GaN HEMT器件的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种GaN HEMT器件的制备方法，包括：提供衬底；在衬底上形成器件本体，所述器件本体按自下而上的顺序依次包括第一GaN层、AlGaN层、第二GaN层和介质层；在器件本体中形成栅极凹进，所述栅极凹进穿过介质层、第二GaN层并延伸至AlGaN层表面；对形成有栅极凹进的器件本体进行一次退火；将经一次退火的器件本体用氮气进行表面处理；在经表面处理的栅极凹进中形成金属栅极；对形成有金属栅极的器件进行二次退火。

【技术实现步骤摘要】
GaNHEMT器件的制备方法
本专利技术的实施例涉及半导体领域，特别涉及一种GaNHEMT器件的制备方法。
技术介绍
高电子迁移率晶体管(HEMT)在高功率和高频率应用中具有重要意义。特别地，铝镓氮(AlGaN)/氮化镓(GaN)HEMT器件在工作带宽、输出功率、工作效率以及抗辐射能力等方面具有突出优势，应用前景广阔。然而，现有的AlGaN/GaNHEMT器件面临表面漏电较大的问题。具体地，栅反向表面漏电流会导致击穿电压降低、跨导降低，使得器件的输出功率降低，并在小信号特性上表现为截止频率和最大振荡频率降低。同时，由于栅反向表面漏电流的增加，会造成器件自身直流功耗的增加，从而导致大功率损耗以及效率降低。因此，有必要改善GaNHEMT器件的表面漏电以提升器件的整体性能。
技术实现思路
本专利技术的实施例旨在提出一种GaNHEMT器件的制备方法，以减少器件表面漏电。根据本专利技术的一个方面，提出一种GaNHEMT器件的制备方法，包括：提供衬底；在衬底上形成器件本体，所述器件本体按自下而上的顺序依次包括第一GaN层、AlGaN层、第二GaN层和介质层；在器件本体中形成栅极凹进，所述栅极凹进穿过介质层、第二GaN层并延伸至AlGaN层表面；对形成有栅极凹进的器件本体进行一次退火；将经一次退火的器件本体用氮气进行表面处理；在经表面处理的栅极凹进中形成金属栅极；对形成有金属栅极的器件进行二次退火。根据一些实施方式，形成栅极凹进之前，在介质层上设置掩膜层，使得栅极凹进穿过掩膜层形成；以及进行一次退火之后、进行表面处理之前，去除所述掩膜层根据一些实施方式，进行一次退火的温度为400℃，时间为30～60s。根据一些实施方式，用氮气进行表面处理的时间为30～60s。根据一些实施方式，进行二次退火的温度为450℃，时间为30～60s。根据一些实施方式，形成金属栅极包括通过电子束蒸发在栅极凹进中淀积Ni/Au。根据一些实施方式，形成栅极凹进包括：光刻所述掩膜层；用SF6气体刻蚀所述介质层；以及用BCl3气体刻蚀所述第二GaN层。在根据本专利技术的实施例的GaNHEMT器件的制备方法中，设计了一次退火-氮气表面处理-二次退火的一体化工艺流程，其中，一次退火和二次退火分别在形成金属栅极前后进行。具体地，一次退火有利于减小器件中的栅极泄漏并提供高质量的栅极接触；用氮气进行表面处理可以补充表面Ga-N键，以减少形成栅极凹进时例如刻蚀工艺对器件造成的损伤；二次退火可用于进一步减少器件表面的原子位错等缺陷。通过这样整体化的流程，可以在不增加成本的基础上制作出低表面漏电的GaNHEMT器件，进而提升器件的整体性能。附图说明通过下文中参照附图对本专利技术所作的描述，本专利技术的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本专利技术有全面的理解。图1示出了根据本专利技术的一个示例性实施例的GaNHEMT器件的制备方法的过程的示意图；以及图2示出了图1的GaNHEMT器件的制备方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本专利技术的保护范围。图1示出了根据本专利技术的一个示例性实施例的GaNHEMT器件的制备方法的过程的示意图，图2示出了图1的GaNHEMT器件的制备方法的流程图。参照图1-2，GaNHEMT器件的制备方法包括：S1，提供衬底1；S2，在衬底1上形成器件本体2，器件本体2按自下而上的顺序依次包括第一GaN层21、AlGaN层22、第二GaN层23和介质层24；S3，在器件本体2中形成栅极凹进3，栅极凹进3穿过介质层24、第二GaN层23并延伸至AlGaN层22表面；S4，对形成有栅极凹进3的器件本体2进行一次退火A；S5，将经一次退火的器件本体2用氮气N2进行表面处理；S6，在经表面处理的栅极凹进3中形成金属栅极5；S7，对形成有金属栅极5的器件进行二次退火B。在根据本专利技术的实施例的GaNHEMT器件的制备方法中，设计了一次退火A-氮气表面处理-二次退火B的一体化工艺流程，其中，一次退火A和二次退火B分别在形成金属栅极5前后进行。具体地，一次退火A有利于减小器件中的栅极泄漏并提供高质量的栅极接触；用氮气进行表面处理可以补充表面Ga-N键，以减少形成栅极凹进3时例如刻蚀工艺对器件造成的损伤；二次退火B可用于进一步减少器件表面的原子位错等缺陷。通过这样整体化的流程，可以在不增加成本的基础上制作出低表面漏电的GaNHEMT器件，进而提升器件的整体性能。具体地，衬底1可以选用碳化硅材料，碳化硅例如可以是半绝缘碳化硅，包括4H、3C、6H和15R多型等。在其他一些实施例中，也可以选用例如蓝宝石、氮化铝、氮化镓、硅、氧化锌等其他合适的衬底。如图1的(b)所示，在衬底1上外延生长器件本体2。具体地，在衬底1上形成第一GaN层21，在第一GaN层21上形成AlGaN层22，在AlGaN层22上形成第二GaN层23，在第二GaN层23上形成介质层24。在第一GaN层21和AlGaN层22的界面处由于导带的不连续性，会形成三角形势阱，从而在第一GaN层21一侧聚集很多电子，形成二维电子气(2DEG)，以保证GaNHEMT器件的高迁移率。介质层24可以选用氮化硅材料，氮化硅的钝化作用可以减少后续形成栅极凹进3时的蚀刻损伤。介质层24还可选用氮化铝、二氧化硅、ONO结构等。进一步地，如图1的(c)所示，在器件本体2中形成栅极凹进3。具体地，可以用SF6气体刻蚀介质层24，暴露出第二GaN层23的表面；之后可以用BCl3气体刻蚀第二GaN层23，暴露出AlGaN层22的表面。由此形成穿过介质层24、第二GaN层23并延伸至AlGaN层22表面的栅极凹进3。刻蚀过程可能对AlGaN层22造成损伤。在一些实施例中，为限定栅极凹进3的开口位置并防止刻蚀对不形成栅极凹进3的区域造成损伤，可以在形成栅极凹进3之前，在介质层24上设置掩膜层4，使得栅极凹进3穿过掩膜层4形成。掩膜层4可以是光刻胶，可通过光刻的方式去掉光刻胶的特定区域以形成栅极凹进3的开口，同时掩膜层4未被去除的部分用于覆盖介质层24的非刻蚀区域。继续参照图1的(c)，对形成有栅极凹进3的器件本体2进行一次退火A。具体地，一次退火A的温度可以设置为400℃，时间为30～60s。一次退火A有利于减小器件中的栅极泄漏并提供高质量的栅极接触。进一步地，如图1的(d)所示，将经一次退火A处理的器件本体2用氮气进行表面处理。在一些实施例中，进行一次退火A之后、进行表面处理之前，可以去除掩膜层4。用氮气进行表面处理包括将器件本体2置于氮气氛围内，此时氮气与AlGaN层22的表面充分接触，有利于形成新的Ga-N键以弥补刻蚀过程造成的表面损伤，进而保证后续的金属栅极可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GaN HEMT器件的制备方法，包括：提供衬底；在衬底上形成器件本体，所述器件本体按自下而上的顺序依次包括第一GaN层、AlGaN层、第二GaN层和介质层；在器件本体中形成栅极凹进，所述栅极凹进穿过介质层、第二GaN层并延伸至AlGaN层表面；对形成有栅极凹进的器件本体进行一次退火；将经一次退火的器件本体用氮气进行表面处理；在经表面处理的栅极凹进中形成金属栅极；对形成有金属栅极的器件进行二次退火。

【技术特征摘要】
1.一种GaNHEMT器件的制备方法，包括：提供衬底；在衬底上形成器件本体，所述器件本体按自下而上的顺序依次包括第一GaN层、AlGaN层、第二GaN层和介质层；在器件本体中形成栅极凹进，所述栅极凹进穿过介质层、第二GaN层并延伸至AlGaN层表面；对形成有栅极凹进的器件本体进行一次退火；将经一次退火的器件本体用氮气进行表面处理；在经表面处理的栅极凹进中形成金属栅极；对形成有金属栅极的器件进行二次退火。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成栅极凹进之前，在介质层上设置掩膜层，使得栅极凹进穿过掩膜层形成；以及进行一次退火之后、进...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗卫军，张杰，魏珂，刘新宇，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11