時獲得的器件為第一組件。

步驟804，對整個第一組件進(jìn)行高溫退火處理，以通過相互接觸的刻蝕后的第一金屬與氮化鋁鎵層814進(jìn)行反應(yīng)之后形成合金。

在本實施例中，具體的，在反應(yīng)爐中通入氮氣氣體，在840～850℃的環(huán)境下對整個第一組件進(jìn)行30秒的高溫退火處理，從而刻蝕后的第一金屬會成為合金，并且相互接觸的刻蝕后的第一金屬與氮化鋁鎵層814進(jìn)行反應(yīng)之后也可以在其接觸面上也形成合金，從而可以降低第一金屬與氮化鋁鎵層814之間的接觸電阻。即，降低源極831、漏極832與氮化鋁鎵層14之間的接觸電阻。

步驟805，通過歐姆接觸電極窗口819，對介質(zhì)層820和氮化鋁鎵層814進(jìn)行干法刻蝕，形成柵極接觸孔823，其中，柵極接觸孔823的底部與氮化鋁鎵層814的底部具有預(yù)設(shè)距離。

在本實施例中，采用干法刻蝕的方法，通過歐姆接觸電極窗口819，對介質(zhì)層820以及部分的氮化鋁鎵層814，進(jìn)行干法刻蝕，進(jìn)而在第一器件上形成一個柵極接觸孔823。其中，柵極接觸孔823完全的穿透了介質(zhì)層820，并穿過部分的氮化鋁鎵層814，使得柵極接觸孔823的底部與氮化鋁鎵層814的底部的距離h優(yōu)選為氮化鋁鎵層814的一半。進(jìn)一步地，刻蝕時使得柵極接觸孔823呈現(xiàn)一上寬下窄的、倒置的梯形。在本實施例中，形成一個柵極接觸孔823之后，柵極接觸孔823內(nèi)會存在雜質(zhì)、顆粒以及離子等雜質(zhì)物，從而可以采用鹽酸溶液清洗柵極接觸孔820，將柵極接觸孔820內(nèi)的雜質(zhì)物去除掉。

本實施例通過在對介質(zhì)層820進(jìn)行干法刻蝕之后，采用dhf+sc1+sc2的方法去除器件上的雜質(zhì)物；并形成柵極接觸孔823之后，采用鹽酸溶液將柵極接觸孔823內(nèi)的雜質(zhì)物去除掉。從而可以有效的保證了介質(zhì)層的表面以及柵極接觸孔823內(nèi)的清潔，進(jìn)而保證了氮化鎵半導(dǎo)體器件的性能。

步驟806、在本實施例中，具體的，采用磁控濺射鍍膜工藝，在柵極接觸孔823和柵極接觸孔823的外邊緣沉積ni/au作為第二金屬，金屬厚度為0.01～0.04μm/0.08～0.4μm；從而構(gòu)成了柵極833。此時，為了更清楚表達(dá)本發(fā)明內(nèi)容，命名此時獲得的器件為第二組件。

步驟808，在整個第二組件的表面沉積一層絕緣層840。

在本實施例中，具體的，在整個第二組件的表面沉積一層二氧化硅(sio2)，厚度可例如為5000埃，形成二氧化硅層作為一層絕緣層840。其中，二氧化硅在整個器件的表面進(jìn)行均勻沉積，各處厚度相同，由于源極831、漏極832和柵極833的存在，從而在源極831與柵極833之間的絕緣層840、在柵極833與漏極832之間的絕緣層840是向下凹陷的，可利用磨平工藝使之平整。

步驟808，對源極接觸孔831上方的絕緣層840進(jìn)行干法刻蝕之后，形成開孔841。所述柵極833具有凸出于所述柵極接觸孔823外的凸出部833a，所述開孔841的寬度小于所述凸出部833a的寬度。

步驟809，在開孔841內(nèi)、以及從源極接觸孔831延伸至柵極接觸孔823上方的絕緣層840上沉積場板金屬850，形成場板金屬層850。

在本實施例中，具體的，可以采用磁控濺射鍍膜工藝，在開孔841內(nèi)、以及從源極接觸孔821的外邊緣的第一金屬直至柵極接觸孔823的外邊緣的第一金屬上方的介質(zhì)層820上沉積場板金屬，厚度可例如為10000埃，從而形成場板金屬層850。場板金屬層850的厚度是均勻的，場板金屬層850在開孔841的位置處、以及源極接觸孔821與柵極接觸孔823之間的位置處的是向下凹陷的，通過在后續(xù)步驟的磨平工藝可使之平整。

本實施例的氮化鎵半導(dǎo)體器件采用混合柵結(jié)構(gòu)，包括短的屬于增強(qiáng)型的第一柵部和長的屬于耗盡型的第二柵部。在關(guān)態(tài)條件下，第一柵部關(guān)斷，而第二柵部可以在漏極電壓下鎖住溝道電勢，提供高的阻斷能力；開態(tài)時，增強(qiáng)型溝道和耗盡型溝道提供低的溝道電阻，保證高的導(dǎo)通電流和低的導(dǎo)通電阻。結(jié)合浮空的金屬環(huán)，通過這個浮空的金屬環(huán)，擴(kuò)展了功率器件的耗盡區(qū)，減小了主肖特基結(jié)的電場強(qiáng)度，從而改善器件耐壓。本實施例獲得的氮化鎵半導(dǎo)體器件可應(yīng)用于電力電子元件、濾波器、無線電通信元件等技術(shù)領(lǐng)域中，具有良好的應(yīng)用前景。

最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。