半导体异质结场效应晶体管栅结构的制备方法技术

半导体异质结场效应晶体管栅结构的制备方法，涉及微电子器件制备领域。本发明专利技术包括下述步骤：(1)在已制作了源电极和漏电极的GaN基半导体异质结构上涂覆正性光刻胶；(2)通过曝光和显影工艺对光刻胶进行微图形化，留下合适的区域制作MgO掩膜；(3)沉积MgO薄膜；(4)剥离光刻胶，留下直接沉积在基片上的MgO薄膜作为掩膜；(5)依次沉积铁电氧化物薄膜层和金属层；(6)剥离MgO掩膜，留下直接沉积在基片上的铁电氧化物薄膜层和金属层作为半导体异质结场效应管的栅结构。本发明专利技术制备方法简单，而且对GaN基半导体异质结构的损伤较小，不会对器件的性能造成太大的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电子器件制备领域，具体涉及采用MgO作为掩膜制备金属/铁电氧化物/GaN基半导体异质结场效应晶体管栅结构的技术。
技术介绍
GaN半导体是典型的第三代宽禁带半导体，具有禁带宽度大、击穿场强高、热导率大、载流子迁移率高、抗辐射能力强等特点，在微电子领域有着广泛的应用。GaN基半导体可以形成固溶体，通过调节III族元素如Al的组分配比可实现固溶体禁带宽度在1. 9-6. 2eV 范围内连续可调。GaN基半导体具有一定的压电极化和自发极化，在形成异质结构时能在界面处形成二维电子气ODEG)。如MGaN/GaN异质结中能够在不掺杂的情况下形成面密度高达IO13CnT2的二维电子气，其迁移率可达1500cm2/(V 。因此，GaN基半导体在高频、高速、大功率电子器件领域具有广阔的应用前景。尽管GaN基半导体具有优良的电学性能，但仍有众多物理机制需要进一步研究。最显著的问题之一就是GaN基场效应器件的栅泄漏电流。研究发现，采用MOSFET结构可以显著降低GaN基场效应器件的栅泄漏电流，对改善器件的性能起着十分重要的作用。目前常用的氧化物介质材料多为Si02、Al2O3, HfO2等介电常数小于20的低k材料。随着器件体积的不断缩小，要求栅介质层等效氧化层厚度(EOT) 越来越小，采用的栅介质材料k值更高。铁电氧化物材料是一类具有广阔应用前景的氧化物材料。常用的铁电氧化物材料主要有钙钛矿型铁电体、层状钙钛矿型铁电体和铌酸锂型铁电体。钙钛矿型铁电体通式为ABO3，其中A元素通常为Mg、Ca、Sr、Ba、Pb、Bi或La等，B元素通常为Ti、Zr、Fe、Ru 或M等。层状钙钛矿型铁电体是Bi层与类钙钛矿层交替形成的复合氧化物，其通式为 (Bi2O2)2+(AnriBmO3lrt)2-,其中 A 元素通常为 Bi、Ba、Sr、Ca、Pb、K 或 Na 等，B 元素通常为 Ti、 他、1^、110、1或!^等。铌酸锂型铁电体主要有LiNbOjP LiI^aO3等。铁电氧化物材料具有高的介电常数，能够满足器件小型化对栅介质层等效氧化物层厚度的要求。铁电氧化物材料还具有铁电、压电、热释电等丰富的物理特性。将铁电氧化物材料作为GaN基半导体MOSFET 器件的栅介质层形成MFSFET结构，铁电氧化物材料可翻转的铁电极化能够对GaN基半导体异质结构的二维电子气输运特性产生影响。更进一步，铁电氧化物材料的压电、热释电等特性在MFSFET结构中所产生的界面电荷可能通过界面的传递作用改变GaN基半导体异质结构的二维电子气浓度，使之随外加应力、温度等参数的变化而变化。这些耦合效应可用作制备压敏传感器、温度传感器等器件，也可能增强GaN基半导体异质结构的性能。因此，采用铁电氧化物材料作为GaN基半导体MOSFET器件的栅介质层在电子器件领域具有广阔的应用前景。采用铁电氧化物材料作为GaN基半导体MOSFET器件的栅介质层需要对铁电氧化物薄膜进行微图形化。铁电氧化物薄膜的微图形化一般采用干法刻蚀的方法。但是将这些铁电氧化物材料与GaN基半导体异质结构集成后，采用干法刻蚀对铁电氧化物材料进行微图形化时，难以掌握合适的刻蚀条件，容易对GaN基半导体异质结构造成损伤，从而降低器3件的性能。因此，寻找一种合适的制作金属/铁电氧化物/GaN基半导体异质结场效应晶体管栅结构的方法，对于器件的实际应用具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种制作金属/铁电氧化物/GaN基半导体异质结场效应管栅结构的方法，其中栅结构包括铁电氧化物薄膜层和金属层。本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是，，包括下述步骤(1)在已制作了源电极和漏电极的GaN基半导体异质结构上涂覆正性光刻胶；(2)通过曝光和显影工艺对光刻胶进行微图形化，留下合适的区域制作MgO掩膜；(3)沉积 MgO 薄膜；(4)剥离光刻胶，同时剥离光刻胶上的MgO薄膜，留下直接沉积在基片上的MgO薄膜作为掩膜；(5)依次沉积铁电氧化物薄膜层和金属层；(6)剥离MgO掩膜，同时剥离MgO掩膜上的铁电氧化物薄膜层和金属层，留下直接沉积在基片上的铁电氧化物薄膜层和金属层作为半导体异质结场效应管的栅结构。进一步的，步骤⑴中涂覆的正性光刻胶厚度为2 3μπι。步骤(3)中采用蒸发、 溅射或激光脉冲沉积的方法在室温条件下沉积MgO薄膜，沉积过程中保持生长室真空度保持为1 X 1(Γ3 1 X l(T4Pa，沉积的MgO薄膜厚度在500 800nm。步骤(5)中，所述铁电氧化物为钙钛矿型铁电体、层状钙钛矿型铁电体或铌酸锂型铁电体。更具体的，步骤(5)中，所述铁电氧化物为钙钛矿型铁电体，其通式为ABO3，其中A Mg、Ca、Sr、Ba、Pb、Bi La, B ^^ Ti> Zr> Fe> Ru Ni ；以A元素、B元素和氧元素摩尔比计算，化学配比满足(A1+^+…… +An) (B^B2+......+Bn) :0=1:1:3,其中A1、A2、An表示A代表的元素中的不同的元素，Bp B2、Bn表示B代表的元素中的不同的元素。或者，步骤(5)中，所述铁电氧化物为层状钙钛矿型铁电体，通式为 (Bi2O2)2+(QnriRmO3lrt产，其中 Q 元素为 Bi、Ba、Sr、Ca、Pb、K 或 Na，R 元素为 Ti、Nb、Ta、Mo、W 或狗。其中m为大于1的配位数，保持离子基团的化合价为-2价或者，步骤(5)中，所述铁电氧化物为铌酸锂型铁电体，包括LiNbO3或LiTa03。步骤(5)中的金属层为Ni、Au或Pt。本专利技术的有益效果是本专利技术首次使用MgO作为掩膜制作金属/铁电氧化物/GaN 基半导体异质结场效应管的栅结构，国内外尚未见报道。由于一般采用干法刻蚀的方法对铁电氧化物材料进行微图形化，在制作金属/铁电氧化物/GaN基半导体异质结场效应管时，容易对GaN基半导体异质结构造成损伤，从而破坏器件的性能。而采用本专利技术的方法， 利用MgO作为掩膜来制作金属/铁电氧化物/GaN基半导体异质结场效应管的栅结构，制备方法简单，而且对GaN基半导体异质结构的损伤较小，不会对器件的性能造成太大的影响。以下结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的说明。附图说明图1为金属/铁电氧化物/GaN基半导体异质结场效应管的器件示意图。图2为使用MgO作为掩膜制作金属/铁电氧化物/GaN基半导体异质结场效应管栅结构的工艺流程图。图3为根据本专利技术制作的金属/LiNb03/GaN基半导体异质结场效应管的器件示意图。图4(a)和图4(b)分别为金属/LiNb03/GaN基半导体异质结场效应管器件的输出特性曲线和转移特性曲线。具体实施例方式图1为根据本专利技术制作的金属/铁电氧化物/GaN基半导体异质结场效应管的器件示意图。就图1而言，本实施方式的金属/铁电氧化物/GaN基半导体异质结场效应管共具有以下部分(I)Al2O3 或 SiC 衬底 10 ；(2)第一层为禁带宽度为GaN基半导体薄膜11 ；(3)在上述第一层GaN基半导体薄膜上生长的更大带隙的AKiaN基半导体薄膜 12 ；(4)在上述第二层GaN基半导体薄膜上形成的源电极13和漏电极14 ；(5)在上述第二层GaN基半导体薄膜上源电本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．半导体异质结场效应晶体管栅结构的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：（１）在已制作了源电极和漏电极的ＧａＮ基半导体异质结构上涂覆正性光刻胶；（２）通过曝光和显影工艺对光刻胶进行微图形化，留下合适的区域制作ＭｇＯ掩膜；（３）沉积ＭｇＯ薄膜；（４）剥离光刻胶，同时剥离光刻胶上的ＭｇＯ薄膜，留下直接沉积在基片上的ＭｇＯ薄膜作为掩膜；（５）依次沉积铁电氧化物薄膜层和金属层；（６）剥离ＭｇＯ掩膜，同时剥离ＭｇＯ掩膜上的铁电氧化物薄膜层和金属层，留下直接沉积在基片上的铁电氧化物薄膜层和金属层作为半导体异质结场效应管的栅结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱俊，廖秀尉，郝兰众，李言荣，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：90