GaN HEMT半导体器件及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种GaN HEMT半导体器件及其制备方法，该方法包括：提供GaN HEMT半导体器件薄膜结构；于GaN HEMT半导体器件薄膜结构上形成源电极及漏电极并沉积SiN钝化层；于SiN钝化层内形成自下向上逐渐增大的金属栅电极；至少去除部分SiN钝化层；于上步骤形成的结构表面沉积电极补充层。采用gate‑last工艺并通过形成自下向上逐渐增大的金属栅电极，二次沉积形成源电极和漏电极的电极补充层或源电极和栅场板的电极补充层，从而缩短源电极‑金属栅电极、漏电极‑金属栅电极的距离，降低了源电极、漏电极的接入电阻，提高器件耐压性能，同时由于金属栅电极于源、漏电极之后制备，避免了源漏电极制备工艺对金属栅电极造成损伤，提高了器件性能。

【技术实现步骤摘要】
GaNHEMT半导体器件及其制备方法
本专利技术属于半导体器件制造领域，特别是涉及一种GaNHEMT半导体器件及其制备方法。
技术介绍
第三代半导体材料即宽禁带（WideBandGapSemiconductor，简称WBGS）半导体材料是继第一代硅、锗和第二代砷化镓、磷化铟等以后发展起来。在第三代半导体材料中，氮化镓（GaN）具有宽带隙、直接带隙、高击穿电场、较低的介电常数、高电子饱和漂移速度、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等优越性质，成为继锗、硅、砷化镓之后制造新一代微电子器件和电路的关键半导体材料。特别是高温、大功率、高频和抗辐照电子器件以及全波长、短波长光电器件方面具有得天独厚的优势，是实现高温与大功率、高频及抗辐射、全波长光电器件的理想材料。基于AlGaN/GaN异质结的高电子迁移率晶体管（HighElectronMobilityTransistor，HEMT）具有低导通电阻、高击穿电压、高开关频率等优势，因此能够在各类电力转换系统中作为核心器件使用，在节能减耗方面有重要的应用前景。现有的GaNHEMT半导体器件制备工艺中自对准方式是减小源电极及漏电极接入电阻（所谓接入电阻即源电极和/或漏电极与金属栅电极之间没有被金属覆盖的非掺杂部分产生的电阻，如图1所示）的一种有效方式，同时自对准方式省去了光刻对准要求，以已有栅电极为掩膜版，实现源、漏金属电极制备，但自对准工艺一般结合金属栅电极先行工艺（gate-first），即先要完成金属栅电极制备，然后再进行后续源、漏金属电极工艺，这就意味着栅极需要承受源、漏金属电极制备工艺中的高温进程，如离子注入之后的高温退火，一般温度高达800℃-900℃，而目前普遍采用的金属栅电极的金属材料为Ni/Au，无法承受>800℃的高温，因此常规自对准工艺无法实现。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种GaNHEMT半导体器件及其制备方法，用于解决现有技术中采用自对准工艺结合金属栅电极先行工艺降低GaNHEMT半导体器件接入电阻会损伤金属栅电极性能等的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种GaNHEMT半导体器件的制备方法，所述制备方法包括：提供GaNHEMT半导体器件薄膜结构，所述GaNHEMT半导体器件薄膜结构沿其生长方向依次包括半导体衬底层、AlGaN缓冲层、GaN沟道层及AlGaN势垒层；利用光刻掩膜版于所述GaNHEMT半导体器件薄膜结构上定义源电极区域及漏电极区域，并于所述源电极区域及所述漏电极区域形成欧姆接触的源电极及漏电极；于所述GaNHEMT半导体器件薄膜结构上沉积SiN钝化层，并于所述SiN钝化层中形成金属栅电极区域，且所述金属栅电极区域自下向上开口逐渐增大；于所述金属栅电极区域形成金属栅电极；至少去除所述源电极至所述金属栅电极区域的所述SiN钝化层；于上述步骤形成的结构表面沉积电极补充层，所述电极补充层延伸至所述金属栅电极顶部对应的投影区域内，以降低GaNHEMT半导体器件的接入电阻。可选地，所述GaNHEMT半导体器件薄膜结构还包括形成于所述AlGaN势垒层上的GaN帽层；采用退火工艺形成欧姆接触的所述源电极及所述漏电极，其中退火温度介于800℃~900℃之间，退火时间介于20s~90s之间。可选地，形成所述电极补充层之后还包括于上述步骤形成的结构表面沉积保护层，所述保护层的材料包括由氧化硅、氮化硅、氧化铪、氧化铝及氧化锆构成的群组中的至少一种。可选地，沉积形成所述电极补充层时，将上述步骤形成的结构倾斜并保持其旋转沉积，且倾斜角度介于0°~30°之间。可选地，去除所述源电极至所述金属栅电极区域的所述SiN钝化层，保留所述漏电极至所述金属栅电极区域的所述SiN钝化层，所述电极补充层形成于自所述源电极表面延伸至所述金属栅电极顶部对应的投影区域内的所述GaNHEMT半导体器件薄膜结构上、所述金属栅电极上及所述漏电极至所述金属栅电极区域的所述SiN钝化层上。可选地，去除全部所述SiN钝化层，所述电极补充层形成于自所述源电极表面延伸至靠近所述金属栅电极的所述GaNHEMT半导体器件薄膜结构上、自所述漏电极表面延伸至所述金属栅电极顶部对应的投影区域内的所述GaNHEMT半导体器件薄膜结构上及所述金属栅电极上。可选地，所述SiN钝化层的最下层为5nm~20nm厚的SiN势垒保护层，采用LPCVD工艺形成该SiN势垒保护层。可选地，所述SiN钝化层的致密度自下向上逐渐减小，且所述SiN钝化层的致密度介于2g/cm3~3g/cm3之间，于该SiN钝化层中形成所述金属栅电极区域的步骤包括：利用光刻掩膜版形成金属栅电极区域开口，然后采用干法刻蚀去除所述SiN钝化层，藉由所述SiN钝化层的致密度自下向上逐渐减小，从而形成自下向上开口逐渐增大的所述金属栅电极区域。可选地，采用PECVD工艺形成所述SiN钝化层，其方法包括：自下向上逐渐降低PECVD工艺的沉积温度和/或自下向上逐渐增大氮离子气源的配比；采用反应离子刻蚀工艺去除所述SiN钝化层。可选地，所述SiN钝化层的致密度自下向上均一，于该SiN钝化层中形成所述金属栅电极区域的步骤包括：利用光刻掩膜版形成金属栅电极区域开口，然后利用氟基刻蚀气体干法各向异性刻蚀部分厚度的所述SiN钝化层，最后利用磷酸湿法各向同性刻蚀剩余厚度的所述SiN钝化层，从而形成自下向上开口逐渐增大的所述金属栅电极区域。本专利技术还提供一种GaNHEMT半导体器件，所述器件包括：GaNHEMT半导体器件薄膜结构，包括依次层叠的半导体衬底层、AlGaN缓冲层、GaN沟道层及AlGaN势垒层；形成于所述GaNHEMT半导体器件薄膜结构上的欧姆接触的源电极、漏电极及金属栅电极，且所述源电极及漏电极分居于所述金属栅电极的两端；电极补充层，所述电极补充层至少形成于自所述源电极表面延伸至所述金属栅电极顶部对应的投影区域内的所述GaNHEMT半导体器件薄膜结构上及述金属栅电极上。可选地，所述GaNHEMT半导体器件薄膜结构还包括形成于所述AlGaN势垒层上的GaN帽层，所述GaNHEMT半导体器件薄膜结构上还形成有保护层，所述保护层的材料包括由氧化硅、氮化硅、氧化铪、氧化铝及氧化锆构成的群组中的至少一种。可选地，所述GaNHEMT半导体器件还包括形成于所述漏电极至所述金属栅电极区域的SiN钝化层，所述电极补充层还形成于该SiN钝化层并与所述金属栅电极电连接。可选地，所述电极补充层还形成于自所述漏电极表面延伸至所述金属栅电极顶部对应的投影区域内的所述GaNHEMT半导体器件薄膜结构上。可选地，所述电极补充层的厚度介于10nm~50nm之间。如上所述，本专利技术的GaNHEMT半导体器件及其制备方法，采用gate-last工艺并通过形成自下向上逐渐增大的金属栅电极，且以该形状的金属栅电极作为掩膜版，二次沉积形成源电极和漏电极的电极补充层或源电极和栅场板的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GaN HEMT半导体器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：/n提供GaN HEMT半导体器件薄膜结构，所述GaN HEMT半导体器件薄膜结构沿其生长方向依次包括半导体衬底层、AlGaN缓冲层、GaN沟道层及AlGaN势垒层；/n利用光刻掩膜版于所述GaN HEMT半导体器件薄膜结构上定义源电极区域及漏电极区域，并于所述源电极区域及所述漏电极区域形成欧姆接触的源电极及漏电极；/n于所述GaN HEMT半导体器件薄膜结构上沉积SiN钝化层，并于所述SiN钝化层中形成金属栅电极区域，且所述金属栅电极区域自下向上开口逐渐增大；/n于所述金属栅电极区域形成金属栅电极；/n至少去除所述源电极至所述金属栅电极区域的所述SiN钝化层；/n于上述步骤形成的结构表面沉积电极补充层，所述电极补充层延伸至所述金属栅电极顶部对应的投影区域内，以降低GaN HEMT半导体器件的接入电阻。/n

【技术特征摘要】
1.一种GaNHEMT半导体器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
提供GaNHEMT半导体器件薄膜结构，所述GaNHEMT半导体器件薄膜结构沿其生长方向依次包括半导体衬底层、AlGaN缓冲层、GaN沟道层及AlGaN势垒层；
利用光刻掩膜版于所述GaNHEMT半导体器件薄膜结构上定义源电极区域及漏电极区域，并于所述源电极区域及所述漏电极区域形成欧姆接触的源电极及漏电极；
于所述GaNHEMT半导体器件薄膜结构上沉积SiN钝化层，并于所述SiN钝化层中形成金属栅电极区域，且所述金属栅电极区域自下向上开口逐渐增大；
于所述金属栅电极区域形成金属栅电极；
至少去除所述源电极至所述金属栅电极区域的所述SiN钝化层；
于上述步骤形成的结构表面沉积电极补充层，所述电极补充层延伸至所述金属栅电极顶部对应的投影区域内，以降低GaNHEMT半导体器件的接入电阻。


2.根据权利要求1所述的GaNHEMT半导体器件的制备方法，其特征在于：所述GaNHEMT半导体器件薄膜结构还包括形成于所述AlGaN势垒层上的GaN帽层；采用退火工艺形成欧姆接触的所述源电极及所述漏电极，其中退火温度介于800℃~900℃之间，退火时间介于20s~90s之间。


3.根据权利要求1所述的GaNHEMT半导体器件的制备方法，其特征在于：形成所述电极补充层之后还包括于上述步骤形成的结构表面沉积保护层，所述保护层的材料包括由氧化硅、氮化硅、氧化铪、氧化铝及氧化锆构成的群组中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的GaNHEMT半导体器件的制备方法，其特征在于：沉积形成所述电极补充层时，将上述步骤形成的结构倾斜并保持其旋转沉积，且倾斜角度介于0°~30°之间。


5.根据权利要求1所述的GaNHEMT半导体器件的制备方法，其特征在于：去除所述源电极至所述金属栅电极区域的所述SiN钝化层，保留所述漏电极至所述金属栅电极区域的所述SiN钝化层，所述电极补充层形成于自所述源电极表面延伸至所述金属栅电极顶部对应的投影区域内的所述GaNHEMT半导体器件薄膜结构上、所述金属栅电极上及所述漏电极至所述金属栅电极区域的所述SiN钝化层上。


6.根据权利要求1所述的GaNHEMT半导体器件的制备方法，其特征在于：去除全部所述SiN钝化层，所述电极补充层形成于自所述源电极表面延伸至所述金属栅电极顶部对应的投影区域内的所述GaNHEMT半导体器件薄膜结构上、自所述漏电极表面延伸至靠近所述金属栅电极的所述GaNHEMT半导体器件薄膜结构上及所述金属栅电极上。


7.根据权利要求1所述的GaNHEMT半导体器件的制备方法，其特征在于：所述SiN钝化层的最下层为5nm~20nm厚的SiN势垒保护层，采用LPCVD工艺形成该SiN势垒保护层。
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【专利技术属性】
技术研发人员：马飞，冯光建，程明芳，
申请(专利权)人：浙江集迈科微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33