氮化镓半导体器件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及半导体材料技术领域，提供一种氮化镓半导体器件包括：氮化镓外延层；以及，设置于所述氮化镓外延层上的介质层；设置于所述介质层上的源极、漏极和栅极，所述源极、漏极和栅极分别贯穿所述介质层与所述氮化镓外延层连接；设置于所述源极、漏极和栅极以及所述介质层上的绝缘层，所述绝缘层的材质为二氧化硅。本发明专利技术的氮化镓半导体器件不易出现击穿氮化铝镓层的现象，进而避免了出现氮化镓半导体器件的漏电以及击穿的问题，有效的保护了氮化镓半导体器件，增强了氮化镓半导体器件的可靠性。

Gallium nitride semiconductor device and its preparation method

The invention relates to the technical field of semiconductor materials, provide a gallium nitride semiconductor device includes a gallium nitride epitaxial layer; and dielectric layer disposed on the gallium nitride epitaxial layer; the dielectric layer is arranged on the source, drain and gate, the source, drain and gate respectively through the the dielectric layer is connected with the Gan epitaxial layer; arranged on the source, drain and gate and the insulating layer on the dielectric layer, the insulating layer is made of silicon dioxide. Gallium nitride semiconductor device of the invention is not easy to appear the breakdown of AlGaN layer phenomenon, and avoid the emergence of gallium nitride semiconductor device leakage and breakdown problem, effective protection of the gallium nitride semiconductor device, enhances the reliability of the gallium nitride semiconductor device.

【技术实现步骤摘要】
氮化镓半导体器件及其制备方法
本专利技术涉及半导体工艺领域，尤其涉及一种氮化镓半导体器件及其制备方法。
技术介绍
氮化镓具有大禁带宽度、高电子饱和速率、高击穿电场、较高热导率、耐腐蚀以及抗辐射性能等优点，从而可以采用氮化镓制作半导体材料，而得到氮化镓半导体器件。现有技术中，氮化镓半导体器件的制备方法为：在氮化镓外延层的表面上形成氮化硅层，在氮化硅层上刻蚀出源极接触孔和漏极接触孔，源极接触孔和漏极接触孔内沉积金属，从而形成源极和漏极；再刻蚀氮化硅层以及氮化镓外延层中的氮化铝镓层，形成一个凹槽，在凹槽中沉积金属层，从而形成栅极；然后沉积二氧化硅层以及场板金属层，从而形成氮化镓半导体器件。然而现有技术中，由于电场密度较大，从而会造成氮化镓半导体器件的漏电以及击穿的问题，进而会损坏氮化镓半导体器件，降低氮化镓半导体器件的可靠性。进一步地，氮化镓功率器件在反复高压测试后，器件的击穿电压会发生漂移，这种不稳定行为与电荷陷阱有关，对器件的可靠性会造成危害，应该被抑制。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种氮化镓半导体器件，其特征在于，包括：氮化镓外延层；以及，设置于所述氮化镓外延层上的介质层，所述介质层材质为氧化铪；设置于所述介质层上的源极、漏极和栅极，所述源极、漏极和栅极分别贯穿所述介质层与所述氮化镓外延层连接；其中，所述栅极贯穿所述介质层、并伸入所述氮化镓外延层中；设置于所述源极、漏极和栅极以及所述介质层上的绝缘层，所述绝缘层的材质为二氧化硅；还包括设置于所述绝缘层上的场板金属层，所述场板金属层贯穿所述绝缘层与所述源极连接。本专利技术还提供这种氮化镓半导体器件的制备方法，提供一氮化镓外延层，其中，所述氮化镓外延层包括由下而上依次设置的硅衬底层、氮化镓层和氮化铝镓层；在所述氮化镓外延层表面沉积氧化铪，形成介质层；源极接触孔和漏极接触孔的获得：刻蚀所述介质层，以形成相互独立的源极接触孔和漏极接触孔，所述源极接触孔、所述漏极接触孔贯穿所述介质层到达所述氮化铝镓层；在所述源极接触孔和所述漏极接触孔内、以及所述介质层的表面上，沉积第一金属，以获得源极、漏极；对所述第一金属进行光刻和刻蚀，形成欧姆接触电极窗口；此时获得第一组件；对所述第一组件进行高温退火处理，以使得容置在所述源极接触孔和所述漏极接触孔内的所述第一金属形成合金并与所述氮化铝镓层进行反应；栅极接触孔的获得：通过所述欧姆接触电极窗口，对所述介质层和所述氮化铝镓层进行干法刻蚀，形成栅极接触孔，其中，所述栅极接触孔贯穿所述介质层、所述氮化铝镓层；在所述栅极接触孔和所述栅极接触孔的外边缘沉积第二金属件，以获得栅极，此时获得第二组件；在所述第二组件的表面沉积一层绝缘层。有益效果：本专利技术通过在氮化镓外延层的表面的介质层应用了多种新颖材料，还通过沉积第一金属在进行高温退火处理，以通过相互接触的刻蚀后的第一金属与氮化铝镓层进行反应之后形成合金，以降低刻蚀后的第一金属与氮化铝镓层的接触电阻；本实施例优化栅极的结构使得栅极穿透整个氮化铝镓层，与CMOS工艺线兼容，调整电场分布，以此来改善器件的耐压。附图说明图1a为本专利技术另一实施例的氮化镓半导体器件的结构示意图。图1b为本专利技术另一实施例的氮化镓半导体器件的制备流程示意图。图2a为本专利技术又一实施例的氮化镓半导体器件的结构示意图。图2b为本专利技术又一实施例的氮化镓半导体器件的栅极结构示意图。图2c为本专利技术又一实施例的氮化镓半导体器件的制备流程示意图。图3a为本专利技术另一实施例的氮化镓半导体器件的结构示意图。图3b为本专利技术另一实施例的氮化镓半导体器件的制备流程示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1a所示，本专利技术实施例提供一种氮化镓半导体器件，其从下至上包括：氮化镓外延层210、介质层220、源极231和漏极232、栅极233、绝缘层240、场板金属层250。其中，氮化镓外延层210由硅(Si)衬底212、氮化镓(GaN)层213和氮化铝镓(AlGaN)层214构成，其中，硅衬底212、氮化镓层213和氮化铝镓层214由下而上依次设置。介质层220设置于所述氮化镓外延层210上；本实施例的所述介质层220材质可例如为氧化铪(HfO2)。该氧化铪属于一种高介电常数(high-k)介质。源极231、漏极232和栅极233设置于所述介质层220上。具体地，源极231、漏极232和栅极233外形像“钉子”般一部分插入至所述介质层220中，所述源极231、漏极232和栅极233分别贯穿所述介质层220与所述氮化镓外延层210连接；而一部分突出于所述介质层220顶部。所述源极231和/或漏极232由第一金属组成；该第一金属组成与上述实施例相同。采用第一金属材质形成的源极231、漏极232，能够在器件高温退火过程中与所述氮化镓外延层210中的氮化镓铝层214发生反应，生成合金，从而使得源极231、漏极232与氮化铝镓层的接触面的接触良好，可以有效的降低源极231、漏极232与氮化铝镓层的接触电阻；避免出现氮化镓半导体器件的漏电以及软击穿的问题。优选地，所述栅极233往下延伸入所述氮化铝镓层214中，所述栅极233底端到所述氮化铝镓层214底部的距离H优选为整个所述氮化铝镓层214的一半。栅极233由第二金属组成，所述第二金属为Ni、Au合金。优选地，在所述栅极233与所述氮化镓外延层210之间还包括一栅介质层234，本实施例中栅介质层234材质可例如为氮化硅。绝缘层240设置于漏极232、栅极233和一部分源极231上方，以及裸露出来的全部介质层220上，所述绝缘层240的材质为二氧化硅。其中，绝缘层240在整个器件的表面进行均匀沉积，各处沉淀的厚度相同。由于源极231、漏极232、栅极233的存在，从而在源极231与栅极233之间的绝缘层240、在栅极233与漏极232之间的绝缘层240是向下凹陷的，通过后续步骤中磨平工艺使得平整。还可例如包括有场板金属层250，其设置于所述绝缘层240上。所述场板金属层250贯穿所述绝缘层240与所述源极231连接。优选地，所述场板金属层250的材质为铝硅铜金属层。本专利技术还提供上述氮化镓半导体器件的制备方法。如图1b所示，具体步骤包括：步骤201：在硅衬底212上依次沉积氮化镓层213和氮化铝镓层214，形成氮化镓外延层210。氮化镓是第三代宽禁带半导体材料，具有大禁带宽度、高电子饱和速率、高击穿电场、较高热导率、耐腐蚀和抗辐射性能等特性、并且在高压、高频、高温、大功率和抗辐照环境条件下具有较强的优势，从而是研究短波光电子器件和高压高频率大功率器件的最佳材料；其中，大禁带宽度为3.4电子伏特，高电子饱和速率为2e7厘米每秒，高击穿电场为1e10～-3e10伏特每厘米。然后可以采用等离子体增强化学气相电积方法，在氮化镓外延层110的表面上沉积一层氧化铪(HfO2)，形成介质层120。其中，氧化铪的厚度例如可为2000埃。步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化镓半导体器件，其特征在于，包括：氮化镓外延层；以及，设置于所述氮化镓外延层上的介质层，所述介质层材质为氧化铪；设置于所述介质层上的源极、漏极和栅极，所述源极、漏极分别贯穿所述介质层与所述氮化镓外延层连接；其中，所述栅极贯穿所述介质层、并伸入所述氮化镓外延层中；设置于所述源极、漏极和栅极以及所述介质层上的绝缘层，所述绝缘层的材质为二氧化硅；还包括设置于所述绝缘层上的场板金属层，所述场板金属层贯穿所述绝缘层与所述源极连接。

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓半导体器件，其特征在于，包括：氮化镓外延层；以及，设置于所述氮化镓外延层上的介质层，所述介质层材质为氧化铪；设置于所述介质层上的源极、漏极和栅极，所述源极、漏极分别贯穿所述介质层与所述氮化镓外延层连接；其中，所述栅极贯穿所述介质层、并伸入所述氮化镓外延层中；设置于所述源极、漏极和栅极以及所述介质层上的绝缘层，所述绝缘层的材质为二氧化硅；还包括设置于所述绝缘层上的场板金属层，所述场板金属层贯穿所述绝缘层与所述源极连接。2.根据权利要求1所述氮化镓半导体器件，其特征在于，所述氮化镓外延层包括硅衬底，以及设置于所述硅衬底表面的氮化镓层、设置于所述氮化镓层表面的氮化铝镓层。3.根据权利要求2所述氮化镓半导体器件，其特征在于，所述栅极贯穿所述氮化铝镓层与所述氮化镓层连接。4.根据权利要求1或2或3或所述氮化镓半导体器件，其特征在于，所述介质层的厚度为2000埃。5.根据权利要求1所述氮化镓半导体器件，其特征在于，所述源极和/或漏极由第一金属组成；所述第一金属从下至上依次包括：第一钛金属层、铝金属层、第二钛金属层和氮化钛层。6.根据权利要求1所述氮化镓半导体器件，其特征在于，所述栅极由第二金属组成，所述第二金属为Ni、Au合金。7.一种氮化镓半导体器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：提供一氮化镓外延层，其中，所述氮化镓外延层包括由下而上依次设置的硅衬底层、氮化镓层和氮化铝镓层；在所述氮化镓外延层表面沉积氧化铪，形成介质层；源极接触孔和漏极接触孔的获得：...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘美华，林信南，刘岩军，
申请(专利权)人：深圳市晶相技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44