CN103745922A - GaN高电子迁移率晶体管复合介质绝缘栅的制造方法 - Google Patents

GaN高电子迁移率晶体管复合介质绝缘栅的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103745922A
CN103745922A CN201310686471.8A CN201310686471A CN103745922A CN 103745922 A CN103745922 A CN 103745922A CN 201310686471 A CN201310686471 A CN 201310686471A CN 103745922 A CN103745922 A CN 103745922A
Authority
CN
China
Prior art keywords
insulated gate
electron mobility
mobility transistor
high electron
gan high
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201310686471.8A
Other languages
English (en)
Inventor
孔岑
周建军
孔月婵
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CETC 55 Research Institute
Original Assignee
CETC 55 Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CETC 55 Research Institute filed Critical CETC 55 Research Institute
Priority to CN201310686471.8A priority Critical patent/CN103745922A/zh
Publication of CN103745922A publication Critical patent/CN103745922A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42364—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the insulating layer, e.g. thickness or uniformity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/401—Multistep manufacturing processes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42372—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the conducting layer, e.g. the length, the sectional shape or the lay-out

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

本发明公开了一种GaN高电子迁移率晶体管复合介质绝缘栅的制造方法，其通过热氧化方法将AlGaN表面氧化为氧化铝，能够有效降低介质与半导体之间的界面态。通过选择合适的钛金属，提高了HEMT器件的跨导。整个制造工艺与现有GaN HEMT工艺完全兼容。

Description

GaN高电子迁移率晶体管复合介质绝缘栅的制造方法
技术领域
本发明涉及一种GaN高电子迁移率晶体管复合介质绝缘栅的制造方法，属于半导体工艺领域。
背景技术
第三代半导体材料GaN相对于硅（Si）材料具有禁带宽度宽、临界击穿场强大、饱和漂移速度高、介电常数小以及良好的化学稳定性等特点，尤其是基于GaN材料的铝镓氮/氮化镓（AlGaN/GaN）异质结构更是具有高电子迁移率的特点。使得基于AlGaN/GaN结构的高电子迁移率晶体管（High Electron MobilityTransistor，HEMT）功率电子器件具有高频率、高耐压、高工作温度和小体积等优点，使其在高性能、低成本的新型功率电子器件研究中成为热点。增强型器件是电力电子系统的首选器件，可以简化电路结构，提高系统的安全性。而传统的GaN HEMT器件均为耗尽型器件，无法满足系统需求。在AlGaN/GaN异质结材料上实现增强型器件的途径主要有以下几种：1.通过势垒层减薄，降低栅下沟道二维电子气浓度，实现增强型；2.通过在栅下方进行氟（F）离子注入，降低二维电子气浓度，实现增强型；3.通过外延的方法生长P型帽层，通过器件工艺仅保留栅下方的P型帽层，实现增强型。其中，势垒层减薄的方法具有工艺简单，要求材料结构简单等优点，但是过薄的势垒层容易引起较大的栅漏电，并降低器件的击穿电压。因此，在采用势垒层减薄法实现增强型GaN HEMT器件时，通常在栅下引入介质实现金属-绝缘体-半导体（Metal-Insulator-Semiconductor，MIS）的绝缘栅结构。
比较有代表性的MIS结构GaN HEMT功率电子器件是日本富士通公司报道的采用原子层淀积（ALD）制作的氧化铝（Al2O3）绝缘栅介质的MIS结构GaN HEMT。而采用常规方法制作绝缘栅介质，容易在介质和半导体之间产生较高的界面态。界面态将严重的影响器件性能，如引起器件阈值电压漂移等，严重影响器件的可靠性。
发明内容
发明目的：本发明提出一种GaN高电子迁移率晶体管复合介质绝缘栅的制造方法，
技术方案：本发明采用的技术方案为一种GaN高电子迁移率晶体管复合介质绝缘栅的制造方法，选用已完成欧姆金属制作的AlGaN/GaN异质材料基片，包括以下步骤：
1）在所述基片上生长氮化硅层；
2）通过光刻工艺和刻蚀工艺，于所述氮化硅层中刻蚀栅脚图形；
3）在与所述栅脚图形对应的AlGaN层中刻蚀接触槽；
4）所述接触槽表面氧化形成氧化铝层；
5）在整个基片表面淀积金属层，然后将该金属层氧化；
6）在所述接触槽和栅脚图形内制做栅帽。
作为本发明的一种改进，所述步骤1）中在基片上使用PECVD工艺生长氮化硅层。所述步骤2）中使用RIE工艺于所述氮化硅层中刻蚀栅脚。所述步骤3）中在与所述栅脚图形对应的AlGaN层中利用ICP工艺刻蚀接触槽。
作为本发明的又一种改进，所述步骤5）中利用电子束蒸镀工艺在整个基片表面淀积金属层。所述步骤5）中淀积的金属层为钛金属层。
作为本发明的更进一步改进，所述步骤6）中使用电子束蒸镀工艺制做栅帽。
有益效果：本发明通过热氧化方法将AlGaN表面氧化为氧化铝，能够有效降低介质与半导体之间的界面态。通过选择合适的钛金属，提高了HEMT器件的跨导。整个制造工艺与现有GaN HEMT工艺完全兼容。
附图说明
图1至图10为本发明制造形成半导体器件的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1所示，首先选取已完成欧姆金属制作的AlGaN/GaN异质材料基片，所述基片最下层为GaN层1，该GaN层1上方为AlGaN层2。所述AlGaN层2上通过合金工艺形成源、漏欧姆接触，源漏极3为钛/铝/钛/金结构。GaN层1与AlGaN层2之间的异质结界面处形成三角形势肼，电子在三角形势肼中的迁移率很高。在所述基片上利用等离子增强型化学气相沉积工艺生长厚度为150nm的氮化硅层4，该氮化硅层4覆盖了AlGaN层2和源漏极3。
图2所示，经过涂布光刻胶、曝光显影后，在所述氮化硅层4上形成具有栅脚图案的光刻胶层5。
图3中以该光刻胶层5为掩膜，使用反应离子刻蚀（RIE）工艺在氮化硅层4中刻蚀栅脚图形6，刻蚀时间100s。刻蚀完成后用丙酮超声去除基片表面残余的光刻胶，形成氮化硅层4中的栅脚图形6，如图4所示。
此时AlGaN层2中与所述栅脚图形6相对应的一部分露出，使用电感耦合等离子体刻蚀（ICP）工艺在氯气氛围中将上述露出部分的AlGaN层2刻蚀掉7nm，刻蚀时间为120s，如图5所示。
如图6所示，为了降低栅帽与AlGaN材料之间的界面态，使用氧化炉在氧气氛围、550摄氏度的条件下，将位于露出部被刻蚀后的AlGaN层2平面部分氧化成氧化铝层7。氧化炉是以10℃/min的速率缓慢地从室温加热到550℃。
利用电子束蒸镀工艺在整个基片表面淀积一层10nm的金属钛层8，如图7所示，所述金属钛层8覆盖了栅脚图形6以外的氮化硅层4、栅脚图形6的侧面以及所述氧化铝层7。
如图8所示，然后再次利用氧化炉在氧气氛围中，从室温以10℃/min的速率缓慢加热到550℃，将金属钛层8氧化为二氧化钛层9。
最后一步是制作栅帽11，先经过光刻胶涂布、曝光显影后获得带有栅帽图案光刻胶层10，图9所示。
再利用电子束蒸镀和剥离工艺在栅脚图形6内由下而上地淀积Ti和Au金属形成Ti/Au结构，厚度分别为20nm和200nm，并去除多余的带有栅帽图案光刻胶层10，最后形成Ti/Au结构的栅帽11，图10所示。值得注意的是，二氧化钛层9与氧化铝层7由上至下地位于栅帽11与AlGaN层2之间，其中二氧化钛层9能够有效提升器件的跨导。

Claims (7)

1.一种GaN高电子迁移率晶体管复合介质绝缘栅的制造方法，选用已完成欧姆
金属制作的AlGaN/GaN异质材料基片，其特征在于，包括以下步骤：
1）在所述基片上生长氮化硅层；
2）通过光刻工艺和刻蚀工艺，于所述氮化硅层中刻蚀栅脚图形；
3）在与所述栅脚图形对应的AlGaN层中刻蚀接触槽；
4）所述接触槽表面氧化形成氧化铝层；
5）在整个基片表面淀积金属层，然后将该金属层氧化；
6）在所述接触槽和栅脚内制做栅帽。
2.根据权利要求1所述的GaN高电子迁移率晶体管复合介质绝缘栅的制造方法，其特征在于，所述步骤1）中在基片上使用PECVD工艺生长氮化硅层。
3.根据权利要求1所述的GaN高电子迁移率晶体管复合介质绝缘栅的制造方法，其特征在于，所述步骤2）中使用RIE工艺于所述氮化硅层中刻蚀栅脚。
4.根据权利要求1所述的GaN高电子迁移率晶体管复合介质绝缘栅的制造方法，其特征在于，所述步骤3）中在与所述栅脚图形对应的AlGaN层中利用ICP工艺刻蚀接触槽。
5.根据权利要求1所述的GaN高电子迁移率晶体管复合介质绝缘栅的制造方法，其特征在于，所述步骤5）中利用电子束蒸镀工艺在整个基片表面淀积金属层。
6.根据权利要求5所述的GaN高电子迁移率晶体管复合介质绝缘栅的制造方法，其特征在于，所述步骤5）中淀积的金属层为钛金属层。
7.根据权利要求1所述的GaN高电子迁移率晶体管复合介质绝缘栅的制造方法，其特征在于，所述步骤6）中使用电子束蒸镀工艺制做栅帽。
CN201310686471.8A 2013-12-09 2013-12-09 GaN高电子迁移率晶体管复合介质绝缘栅的制造方法 Pending CN103745922A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310686471.8A CN103745922A (zh) 2013-12-09 2013-12-09 GaN高电子迁移率晶体管复合介质绝缘栅的制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310686471.8A CN103745922A (zh) 2013-12-09 2013-12-09 GaN高电子迁移率晶体管复合介质绝缘栅的制造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103745922A true CN103745922A (zh) 2014-04-23

Family

ID=50502932

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310686471.8A Pending CN103745922A (zh) 2013-12-09 2013-12-09 GaN高电子迁移率晶体管复合介质绝缘栅的制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103745922A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104167362A (zh) * 2014-08-07 2014-11-26 北京大学 氮化镓盖帽层掩模的凹槽栅氮化镓基增强型器件制备方法
WO2018032601A1 (zh) * 2016-08-19 2018-02-22 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 GaN基增强型HEMT器件的制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000196109A (ja) * 1998-12-28 2000-07-14 Sharp Corp 窒化物系ｉｉｉ―ｖ族化合物半導体装置の電極構造
CN1675775A (zh) * 2002-06-17 2005-09-28 日本电气株式会社 具有肖特基结电极的半导体装置
US20100176421A1 (en) * 2007-07-20 2010-07-15 Imec Damascene contacts on iii-v cmos devices
CN101853880A (zh) * 2010-03-09 2010-10-06 西安电子科技大学 AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管及其制作方法
US20110291160A1 (en) * 2009-02-16 2011-12-01 Kazuki Ota Field effect transistor
CN102881716A (zh) * 2012-09-27 2013-01-16 电子科技大学 一种场致隧穿增强型hemt器件
CN103219239A (zh) * 2013-03-27 2013-07-24 中国电子科技集团公司第五十五研究所 具有高热稳定性的AlGaN/GaN HEMT制造法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000196109A (ja) * 1998-12-28 2000-07-14 Sharp Corp 窒化物系ｉｉｉ―ｖ族化合物半導体装置の電極構造
CN1675775A (zh) * 2002-06-17 2005-09-28 日本电气株式会社 具有肖特基结电极的半导体装置
US20100176421A1 (en) * 2007-07-20 2010-07-15 Imec Damascene contacts on iii-v cmos devices
US20110291160A1 (en) * 2009-02-16 2011-12-01 Kazuki Ota Field effect transistor
CN101853880A (zh) * 2010-03-09 2010-10-06 西安电子科技大学 AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管及其制作方法
CN102881716A (zh) * 2012-09-27 2013-01-16 电子科技大学 一种场致隧穿增强型hemt器件
CN103219239A (zh) * 2013-03-27 2013-07-24 中国电子科技集团公司第五十五研究所 具有高热稳定性的AlGaN/GaN HEMT制造法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104167362A (zh) * 2014-08-07 2014-11-26 北京大学 氮化镓盖帽层掩模的凹槽栅氮化镓基增强型器件制备方法
WO2018032601A1 (zh) * 2016-08-19 2018-02-22 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 GaN基增强型HEMT器件的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110190116B (zh) 一种高阈值电压常关型高电子迁移率晶体管及其制备方法
CN103681835B (zh) 具有多个栅极电介质层的异质结构晶体管
CN102938413B (zh) AlGaN/GaN异质结增强型器件及其制作方法
CN104051522B (zh) 一种增强型氮化物半导体器件及其制造方法
CN102810564B (zh) 一种射频器件及其制作方法
CN102945860B (zh) 原位SiN帽层AlGaN/GaN异质结增强型器件及其制作方法
CN106298887B (zh) 一种高阈值电压高迁移率凹槽栅mosfet的制备方法
CN105336789A (zh) 一种高质量MIS结构的GaN基场效应晶体管及其制备方法
US10381469B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
CN108305834A (zh) 一种增强型氮化镓场效应器件的制备方法
CN112635545B (zh) 具有不对称栅介质层的增强型GaN基MIS-HEMT及其制备方法
JP2017073500A (ja) 窒化物半導体装置およびその製造方法
CN106158950A (zh) 一种提高增强型GaN MOS沟道迁移率的器件结构及实现方法
CN107706241A (zh) 一种高质量MOS界面的常关型GaNMOSFET结构及其制备方法
CN105206664A (zh) 基于硅衬底的hemt器件及其制造方法
CN210640256U (zh) 一种氮化镓功率器件
CN111933708B (zh) 一种氮化镓mis-hemt钝化设计及其制备方法
CN206441733U (zh) 一种高阈值电压高迁移率凹槽栅mosfet结构
CN101414635B (zh) 凹槽绝缘栅型栅-漏复合场板功率器件及其制作方法
CN107706232A (zh) 一种原位MIS栅结构常关型GaN基晶体管及制备方法
CN205564759U (zh) 一种新型增强型iii-v异质结场效应晶体管
CN103745922A (zh) GaN高电子迁移率晶体管复合介质绝缘栅的制造方法
CN107195670B (zh) GaN基增强型MOS-HEMT器件及其制备方法
CN112670339A (zh) 一种氮化镓功率器件及其制造方法
CN105826369A (zh) 一种新型增强型iii-v异质结场效应晶体管

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20140423