一种增强型HEMT器件的制备方法技术

本发明专利技术涉及半导体技术领域，特别涉及一种增强型HEMT器件的制备方法。本发明专利技术主要利用离子溅射的方式将金属钽溅射至栅区域AlGaN层表面，金属钽与AlGaN层反应生成化合物的同时，会消耗栅区域AlGaN层的厚度。AlGaN层势垒层的减薄使得栅区域下的二维电子气的密度减少，器件的转移特性曲线会正向移动，因此可以实现氮化镓增强型器件。本发明专利技术的有益效果为，避免了采用传统的高精度干法刻蚀等复杂工艺，具有简化工艺、可操作性高等特点。本发明专利技术尤其适用于氮化镓基增强型HEMT器件的制备，也可用来制备增强型MOS HEMT器件。

【技术实现步骤摘要】
一种增强型HEMT器件的制备方法
本专利技术属于半导体
，特别涉及一种增强型HEMT器件的制备方法。
技术介绍
宽禁带半导体材料氮化镓具有禁带宽度大、临界击穿电场高、电子饱和漂移速度高等特点，能够满足下一代半导体功率器件对大功率、高频、高速、小体积的要求，特别适用于未来功率电子。以AlGaN/GaN为代表的氮化镓基器件具有更高的电子迁移率，该结构通过自发极化和压电极化产生高浓度的二维电子气(2DEG)，使得AlGaN/GaN功率器件电流密度大、导通电阻低、功率密度大。AlGaN/GaN异质结器件由于自发极化和压电极化效应，通常为耗尽型器件。但耗尽型器件在电路应用中增加了功耗和设计复杂程度。同时在功率电子的应用中，增强型器件能够提高电路工作的安全性，在栅失效的情况下器件可以实现关断状态，实现失效保护的功能，所以实现增强型氮化镓器件是一个重要的研究方向。为了实现增强型器件，需要减弱或者完全消除栅极区域的极化效应，从而降低二维电子气(2DEG)。其中一种方法就是采用凹槽技术。凹槽技术一般是利用干法刻蚀去掉栅极下的势垒层AlGaN，减薄势垒层AlGaN厚度，降低栅极以下的沟道二维电子气密度，从而使器件阈值电压正向移动。当阈值电压大于零时，器件变为增强型。此外还有P型氮化镓以及栅极区域氟离子注入等方式实现增强型器件。但是现有的实现增强型氮化镓器件的方法中，工艺较为复杂，可控制性和操作性一般较差，这限制了氮化镓器件的生产和应用。
技术实现思路
本专利技术的目的，就是针对目前氮化镓基增强型制备工艺中存在的缺点，提出一种增强型HEMT器件的制备方法。本专利技术的技术方案：一种增强型HEMT器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a.采用光刻工艺，在氮化镓基上层刻蚀出隔离区，隔离形成有源区和非有源区；其中，氮化镓基是指AlGaN/GaN、InGaN/GaN、InAlGaN/GaN等异质结材料，在本专利技术中特指AlGaN/GaN材料。b.采用光刻工艺，在有源区两端分别刻蚀出源区和漏区，并淀积金属层形成金属化源极和金属化漏极；其中，制备所述源漏欧姆接触时淀积金属为钽/铝/钽(Ta/Al/Ta)或者是钛/铝/镍/金(Ti/Al/Ni/Au)，快速退火温度在700℃到850℃,时间在30秒到40秒，淀积欧姆接触方法为磁控溅射法或电子束蒸发法；c.采用光刻工艺，在金属化源极和金属化漏极之间刻出栅区；d.采用溅射工艺，在栅区淀积多层金属；e.进行快速退火处理，所述快速退火的温度为700-850℃,时间为1-2分钟；在此过程中第一层金属与氮化镓基进行合金反应；f.在器件表面淀积钝化层；g.采用光刻工艺，在有源区分别刻出源极、漏极和栅极接触孔图形；h.采用腐蚀液腐蚀接触孔绝缘层并去除光刻胶。进一步的，步骤d中所述在栅区淀积多层栅金属为在栅区淀积三层钽金属，具体步骤为：d1.采用磁控溅射法淀积第一层钽金属，所在的溅射腔体为氩气环境，氩气流量为10-20sccm，真空度为3mTorr；d2.在氮气环境中采用磁控溅射法淀积第二层钽金属，该层钽金属与氮气反应生成氮化钽；其中，氮气流量为2-8sccm，真空度为3mTorr；d3.采用磁控溅射法淀积第三层钽金属；其中，所在的溅射腔体为氩气环境，氩气流量为10-20sccm，真空度为3mTorr。本方案提出了一种栅区金属具体的形成方法，第一次溅射钽金属与栅区表层氮化镓基进行合金反应，第二次在氮气环境中继续溅射金属钽至栅区域，生成氮化钽，第三次溅射金属至栅区域后，最后生成的栅区电极为Ta/TaN/Ta。进一步的，所述步骤d中在栅区淀积多层金属的过程还包括，在淀积的第一层金属上淀积一层栅介质层。本方案提出在栅极金属下淀积栅介质层，目的是为了减少栅泄漏电流从而提高器件性能。具体步骤为：d1.采用磁控溅射法淀积第一层钽金属，所在的溅射腔体为氩气环境，氩气流量为10-20sccm，真空度为3mTorr；d2.采用原子束淀积法在第一层钽金属上淀积A12O3栅介质层；d3.在氮气环境中采用磁控溅射法在A12O3栅介质层上淀积第二层钽金属，该层钽金属与氮气反应生成氮化钽；其中，氮气流量为2-8sccm，真空度为3mTorr。本方案在上述栅区金属具体的形成方法中，提出添加栅介质层的方法。在上述两种生成栅区金属的过程中，第一次溅射的金属钽与AlGaN层反应生成化合物的同时，会消耗栅区域AlGaN层的厚度。AlGaN层势垒层的减薄使得栅区域下的二维电子气的密度减少，器件的转移特性曲线会正向移动，因此可以实现氮化镓增强型器件。进一步的，所述光刻工艺采用的光刻胶为S1818，光刻曝光方式为接触式曝光。更进一步的，步骤f的具体方法为：采用等离子体增强化学气相沉积或电感耦合等离子体化学气相淀积钝化层；所述钝化层为SiO2或Si3N4。再进一步的，步骤h中所述腐蚀液为氢氟酸溶液。本专利技术的有益效果为，避免了采用传统的高精度干法刻蚀等复杂工艺，具有简化工艺、可操作性高等特点。附图说明图1为实施例一的增强型氮化镓HEMT器件的结构示意图；图2为实施例一的制备工艺流程中在衬底上层生成外延层后结构示意图；图3为实施例一的制备工艺流程中刻蚀出隔离区后结构示意图；图4为实施例一的制备工艺流程中刻蚀出源漏区后结构示意图；图5为实施例一的制备工艺流程中生成金属化源漏后结构示意图；图6为实施例一的制备工艺流程中刻蚀出栅区后结构示意图；图7为实施例一的制备工艺流程中溅射栅极金属后结构示意图；图8为实施例一的制备工艺流程中淀积钝化层后结构示意图；图9为实施例一的制备工艺流程中热退火后栅极下沉结构示意图；图10为实施例一的制备工艺流程中刻蚀出接触孔后结构示意图。图11为实施例二的增强型氮化镓MOSHEMT器件的结构示意图；图12为实施例二的制备工艺流程中在衬底上层生成延层后结构示意图；图13为实施例二的制备工艺流程中刻蚀出隔离区后结构示意图；图14为实施例二的制备工艺流程中刻蚀出源漏区后结构示意图；图15为实施例二的制备工艺流程中生成金属化源漏后结构示意图；图16为实施例二的制备工艺流程中刻蚀出栅区后结构示意图；图17为实施例二的制备工艺流程中溅射钽金属、淀积栅介质、溅射钽金属后结构示意图；图18为实施例二的制备工艺流程中热退火后钽金属下沉结构示意图；图19为实施例二的制备工艺流程中淀积钝化层后结构示意图；图20为实施例二的制备工艺流程中刻蚀出接触孔后结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行详细的描述本专利技术主要利用离子溅射的方式将金属钽溅射至栅区域AlGaN层表面，金属钽与AlGaN层反应生成化合物的同时，会消耗栅区域AlGaN层的厚度。AlGaN层势垒层的减薄使得栅区域下的二维电子气的密度减少，器件的转移特性曲线会正向移动，因此可以实现氮化镓增强型器件。本专利技术中所述氮化镓增强型器件的栅极是在金属钽溅射至栅区域AlGaN层表面并与AlGaN层反应，再在氮气环境中继续溅射金属钽至栅区域，生成氮化钽作为栅区域金属化电极。实施例一如图1所示，本例的增强型氮化镓HEMT器件包括Si衬底101、位于Si衬底101上层的GaN层102、位于GaN层102上层的AlGaN层103；在AlGaN层103上层覆盖有保护层108；器件的有源区包括源极金属化接触1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增强型HEMT器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a.采用光刻工艺，在氮化镓基上层刻蚀出隔离区，隔离形成有源区和非有源区；b.采用光刻工艺，在有源区两端分别刻蚀出源区和漏区，并淀积金属层形成金属化源极和金属化漏极；c.采用光刻工艺，在金属化源极和金属化漏极之间刻蚀出栅区；d.采用溅射工艺，在栅区淀积多层金属；e.进行快速退火处理，所述快速退火的温度为700‑850℃,时间为1‑2分钟；在此过程中第一层金属与氮化镓基进行合金反应；f.在器件表面淀积钝化层；g.采用光刻工艺，在有源区分别刻蚀出源极、漏极和栅极接触孔；h.采用腐蚀液腐蚀接触孔绝缘层并去除光刻胶。

【技术特征摘要】
1.一种增强型HEMT器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a.采用光刻工艺，在氮化镓基上层刻蚀出隔离区，隔离形成有源区和非有源区；b.采用光刻工艺，在有源区两端分别刻蚀出源区和漏区，并淀积金属层形成金属化源极和金属化漏极；c.采用光刻工艺，在金属化源极和金属化漏极之间刻蚀出栅区；d.采用溅射工艺，在栅区淀积多层金属；所述在栅区淀积多层栅金属为在栅区淀积3层钽金属，具体步骤为：d1.采用磁控溅射法淀积第一层钽金属，所在的溅射腔体为氩气环境，氩气流量为10-20sccm，真空度为3mTorr；d2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张有润，庞慧娇，施金飞，刘影，孙成春，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51