CN101465372A - AlN/GaN增强型金属-绝缘体-半导体场效应晶体管及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种AlN/GaN增强型金属－绝缘体－半导体场效应晶体管，主要解决现有器件中高阈值电压和大输出电流不能同时实现的问题。该器件的主要特点是通过采用AlN势垒层，提高沟道二维电子气浓度，实现在大阈值电压的同时提高输出电流。其制作过程为：在衬底基片上，生长AlN成核层；在AlN成核层上，生长Al0.07GaN外延层；在Al0.07GaN外延层上，生长GaN层；在GaN层上生长3nm～3.6nm厚的AlN势垒层；完成材料生长后，在AlN势垒层上光刻并蒸发源漏金属；在AlN势垒层上的源漏之间光刻并刻蚀槽栅；槽栅刻蚀后，在槽栅及AlN势垒层表面淀积SiN栅介质层；在SiN栅介质层上光刻并蒸发栅极金属并进行金属互联。本发明适用于制作需要高阈值电压及小传输电阻的开关器件。
Description
技术领域
本发明属于微电子技术领域，涉及半导体器件，具体的说是一种AlN/GaN增强型金属-绝缘体-半导体场效应晶体管的结构及实现方法，主要用于作为需要大阈值电压的开关器件。
背景技术
GaN基材料由于具有禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、击穿场强高及热导性能好的优点，可用于制造高温高频及大功率电子器件。同时，由于GaN基材料与生俱来的极化特性，AlGaN/G aN异质结本身就存在高浓度二维电子气沟道，使得AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管在高温器件及大功率微波器件方面显示出明显的优势。近年来，耗尽型高电子迁移率晶体管已得到很大的发展，美国加州大学巴巴拉分校的T.Palacios等人研制的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管在40GHz的高频下可获得10W/mm的输出功率，同时能获得高达163GHz的特征频率及230GHz的截止频率。美国圣母大学的Tom Zimmermann等人用AlN/GaN异质结制作的高电子迁移率晶体管，其二维电子气浓度高达2.7e13/cm2，迁移率为1400cm2/v.s，其输出电流高达2.3A/mm，最大跨导为480mS/mm。但是，由于AlGaN/GaN异质结固有的高浓度二维电子气，使得增强型高电子迁移率晶体管不易实现。
在高温、抗辐照数字电路、常关型开关以及高频大功率电路中，增强型器件有很广泛的应用前景。目前，很少有人采用传统的势垒层P型Mg掺杂技术来研制增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管器件。这是因为，Mg掺杂的工艺技术上不成熟，同时由于Mg在AlGaN中激活能很高，需要很高的退火温度将之激活。因此，当前国际上通常避开P型重掺杂势垒层的方法，而是采用一些新的方法实现增强型。
现有的实现增强型的方案如下：
现有方案1
美国伊利诺斯州大学的W.B.Lanford等人采用刻蚀槽栅的方法，即将栅下AlGaN势垒层刻薄，加强栅对沟道电子的耗尽作用实现增强。其阈值电压可达到0.47V，最大输出电流为455mA/mm，最大输出跨导为310mS/mm。参见文献W.B.Lanford，T.Tanaka，Y.Otoki and I.Adesida“Recessed-gate enhancement-mode GaN HEMT with high thresholdvoltage”，Electron.Lett.2005，41，pp.449-450。
现有方案2
日本大阪大学的Akira ENDOH等人采用较薄的AlGaN势垒层制作增强型高电子迁移率晶体管，其阈值电压为0V。参见文献Akira ENDOH_，Yoshimi YAMASHITA，KeijiIKEDA，“Non-Recessed-Gate Enhancement-Mode AlGaN/GaN High Electron MobilityTransistors with High RF Performance”，JJAP，Vol.43，No.4B，2004，pp.2255-2258。
现有方案3
香港科技大学的陈敬等人研制出一种新技术，将带负电的F离子注入到栅下的AlGaN势垒层中，耗尽栅下沟道中的二维电子气，实现增强。其阈值电压可以达到0.9V，最大输出电流为310mA/mm，最大输出跨导为148mS/mm，特征频率fT及截止频率fmax分别为10.1GHz和34.3GHz。参见文献Yong Cai，Yugang Zhou，Kevin J.Chen“High-Performance Enhancement-Mode AlGaN/GaN HEMTs Using Fluoride-Based PlasmaTreatment”IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS，VOL.26，NO.7，JULY 2005，pp435-437。之后，他们又将采用F离子注入制作的AlGaN/GaN增强型高电子迁移率晶体管与普通耗尽型AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管集成在同一块衬底上，制成集成在同一块衬底上的反相器。他们通过将栅制成MIS结构，将阈值电压提高到2V。参见文献Ruonan Wang，Yong Cai，“Integration of enhancement and depletion-modeAlGaN/GaNMIS-HFETs by fluoride-based plasma treatment”phys.stat.sol.(a)204，No.6，2023-2027(2007)。
现有方案4
美国加州大学巴巴拉分校的T.Palacios等人同时采用刻槽栅及F注入制成的增强型HEMT，最大输出电流可达到1.2A/mm，最大输出跨导可达到400mS/mm以上，但是其阈值电压只有0.1V，特征频率fT及截止频率fmax分别为85GHz和150GHz。参见文献T.Palacios“High-Performance E-Mode AlGaN/GaN HEMTs”IEEE ELECTRON DEVICELETTERS，VOL.27，NO.6pp428-431。
现有方案5
日本的Tohru Oka等人采用将沟道刻断的方法使阈值电压达到5.2V，但是其输出电流只有200mA/mm，最大跨导也只有120mS/mm。参见文献Tohru Oka“AlGaN/GaNRecessed MIS-Gate HFET With High-Threshold-Voltage Normally-Off Operation forPower Electronics Applications”IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS，VOL.29，NO.7，JULY 2008 pp 668-6/1。
以上方法制作的增强型器件缺点如下：
1.方案1至方案4阈值电压都不高，都小于2V。由于AlGaN和GaN界面存在二维电子气沟道，只要稍一加电，沟道便会存在电子，所以阈值电压很低。但是在一些开关应用中，由于噪声较大，需要至少5V的阈值电压，以上的方法很难做到。
2.方案5阈值电压虽然很高，但输出电流却很小，沟道传输电阻很大。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种增强型AlN/GaN金属-绝缘体-半导体场效应晶体管的结构及制作方法，以实现在得到大阈值电压的同时增加输出电流。
实现本发明目的的关键技术在于改变势垒层的材料。其器件自下而上包括衬底、Al0.07GaN外延层、GaN层、势垒层以及SiN介质层，其中势垒层采用AlN，形成AlN/GaN异质结，增加沟道二维电子气的浓度及迁移率。该AlN势垒层的厚度为3nm～3.6nm。
制作本发明器件的方法包括以下两种方案：
制作方案一
制作AlN/GaN增强型金属-绝缘体-半导体场效应晶体管的制作方法，包括如下步骤：
(1)在蓝宝石衬底基片上，利用MOCVD工艺，生长AlN成核层；
(2)在AlN成核层上，生长Al0.07GaN外延层；
(3)在Al0.07GaN外延层上，生长40nm厚的GaN层；
(4)在GaN层上，利用等离子体增强分子束外延PAMBE工艺，生长3nm～3.6nm厚的AlN势垒层；
(5)在AlN势垒层上光刻源漏区域窗口，并在该源漏区窗口上采用电子束蒸发工艺蒸发欧姆接触金属，形成源漏电极；
(6)在AlN势垒层上光刻槽栅区域，采用RIE工艺刻蚀槽栅；
(7)在槽栅及AlN势垒层表面采用PECVD工艺淀积SiN栅介质层；
(8)在SiN栅介质层上光刻栅极区域，并采用电子束蒸发工艺蒸发栅极金属；
(9)栅极形成后，先在SiN介质层上光刻金属互联开孔区，再刻蚀金属互联开孔区，最后在SiN栅介质层及金属电极上光刻互联金属区及蒸发互联金属，完成器件制作。
制作方案二
制作AlN/GaN增强型金属-绝缘体-半导体场效应晶体管的制作方法，包括如下步骤：
1)在碳化硅衬底基片上，利用MOCVD工艺，生长AlN成核层；
2)在AlN成核层上，生长Al0.07GaN外延层；
3)在Al0.07GaN外延层上，生长40nm厚的GaN层；
4)在GaN层上，利用等离子体增强分子束外延PAMBE工艺，生长3nm～3.6nm厚的AlN势垒层，形成AlN/GaN异质结；
5)在AlN势垒层上光刻源漏区域窗口，并在该源漏区窗口上采用电子束蒸发工艺蒸发欧姆接触金属，形成源漏电极；
6)在AlN势垒层上光刻槽栅区域，采用ICP工艺刻蚀槽栅；
7)在槽栅及AlN势垒层表面采用PECVD工艺淀积SiO2栅介质层；
8)在SiO2栅介质层上光刻栅极区域，并采用电子束蒸发工艺蒸发栅极金属；
9)栅极形成后，先在SiO2介质层上光刻金属互联开孔区，再刻蚀金属互联开孔区，最后在SiO2栅介质层及金属电极上光刻互联金属区及蒸发互联金属，完成器件制作。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1.本发明提出的方法，采用AlN作为势垒层，由于AlN为二元材料，较三元材料易于生长，得到的材料质量较高，同时大大减小了合金无序散射，可得到较高的沟道电子迁移率。
2.本发明提出的方法，采用AlN/GaN异质结代替传统的AlGaN/GaN异质结，由于AlN和GaN之间的导带断续很大，沟道对电子的束缚很强，AlN/GaN异质结沟道中的二维电子气密度很高，所以可获得高输出电流。
3.本发明提出的方法，将栅下二维电子气沟道完全刻断，使得在2.7e13/cm2的高载流子浓度下实现增强，同时利用GaN/Al0.07GaN界面极化负电荷对栅下沟道的耗尽作用，得到大阈值电压。
4.本发明结构简单，易于实现，可在大阈值电压的情况下同时实现较大的输出电流，在需要高阈值电压的开关器件中具有很大的应用前景。
附图说明：
图1是本发明的晶体管器件剖面结构示意图；
图2是制作本发明器件的工艺流程图。
参照图1，本发明器件最下层为蓝宝石衬底，蓝宝石衬底上为一层Al0.07GaN外延层，Al0.07GaN外延层上为GaN层，GaN层上为AlN势垒层，形成AlN/GaN异质结，该势垒层的厚度为3nm～3.6nm；AlN势垒层上器件的左右两侧分别为源极和漏极。器件中间栅槽区域的AlN势垒层以及部分GaN层被刻蚀掉，形成栅槽；AlN势垒层及栅槽上为一层SiN介质层；SiN介质层上为栅极。
参照图2，制作本发明器件的工艺按照不同的设备、不同的衬底和不同的栅介质层分别描述如下：
实施例一，在蓝宝石衬底上制作AlN势垒层为3nm厚的AlN/GaN增强型金属-绝缘体-半导体场效应晶体管，步骤如下：
步骤1，在蓝宝石衬底基片上，利用MOCVD工艺，生长AlN成核层。
(1a)将蓝宝石衬底放入金属有机化学气相淀积MOCVD设备的反应室中，当反应室的真空度降至1×10-2Torr后，在氢气与氨气的混合气体保护下对蓝宝石衬底进行高温热处理和表面氮化，加热温度为1050℃，加热时间为5min，反应式压力保持在40Torr。通入氨气流量为1500sccm，氢气流量为1500sccm；
(1b)将衬底温度降至500℃，生长厚度为30nmAlN成核层。反应式压力保持在40Torr，氨气流量为1500sccm，氢气流量为1500sccm，同时向反应室通入流量为30μmol/min的铝源。
步骤2，在AlN成核层上，生长Al0.07GaN外延层。
(2a)在MOCVD设备中分别设置生长温度为1000℃、生长厚度为800nm的Al0.07GaN外延层、生长压力为40Torr、氨气流量为1500sccm和氢气流量为1500sccm的工艺参数，同时向反应室通入铝源和镓源；
(2b)将样品置于等离子增强分子束外延PAMBE设备中，在温度为750℃的条件下，生长厚度为200nm的Al0.07GaN外延层。
步骤3，在Al0.07GaN外延层上，生长40nm厚的GaN层。
采用等离子体增强分子束外延工艺，在温度为750℃的条件下，生长厚度为40nm的GaN外延层。
步骤4，在GaN层上生长AlN势垒层。
采用等离子体增强分子束外延工艺，在温度为750℃的条件下，生长厚度为3nm的AlN外延层。
步骤5，在AlN势垒层上光刻源漏区域窗口，并在该源漏区窗口上采用电子束蒸发工艺蒸发欧姆接触金属，形成源漏电极。
(5a)光刻源漏区域：首先在温度为200℃的条件下烘烤样品5min，然后涂胶，甩胶，甩胶转速为2000转/min，之后再在温度为200℃的条件下烘烤样品5min，再对样品源漏区进行光刻和显影；
(5b)蒸发源漏金属：采用电子束蒸发台蒸发源漏金属，源漏金属自下而上为Ti/Al/Ni/Au，然后再对样品进行金属剥离；
(5c)源漏金属退火：将样品放入退火炉中，在900℃的温度下退火3min。
步骤6，在AlN势垒层上光刻槽栅区域，采用RIE工艺刻蚀槽栅。
(6a)光刻槽栅：首先在温度为200℃的条件下烘烤样品5min，然后涂胶，甩胶，甩胶转速为2000转/min，之后再在温度为200℃的条件下烘烤样品3min，再在衬底材料上源极和漏极之间的位置光学光刻槽栅线条图形；
(6b)刻蚀槽栅：采用RIE工艺对槽栅图形部分进行刻蚀，刻蚀深度为22nm。刻蚀条件为：Cl2流量为10sccm，压力为10mT，射频功率为200W，刻蚀时间为4min。
步骤7，在槽栅及AlN势垒层表面采用PECVD工艺淀积SiN栅介质层。
用等离子增强化学汽相淀积PECVD在样品表面淀积一层
的SiN，淀积条件为：2％SiH4/N2流量为200sccm，NH3流量为3sccm，He流量为900sccm，压强为900mT，温度为300℃，功率为25W，淀积时间为3min。
步骤8，在SiN栅介质层上光刻栅极区域，并采用电子束蒸发工艺蒸发栅极金属。
(8a)光刻栅极：首先在温度为200℃的条件下烘烤样品5min，然后涂胶，甩胶，甩胶转速为2000转/min，之后再在温度为200℃的条件下烘烤样品5min，再对样品栅极区进行光刻和显影；
(8b)栅金属蒸发：采用电子束蒸发台蒸发栅金属，栅金属自下而上为Ni/Au，并对其进行剥离。
步骤9，对金属互联区进行刻蚀开孔，并蒸发互联金属。
(9a)光刻金属互联开孔区：首先在温度为200℃的条件下烘烤样品5min，然后涂胶，甩胶，甩胶转速为2000转/min，之后再在温度为200℃的条件下烘烤样品5min，再光刻金属互联开孔区图形；
(9b)刻蚀金属互联开孔区：对金属互联开孔区进行刻蚀，刻蚀深度为20nm。刻蚀条件为：CF4流量为20sccm，压力为10mT，射频功率为50W，刻蚀时间为45S；
(9c)光刻互联金属区：首先在温度为200℃的条件下烘烤样品5min，然后涂胶，甩胶，甩胶转速为2000转/min，之后再在温度为200℃的条件下烘烤样品5min，再对样品互联金属区进行光刻和显影；
(9d)互联金属蒸发：采用电子束蒸发台蒸发互联金属，互联金属自下而上为Ni/Au，并对其进行剥离，完成器件制作。
实施例二，在SiC衬底上制作AlN势垒层为3.6nm厚的AlN/GaN增强型金属-绝缘体-半导体场效应晶体管，步骤如下：
步骤1，在SiC衬底基片上，利用MOCVD工艺，生长AlN成核层。
(1a)将SiC衬底放入金属有机化学气相淀积MOCVD设备的反应室中，当反应室的真空度降至1×10-2Torr后，在氢气与氨气的混合气体保护下对蓝宝石衬底进行高温热处理和表面氮化，加热温度为1050℃，加热时间为5min，反应式压力保持在40Torr。通入氨气流量为1500sccm，氢气流量为1500sccm；
(1b)将衬底温度降至900℃，生长厚度为30nmAlN成核层。反应式压力保持在40Torr，氨气流量为1500sccm，氢气流量为1500sccm，同时向反应室通入流量为30μmol/min的铝源。
步骤2，在AlN成核层上，生长Al0.07GaN外延层。
(2a)在MOCVD设备中分别设置生长温度为1000℃、生长厚度为800nm的Al0.07GaN外延层、生长压力为40Torr、氨气流量为1500sccm和氢气流量为1500sccm的工艺参数，同时向反应室通入铝源和镓源；
(2b)将样品置于等离子加强分子束外延PAMBE设备中，在温度为750℃的条件下，生长厚度为200nm的Al0.07GaN外延层。
步骤3，在Al0.07GaN外延层上，生长40nm厚的GaN层。
采用等离子体增强分子束外延工艺，在温度为750℃的条件下，生长厚度为40nm的GaN外延层。
步骤4，在GaN层上生长AlN势垒层。
采用等离子体增强分子束外延工艺，在温度为750℃的条件下，生长厚度为3.6nm的AlN外延层。
步骤5，在AlN势垒层上光刻源漏区域窗口，并在该源漏区窗口上采用电子束蒸发工艺蒸发欧姆接触金属，形成源漏电极。
(5a)光刻源漏区域：首先在温度为200℃的条件下烘烤样品5min，然后涂胶，甩胶，甩胶转速为2000转/min，之后再在温度为200℃的条件下烘烤样品5min，再对样品源漏区进行光刻和显影；
(5b)蒸发源漏金属：采用电子束蒸发台蒸发源漏金属，源漏金属自下而上为Ti/Al/Ni/Au，然后再对样品进行金属剥离；
(5c)源漏金属退火：将样品放入退火炉中，在900℃的温度下退火3min。
步骤6，在AlN势垒层上光刻槽栅区域，采用ICP工艺刻蚀槽栅。
(6a)光刻槽栅：首先在温度为200℃的条件下烘烤样品5min，然后涂胶，甩胶，甩胶转速为2000转/min，之后再在温度为200℃的条件下烘烤样品5min，再在衬底材料上源极和漏极之间的位置光学光刻槽栅线条图形；
(6b)刻蚀槽栅：采用ICP工艺对槽栅图形部分进行刻蚀，刻蚀深度为22nm。刻蚀条件为：Cl2流量为10sccm，压力为1.5Pa，上电极功率为550W，下电极偏压为110V，刻蚀时间为3.5min。
步骤7，在槽栅及AlN势垒层表面采用PECVD工艺淀积SiO2栅介质层。
用等离子增强化学汽相淀积PECVD在样品表面淀积一层的SiO2，淀积条件为：2％SiH4/N2流量为100sccm，N2O流量为10sccm，He流量为800sccm，压强为800mT，温度为300℃，功率为25W，淀积时间为2.5min。
步骤8，在SiN栅介质层上光刻栅极区域，并采用电子束蒸发工艺蒸发栅极金属。
(8a)光刻栅极：首先在温度为200℃的条件下烘烤样品5min，然后涂胶，甩胶，甩胶转速为2000转/min，之后再在温度为200℃的条件下烘烤样品5min，再对样品栅极区进行光刻和显影；
(8b)栅金属蒸发：采用电子束蒸发台蒸发栅金属，栅金属自下而上为Ni/Au，并对其进行剥离。
步骤9，对金属互联区进行刻蚀开孔，并蒸发互联金属。
(9a)光刻金属互联开孔区：首先在温度为200℃的条件下烘烤样品5min，然后涂胶，甩胶，甩胶转速为2000转/min，之后再在温度为200℃的条件下烘烤样品5min，再光刻金属互联开孔区图形；
(9b)刻蚀金属互联开孔区：对金属互联开孔区进行刻蚀，刻蚀深度为20nm。刻蚀条件为：CF4流量为20sccm，压力为10mT，射频功率为50W，刻蚀时间为45S；
(9c)光刻互联金属区：首先在温度为200℃的条件下烘烤样品5min，然后涂胶，甩胶，甩胶转速为2000转/min，之后再在温度为200℃的条件下烘烤样品5min，再对样品互联金属区进行光刻和显影；
(9d)互联金属蒸发：采用电子束蒸发台蒸发互联金属，互联金属自下而上为Ni/Au，并对其进行剥离，完成器件制作。
实施例三，在蓝宝石衬底上制作AlN势垒层为3.3nm厚的AlN/GaN增强型金属-绝缘体-半导体场效应晶体管，步骤如下：
步骤1，在蓝宝石衬底基片上，利用MOCVD工艺，生长AlN成核层。
(1a)将蓝宝石衬底放入金属有机化学气相淀积MOCVD设备的反应室中，当反应室的真空度降至1×10-2Torr后，在氢气与氨气的混合气体保护下对蓝宝石衬底进行高温热处理和表面氮化，加热温度为1050℃，加热时间为5min，反应式压力保持在40Torr。通入氨气流量为1500sccm，氢气流量为1500sccm；
(1b)将衬底温度降至500℃，生长厚度为30nmAlN成核层。反应式压力保持在40Torr，氨气流量为1500sccm，氢气流量为1500sccm，同时向反应室通入流量为30μmol/min的铝源。
步骤2，在AlN成核层上，生长Al0.07GaN外延层。
(2a)在MOCVD设备中分别设置生长温度为1000℃、生长厚度为800nm的Al0.07GaN外延层、生长压力为40Torr、氨气流量为1500sccm和氢气流量为1500sccm的工艺参数，同时向反应室通入铝源和镓源；
(2b)将样品置于等离子加强分子束外延PAMBE设备中，在温度为750℃的条件下，生长厚度为200nm的Al0.07GaN外延层。
步骤3，在Al0.07GaN外延层上，生长40nm厚的GaN层。
采用等离子体增强分子束外延工艺，在温度为750℃的条件下，生长厚度为40nm的GaN外延层。
步骤4，在GaN层上生长AlN势垒层。
采用等离子体增强分子束外延工艺，在温度为750℃的条件下，生长厚度为3.3nm的AlN外延层。
步骤5，在AlN势垒层上光刻源漏区域窗口，并在该源漏区窗口上采用电子束蒸发工艺蒸发欧姆接触金属，形成源漏电极。
(5a)光刻源漏区域：首先在温度为200℃的条件下烘烤样品5min，然后涂胶，甩胶，甩胶转速为2000转/min，之后再在温度为200℃的条件下烘烤样品5min，再对样品源漏区进行光刻和显影；
(5b)蒸发源漏金属：采用电子束蒸发台蒸发源漏金属，源漏金属自下而上为Ti/Al/Ni/Au，然后再对样品进行金属剥离；
(5c)源漏金属退火：将样品放入退火炉中，在900℃的温度下退火3min。
步骤6，在AlN势垒层上光刻槽栅区域，采用RIE工艺刻蚀槽栅。
(6a)光刻槽栅：首先在温度为200℃的条件下烘烤样品5min，然后涂胶，甩胶，甩胶转速为2000转/min，之后再在温度为200℃的条件下烘烤样品5min，再在衬底材料上源极和漏极之间的位置光学光刻槽栅线条图形；
(6b)刻蚀槽栅：采用RIE工艺对槽栅图形部分进行刻蚀，刻蚀深度为22nm。刻蚀条件为：Cl2流量为10sccm，压力为10mT，射频功率为200W，刻蚀时间为4min。
步骤7，在槽栅及AlN势垒层表面采用PECVD工艺淀积SiN栅介质层。
用等离子增强化学汽相淀积PECVD在样品表面淀积一层的SiN，淀积条件为：2％SiH4/N2流量为200sccm，NH3流量为3sccm，He流量为900sccm，压强为900mT，温度为300℃，功率为25W，淀积时间为3min。
步骤8，在SiN栅介质层上光刻栅极区域，并采用电子束蒸发工艺蒸发栅极金属。
(8a)光刻栅极：首先在温度为200℃的条件下烘烤样品5min，然后涂胶，甩胶，甩胶转速为2000转/min，之后再在温度为200℃的条件下烘烤样品5min，再对样品栅极区进行光刻和显影；
(8b)栅金属蒸发：采用电子束蒸发台蒸发栅金属，栅金属自下而上为Ni/Au，并对其进行剥离。
步骤9，对金属互联区进行刻蚀开孔，并蒸发互联金属。
(9a)光刻金属互联开孔区：首先在温度为200℃的条件下烘烤样品5min，然后涂胶，甩胶，甩胶转速为2000转/min，之后再在温度为200℃的条件下烘烤样品5min，再光刻金属互联开孔区图形；
(9b)刻蚀金属互联开孔区：对金属互联开孔区进行刻蚀，刻蚀深度为20nm。刻蚀条件为：CF4流量为20sccm，压力为10mT，射频功率为50W，刻蚀时间为45S；
(9c)光刻互联金属区：首先在温度为200℃的条件下烘烤样品5min，然后涂胶，甩胶，甩胶转速为2000转/min，之后再在温度为200℃的条件下烘烤样品5min，再对样品互联金属区进行光刻和显影；
(9d)互联金属蒸发：采用电子束蒸发台蒸发互联金属，互联金属自下而上为Ni/Au，并对其进行剥离，完成器件制作。
Claims (8)
1.一种AlN/GaN增强型金属-绝缘体-半导体场效应晶体管，自下而上包括衬底、Al0.07GaN外延层、GaN层、势垒层以及SiN介质层，其特征在于势垒层采用AlN，形成AlN/GaN异质结，增加沟道二维电子气的浓度及迁移率。
2.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其特征在于AlN势垒层的厚度为3nm～3.6nm。
3.一种AlN/GaN增强型金属-绝缘体-半导体场效应晶体管的制作方法，包括如下步骤：
(1)在蓝宝石衬底基片上，利用MOCVD工艺，生长AlN成核层；
(2)在AlN成核层上，生长Al0.07GaN外延层；
(3)在Al0.07GaN外延层上，生长40nm厚的GaN层；
(4)在GaN层上，利用等离子体增强分子束外延PAMBE工艺，生长3nm～3.6nm厚的AlN势垒层；
(5)在AlN势垒层上光刻源漏区域窗口，并在该源漏区窗口上采用电子束蒸发工艺蒸发欧姆接触金属，形成源漏电极；
(6)在AlN势垒层上光刻槽栅区域，采用RIE工艺刻蚀槽栅；
(7)在槽栅及AlN势垒层表面采用PECVD工艺淀积SiN栅介质层；
(8)在SiN栅介质层上光刻栅极区域，并采用电子束蒸发工艺蒸发栅极金属；
(9)栅极形成后，先在SiN介质层上光刻金属互联开孔区，再刻蚀金属互联开孔区，最后在SiN栅介质层及金属电极上光刻互联金属区及蒸发互联金属，完成器件制作。
4.根据权利要求3所述的场效应晶体管的制作方法，其中步骤(2)所述的在AlN成核层上生长Al0.07GaN外延层，是先采用MOCVD生长800nmAl0.07GaN，再用PAMBE生长200nm的Al0.07GaN。
5.根据权利要求3所述的场效应晶体管的制作方法，其中步骤(6)所述的在AlN势垒层上光刻槽栅区域，采用RIE工艺刻蚀槽栅，是采用Plasma theram 720 RIE刻蚀设备和Cl2刻蚀气体，在槽栅区域依次将AlN层、AlN/GaN异质结界面以及部分GaN都刻掉，通过改变刻蚀深度，调节器件阈值电压，形成槽栅结构。
6.一种AlN/GaN增强型金属-绝缘体-半导体场效应晶体管的制作方法，包括如下步骤：
1)碳化硅衬底基片上，利用MOCVD工艺，生长AlN成核层；
2)在AlN成核层上，生长Al0.07GaN外延层；
3)在Al0.07GaN外延层上，生长40nm厚的GaN层；
4)在GaN层上，利用等离子体增强分子束外延PAMBE工艺，生长3nm～3.6nm厚的AlN势垒层，形成AlN/GaN异质结；
5)在AlN势垒层上光刻源漏区域窗口，并在该源漏区窗口上采用电子束蒸发工艺蒸发欧姆接触金属，形成源漏电极；
6)在AlN势垒层上光刻槽栅区域，采用ICP工艺刻蚀槽栅；
7)在槽栅及AlN势垒层表面采用PECVD工艺淀积SiO2栅介质层；
8)在SiO2栅介质层上光刻栅极区域，并采用电子束蒸发工艺蒸发栅极金属；
9)栅极形成后，先在SiO2介质层上光刻金属互联开孔区，再刻蚀金属互联开孔区，最后在SiO2栅介质层及金属电极上光刻互联金属区及蒸发互联金属，完成器件制作。
7.根据权利要求6所述的场效应晶体管的制作方法，其中步骤2)所述的在AlN成核层上生长Al0.07GaN外延层，是先采用MOCVD生长800nmAl0.07GaN，再用PAMBE生长200nm的Al0.07GaN。
8.根据权利要求6所述的场效应晶体管的制作方法，其中步骤6)所述的在AlN势垒层上光刻槽栅区域，采用ICP工艺刻蚀槽栅，是采用ICP-98C型高密度等离子体刻蚀设备和Cl2刻蚀气体，在槽栅区域依次将AlN层、AlN/GaN异质结界面以及部分GaN都刻掉，通过改变刻蚀深度，调节器件阈值电压，形成槽栅结构。
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