CN105448975A - 复合阶梯场板槽栅hemt高压器件及其制作方法 - Google Patents
复合阶梯场板槽栅hemt高压器件及其制作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105448975A CN105448975A CN201510873202.1A CN201510873202A CN105448975A CN 105448975 A CN105448975 A CN 105448975A CN 201510873202 A CN201510873202 A CN 201510873202A CN 105448975 A CN105448975 A CN 105448975A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- grid
- field plate
- algan
- lif
- 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
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 53
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims abstract description 23
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 27
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 17
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 16
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 claims description 15
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 11
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 claims description 9
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 6
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 6
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 3
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 3
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 claims description 3
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 3
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 claims description 3
- 238000004151 rapid thermal annealing Methods 0.000 claims description 3
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 7
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract 3
- 229940058401 polytetrafluoroethylene Drugs 0.000 abstract 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 abstract 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 description 2
- 229910004541 SiN Inorganic materials 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N hafnium(IV) oxide Inorganic materials O=[Hf]=O CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. 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
- H01L29/402—Field plates
- H01L29/404—Multiple field plate structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66446—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET]
- H01L29/66462—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET] with a heterojunction interface channel or gate, e.g. HFET, HIGFET, SISFET, HJFET, HEMT
Abstract
一种复合阶梯栅浮空场板槽栅HEMT器件及其制作方法，包括从下至上依次复合的衬底、GaN缓冲层、AlN隔离层、GaN沟道层、AlGaN本征层和AlGaN掺杂层，掺杂层之上的两端分别设有源极和漏极，在栅电极和漏电级中间的AlGaN掺杂层上设有LiF层，在LiF层上设有阶梯浮空阶梯栅场板，阶梯从栅极到漏极方向逐渐升高；在该LiF层与栅电极之间设有有机绝缘介质层，在该有机绝缘介质层的源级一侧设有栅极槽，栅极槽内和有机绝缘介质层的上面设有ITO栅场板；在AlGaN掺杂层上面的裸露区域设有钝化层。本发明利用PTFE层和ITO阶梯栅场板优化了栅极由于曲率效应造成的电场峰，提高了击穿电压，减小了导通电阻。
Description
技术领域
本发明属于微电子技术领域，涉及半导体器件制作，具体的说是一种复合阶梯栅浮空场板AlGaN/GaNHEMT器件结构及制作方法，可用于制作耐高温、高击穿电压、低导通电阻和高频率特性的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管。
技术背景
近年来以SiC和GaN为代表的第三带宽禁带半导体以其禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、饱和电子速度大和异质结界面二维电子气浓度高等特性，使其受到广泛关注。在理论上，利用这些材料制作的高电子迁移率晶体管HEMT、发光二极管LED、激光二极管LD等器件比现有器件具有明显的优越特性，因此近些年来国内外研究者对其进行了广泛而深入的研究，并取得了令人瞩目的研究成果。
AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管HEMT在高温器件及大功率微波器件方面已显示出了得天独厚的优势，追求器件高频率、高压、高功率吸引了众多的研究。近年来，制作更高频率高压AlGaN/GaNHEMT成为关注的又一研究热点。由于AlGaN/GaN异质结生长完成后，异质结界面就存在大量二维电子气2DEG，并且其迁移率很高。在提高AlGaN/GaN异质结电子迁移率晶体管击穿电压方面，人们进行了大量的研究，发现AlGaN/GaNHEMT器件的击穿主要发生在栅极靠近漏极一侧，因此要提高器件的击穿电压，必须使栅漏区域的电场重新分布，尤其是降低栅极边缘的电场，为此，人们提出了采用场板结构的方法；在提高AlGaN/GaN异质结电子迁移率晶体管频率特性方面，使用槽栅结构，让栅电极对2DEG有更好的控制效果。
（1）场板结构具体参见YujiAndo,AkioWakejima,YasuhiroOkamoto等的NovelAlGaN/GaNdual-field-plateFETwithhighgain,increasedlinearityandstability,IEDM2005,pp.576-579,2005。在AlGaN/GaNHEMT器件中采用场板结构，可以将器件的击穿电压大幅度的提高，并且能降低栅漏电容，提高了器件的线性度和稳定性。
（2）槽栅结构具体参见W.B.Lanford,T.Tanaka,Y.Otoki等的Recessed-gateenhancement-modeGaNHEMTwithhighthresholdvoltage,ELECTRONICSLETTERS2005,Vol.41,No.7,2005。在AlGaN/GaNHEMT器件中采用槽栅结构能够有效的增加器件的频率特性。
但是，目前的AlGaN/GaNHEMT器件在耐压、导通电阻和频率特性等方面性能还不能满足实际应用的需要,并且距离GaN材料的理想物理极限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合阶梯栅浮空场板AlGaN/GaNHEMT器件，实现高压、低导通电阻和高频率特性器件结构及其制作方法。
本发明是这样实现的：一种复合阶梯场板槽栅HEMT高压器件，其特征在于，包括从下至上依次复合的衬底、GaN缓冲层、AlN隔离层、GaN沟道层、AlGaN本征层和AlGaN掺杂层，在AlGaN掺杂层之上设有漏电极、源电极、有机绝缘介质层、LiF阶梯层、ITO阶梯场板和钝化层，在掺杂层之上的两端分别设有源电极和漏电极，在漏电极与源电极之间设有有机绝缘介质层，在有机绝缘介质层与源电极之间的有机绝缘介质层的旁边的AlGaN掺杂层的上面设有栅极凹槽，在该栅极凹槽内和有机绝缘介质层的上面设有ITO场板；在靠近漏电极处设有LiF阶梯层，LiF阶梯场板的阶梯自源电极至漏电极的方向依次升高，在LiF阶梯场板的上面设有浮空阶梯栅场板；在AlGaN掺杂层上面的其余区域淀积有钝化层。
所述的衬底的材质包括蓝宝石、SiC、GaN或MgO。
所述的AlGaN掺杂层中Al与Ga的组分范围依据AlxGa1-xN进行调节，其中x=0~1。
所述的有机绝缘介质层为PTFE。
所述的钝化层的材质包括SiN、Al2O3或HfO2。
所述的有机绝缘介质层采用PTFE材料，以降低器件的2DEG浓度。
一种所述的复合阶梯栅浮空场板槽栅HEMT器件的制作方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：（1）清洗；（2）刻蚀有源区台面：（3）制备源、漏电极；（4）刻蚀栅极凹槽；（5）制备有机绝缘介质层；（6）制备栅场板；（7）阶梯LiF层的制备；（8）制备阶梯浮空场板；（9）制备SiN钝化膜；（10）刻蚀SiN薄膜；（11）加厚电极。
具体工艺如下：
（1）清洗：对外延生长的AlGaN/GaN材料进行有机清洗，用流动的去离子水清洗并放入HCl:H2O=1:1的溶液中进行腐蚀30~60s，最后用流动的去离子水清洗并用高纯氮气吹干；
（2）刻蚀有源区台面：对清洗干净的AlGaN/GaN材料进行光刻和干法刻蚀，形成有源区台面；
（3）制备源、漏电极：对制备好有源区台面的AlGaN/GaN材料进行光刻，形成源漏区，放入电子束蒸发台中淀积欧姆接触金属Ti/Al/Ni/Au=(20/120/45/50nm)并进行剥离，最后在氮气环境中进行850℃35s的快速热退火，形成欧姆接触；
（4）刻蚀栅极凹槽：对完成欧姆接触的器件进行光刻，形成栅极刻蚀区域，放入ICP干法刻蚀反应室中，工艺条件为：上电极功率为200W，下电极功率为20W，反应室压力为1.5Pa，Cl2的流量为10sccm，N2的流量为10sccm，将AlGaN势垒层刻蚀掉5~10nm，然后将器件放入HCl:H2O=1:1溶液中处理30s，去除刻蚀残留物；
（5）制备有机绝缘介质层：对完成槽栅刻蚀的器件进行光刻，形成有机绝缘介质PTFE淀积区域，然后放入氧等离子处理室中对AlGaN表面进行轻度氧化处理，然后放入电子束蒸发台中：反应室真空抽至4.0×10-3帕，缓慢加电压使控制PTFE蒸发速率为0.1nm/s，淀积100nm厚的PTFE薄膜，将淀积好PTFE介质的器件放入丙酮溶液中浸泡30~60min，进行超声剥离（意义）；
（6）制备栅场板：对完成PTFE剥离的器件进行光刻，形成栅以及栅场板区，放入电子束蒸发台中淀积200nm厚的ITO栅金属，将淀积好栅电极和栅场板的器件放入丙酮溶液中浸泡30~60min，进行超声剥离，形成栅场板结构；
（7）阶梯LiF层的制备：将完成栅极制备的器件进行光刻，光刻分三次进行，从栅极到漏极方向依次按照长度200nm、150nm、100nm进行递减，形成绝缘介质LiF层的阶梯淀积区域，然后放入电子束反应室真空抽至4.0×10-3帕，缓慢加电压使控制LiF蒸发速率为0.5nm/s，淀积100~200nm厚的LiF薄膜，将淀积好LiF薄膜的器件放入丙酮溶液中浸泡30~60min，进行超声剥离，形成阶梯LiF层；
（8）阶梯浮空场板的制备：将完成LiF层制备的器件放入电子束蒸发台中淀积200nm厚的Al金属，将淀积好Al金属的器件放入丙酮溶液中浸泡30~60min，进行超声剥离，形成阶梯栅浮空场板结构；
（9）SiN钝化膜的制备：将完成的器件放入PECVD反应室淀积SiN钝化膜，具体工艺条件为：SiH4的流量为40sccm，NH3的流量为10sccm，反应室压力为1~2Pa,射频功率为40W，淀积200nm~300nm厚的SiN钝化膜；
（10）SiN薄膜的刻蚀：将器件再次进行清洗、光刻显影，形成SiN薄膜的刻蚀区，并放入ICP干法刻蚀反应室中，工艺条件为：上电极功率为200W，下电极功率为20W，反应室压力为1.5Pa，CF4的流量为20sccm,Ar气的流量为10sccm，刻蚀时间为10min，将源极、漏极上面覆盖的SiN薄膜刻蚀掉；
（11）加厚电极：将器件进行清洗、光刻显影，并放入电子束蒸发台中淀积Ti/Au=20/200nm的加厚电极，完成整体器件的制备。
与现有技术相比，本发明的优点是：
(1)本器件使用了PTFE和ITO形成的偶极子层，降低了该区域正下方2DEG的浓度，改变了栅漏区域的电场分布，提高了器件的击穿电压；
(2)本器件使用了阶梯LiF和Al形成的偶极子层，提高了该区域正下方的2DEG浓度，减小了器件正常导通时栅漏之间的导通电阻，并且调制了沟道电场分布，在耐压时形成三个电场峰值，进一步提高期间的击穿电压。
(3)本器件使用了槽栅结构，增加了栅电极对栅下的2DEG浓度的控制能力，提高了器件的频率特性。
附图说明
图1是本发明器件的剖面结构示意图；
图2是本发明器件的制作工艺流程示意图。
具体实施方式
参照图1，本发明的一种复合阶梯栅浮空场板AlGaN/GaNHEMT器件结构，包括衬底1、GaN缓冲层2、AlN隔离层3、GaN沟道层4、AlGaN本征层5、AlGaN掺杂层6、PTFE有机绝缘介质层7、LiF阶梯层8、ITO场板9、钝化层10、Al浮空阶梯栅场板11、漏电极12、源电极13。器件结构从下往上分别是：衬底1、GaN缓冲层2、AlN隔离层3、GaN沟道层4、AlGaN本征层5、AlGaN掺杂层6，在AlGaN掺杂层6之上设有漏电极12、源电极13、有机绝缘介质层7、LiF阶梯层8、ITO阶梯场板9和钝化层10，漏电极12和源电极13设在AlGaN掺杂层6之上的两端，有机绝缘介质层7设在漏电极12与源电极13之间（大约在中部），在紧邻有机绝缘介质层7的旁边（与源电极13之间）的AlGaN掺杂层6的上面设有栅极凹槽14，在该栅极凹槽14内和有机绝缘介质层7的上面设有ITO场板9，ITO场板9相当于常规栅极延伸到有机绝缘介质层7的上面（呈Γ形），在工艺中与栅电极制作在一起；在靠近漏电极12处设有LiF阶梯层8，LiF阶梯场板8的阶梯自源电极13至漏电极12的方向依次升高，在LiF阶梯场板8的上面设有Al浮空阶梯栅场板11；在AlGaN掺杂层6上面的其余区域淀积有钝化层10。
参见图2和图1，本发明的复合阶梯场板槽栅AlGaN/GaNHEMT器件的制作工艺，包括如下步骤：
（1）清洗：对外延生长的AlGaN/GaN材料进行有机清洗，用流动的去离子水清洗并放入HCl:H2O=1:1的溶液中进行腐蚀30~60s，最后用流动的去离子水清洗并用高纯氮气吹干；
（2）刻蚀有源区台面：对清洗干净的AlGaN/GaN材料进行光刻和干法刻蚀，形成有源区台面；
（3）制备源电极13、漏电极12：对制备好有源区台面的AlGaN/GaN材料进行光刻，形成源漏区，放入电子束蒸发台中淀积欧姆接触金属Ti/Al/Ni/Au=(20/120/45/50nm)并进行剥离，最后在氮气环境中进行850℃35s的快速热退火，形成欧姆接触；
（4）刻蚀栅极凹槽14：对完成欧姆接触的器件进行光刻，形成栅极刻蚀区域，放入ICP干法刻蚀反应室中，工艺条件为：上电极功率为200W，下电极功率为20W，反应室压力为1.5Pa，Cl2的流量为10sccm，N2的流量为10sccm，将AlGaN势垒层刻蚀掉5~10nm，然后将器件放入HCl:H2O=1:1溶液中处理30s，去除刻蚀残留物；
（5）制备有机绝缘介质层7：对完成槽栅刻蚀的器件进行光刻，形成有机绝缘介质PTFE淀积区域，然后放入氧等离子处理室中对AlGaN表面进行轻度氧化处理，然后放入电子束蒸发台中：反应室真空抽至4.0×10-3帕，缓慢加电压使控制PTFE蒸发速率为0.1nm/s，淀积100nm厚的PTFE薄膜，将淀积好PTFE介质的器件放入丙酮溶液中浸泡30~60min，进行超声剥离（意义）；
（6）制备ITO场板9：对完成PTFE剥离的器件进行光刻，形成栅以及栅场板区，放入电子束蒸发台中淀积200nm厚的ITO栅金属，将淀积好栅电极和栅场板的器件放入丙酮溶液中浸泡30~60min，进行超声剥离，形成栅场板结构（ITO场板9）；
（7）LiF阶梯层8的制备：将完成栅极制备的器件进行光刻，光刻分三次进行，从栅极到漏极方向依次按照长度200nm、150nm、100nm进行递减，形成绝缘介质LiF层的阶梯淀积区域，然后放入电子束反应室真空抽至4.0×10-3帕，缓慢加电压使控制LiF蒸发速率为0.5nm/s，淀积100~200nm厚的LiF薄膜，将淀积好LiF薄膜的器件放入丙酮溶液中浸泡30~60min，进行超声剥离，形成LiF阶梯层8；
（8）浮空阶梯栅场板11的制备：将完成LiF层制备的器件放入电子束蒸发台中淀积200nm厚的Al金属，将淀积好Al金属的器件放入丙酮溶液中浸泡30~60min，进行超声剥离，形成浮空阶梯栅场板11结构；
（9）SiN钝化膜的制备：将完成的器件放入PECVD反应室淀积SiN钝化膜，具体工艺条件为：SiH4的流量为40sccm，NH3的流量为10sccm，反应室压力为1~2Pa,射频功率为40W，淀积200nm~300nm厚的SiN钝化膜。
（10）SiN薄膜的刻蚀：将器件再次进行清洗、光刻显影，形成SiN薄膜的刻蚀区，并放入ICP干法刻蚀反应室中，工艺条件为：上电极功率为200W，下电极功率为20W，反应室压力为1.5Pa，CF4的流量为20sccm,Ar气的流量为10sccm，刻蚀时间为10min，将源极、漏极上面覆盖的SiN薄膜刻蚀掉，剩下需要的钝化膜10。
（11）加厚电极：将器件进行清洗、光刻显影，并放入电子束蒸发台中淀积Ti/Au=20/200nm的加厚电极，完成整体器件的制备。
Claims (8)
1.一种复合阶梯场板槽栅HEMT高压器件，其特征在于，包括从下至上依次复合的衬底、GaN缓冲层、AlN隔离层、GaN沟道层、AlGaN本征层和AlGaN掺杂层，在AlGaN掺杂层之上设有漏电极、源电极、有机绝缘介质层、LiF阶梯层、ITO阶梯场板和钝化层，在掺杂层之上的两端分别设有源电极和漏电极，在漏电极与源电极之间设有有机绝缘介质层，在有机绝缘介质层与源电极之间的有机绝缘介质层的旁边的AlGaN掺杂层的上面设有栅极凹槽，在该栅极凹槽内和有机绝缘介质层的上面设有ITO场板；在靠近漏电极处设有LiF阶梯层，LiF阶梯场板的阶梯自源电极至漏电极的方向依次升高，在LiF阶梯场板的上面设有浮空阶梯栅场板；在AlGaN掺杂层上面的其余区域淀积有钝化层。
2.根据权利要求1所述的复合阶梯栅浮空场板槽栅HEMT器件，其特征在于，所述的衬底的材质包括蓝宝石、SiC、GaN或MgO。
3.根据权利要求1所述的复合阶梯栅浮空场板槽栅HEMT器件，其特征在于，所述的AlGaN掺杂层中Al与Ga的组分范围依据AlxGa1-xN进行调节，其中x=0~1。
4.根据权利要求1所述的复合阶梯栅浮空场板槽栅HEMT器件，其特征在于，所述的有机绝缘介质层为PTFE。
5.根据权利要求1所述的复合阶梯栅浮空场板槽栅HEMT器件，其特征在于，所述的钝化层的材质包括SiN、Al2O3或HfO2。
6.根据权利要求1所述的复合阶梯栅浮空场板槽栅HEMT器件，其特征在于，所述的有机绝缘介质层采用PTFE材料，以降低器件的2DEG浓度。
7.一种权利要求1所述的复合阶梯栅浮空场板槽栅HEMT器件的制作方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：（1）清洗；（2）刻蚀有源区台面：（3）制备源、漏电极；（4）刻蚀栅极凹槽；（5）制备有机绝缘介质层；（6）制备栅场板；（7）阶梯LiF层的制备；（8）制备阶梯浮空场板；（9）制备SiN钝化膜；（10）刻蚀SiN薄膜；（11）加厚电极。
8.根据权利要求7所述的复合阶梯栅浮空场板槽栅HEMT器件的制作方法，其特征在于，具体工艺如下：
（1）清洗：对外延生长的AlGaN/GaN材料进行有机清洗，用流动的去离子水清洗并放入HCl:H2O=1:1的溶液中进行腐蚀30~60s，最后用流动的去离子水清洗并用高纯氮气吹干；
（2）刻蚀有源区台面：对清洗干净的AlGaN/GaN材料进行光刻和干法刻蚀，形成有源区台面；
（3）制备源、漏电极：对制备好有源区台面的AlGaN/GaN材料进行光刻，形成源漏区，放入电子束蒸发台中淀积欧姆接触金属Ti/Al/Ni/Au=(20/120/45/50nm)并进行剥离，最后在氮气环境中进行850℃35s的快速热退火，形成欧姆接触；
（4）刻蚀栅极凹槽：对完成欧姆接触的器件进行光刻，形成栅极刻蚀区域，放入ICP干法刻蚀反应室中，工艺条件为：上电极功率为200W，下电极功率为20W，反应室压力为1.5Pa，Cl2的流量为10sccm，N2的流量为10sccm，将AlGaN势垒层刻蚀掉5~10nm，然后将器件放入HCl:H2O=1:1溶液中处理30s，去除刻蚀残留物；
（5）制备有机绝缘介质层：对完成槽栅刻蚀的器件进行光刻，形成有机绝缘介质PTFE淀积区域，然后放入氧等离子处理室中对AlGaN表面进行轻度氧化处理，然后放入电子束蒸发台中：反应室真空抽至4.0×10-3帕，缓慢加电压使控制PTFE蒸发速率为0.1nm/s，淀积100nm厚的PTFE薄膜，将淀积好PTFE介质的器件放入丙酮溶液中浸泡30~60min，进行超声剥离（意义）；
（6）制备栅场板：对完成PTFE剥离的器件进行光刻，形成栅以及栅场板区，放入电子束蒸发台中淀积200nm厚的ITO栅金属，将淀积好栅电极和栅场板的器件放入丙酮溶液中浸泡30~60min，进行超声剥离，形成栅场板结构；
（7）阶梯LiF层的制备：将完成栅极制备的器件进行光刻，光刻分三次进行，从栅极到漏极方向依次按照长度200nm、150nm、100nm进行递减，形成绝缘介质LiF层的阶梯淀积区域，然后放入电子束反应室真空抽至4.0×10-3帕，缓慢加电压使控制LiF蒸发速率为0.5nm/s，淀积100~200nm厚的LiF薄膜，将淀积好LiF薄膜的器件放入丙酮溶液中浸泡30~60min，进行超声剥离，形成阶梯LiF层；
（8）阶梯浮空场板的制备：将完成LiF层制备的器件放入电子束蒸发台中淀积200nm厚的Al金属，将淀积好Al金属的器件放入丙酮溶液中浸泡30~60min，进行超声剥离，形成阶梯栅浮空场板结构；
（9）SiN钝化膜的制备：将完成的器件放入PECVD反应室淀积SiN钝化膜，具体工艺条件为：SiH4的流量为40sccm，NH3的流量为10sccm，反应室压力为1~2Pa,射频功率为40W，淀积200nm~300nm厚的SiN钝化膜；
（10）SiN薄膜的刻蚀：将器件再次进行清洗、光刻显影，形成SiN薄膜的刻蚀区，并放入ICP干法刻蚀反应室中，工艺条件为：上电极功率为200W，下电极功率为20W，反应室压力为1.5Pa，CF4的流量为20sccm,Ar气的流量为10sccm，刻蚀时间为10min，将源极、漏极上面覆盖的SiN薄膜刻蚀掉；
（11）加厚电极：将器件进行清洗、光刻显影，并放入电子束蒸发台中淀积Ti/Au=20/200nm的加厚电极，完成整体器件的制备。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510873202.1A CN105448975A (zh) | 2015-12-03 | 2015-12-03 | 复合阶梯场板槽栅hemt高压器件及其制作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510873202.1A CN105448975A (zh) | 2015-12-03 | 2015-12-03 | 复合阶梯场板槽栅hemt高压器件及其制作方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105448975A true CN105448975A (zh) | 2016-03-30 |
Family
ID=55558971
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510873202.1A Pending CN105448975A (zh) | 2015-12-03 | 2015-12-03 | 复合阶梯场板槽栅hemt高压器件及其制作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105448975A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110970488A (zh) * | 2018-10-01 | 2020-04-07 | 半导体元件工业有限责任公司 | 电子器件 |
| CN112635544A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-09 | 华南师范大学 | 具有偶极子层的增强型AlGaN-GaN垂直型超结HEMT及其制备方法 |
| CN112652656A (zh) * | 2019-10-09 | 2021-04-13 | 英诺赛科（珠海）科技有限公司 | 功率器件及其制作方法 |
| CN113178480A (zh) * | 2021-05-12 | 2021-07-27 | 华南师范大学 | 具有栅漏复合阶梯场板结构的增强型hemt射频器件及其制备方法 |
| CN113644129A (zh) * | 2021-08-12 | 2021-11-12 | 电子科技大学 | 一种具有台阶式P型GaN漏极结构的逆阻型HEMT |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030006437A1 (en) * | 1998-09-22 | 2003-01-09 | Nec Corporation | Field effect transistor |
| CN101150145A (zh) * | 2006-09-19 | 2008-03-26 | 电子科技大学 | 利用场板达到最佳表面横向通量的横向高压器件 |
| CN103035683A (zh) * | 2011-09-29 | 2013-04-10 | 富士通株式会社 | 化合物半导体器件及其制造方法 |
| CN103715251A (zh) * | 2012-09-28 | 2014-04-09 | 富士通株式会社 | 化合物半导体器件及其制造方法 |
| CN104037215A (zh) * | 2014-07-02 | 2014-09-10 | 西安电子科技大学 | 一种基于聚合物的增强型AlGaN/GaN MISHEMT器件结构及制作方法 |
| CN104037218A (zh) * | 2014-07-02 | 2014-09-10 | 西安电子科技大学 | 一种基于极化效应的高性能AlGaN/GaN HEMT高压器件结构及制作方法 |
-
2015
- 2015-12-03 CN CN201510873202.1A patent/CN105448975A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030006437A1 (en) * | 1998-09-22 | 2003-01-09 | Nec Corporation | Field effect transistor |
| CN101150145A (zh) * | 2006-09-19 | 2008-03-26 | 电子科技大学 | 利用场板达到最佳表面横向通量的横向高压器件 |
| CN103035683A (zh) * | 2011-09-29 | 2013-04-10 | 富士通株式会社 | 化合物半导体器件及其制造方法 |
| CN103715251A (zh) * | 2012-09-28 | 2014-04-09 | 富士通株式会社 | 化合物半导体器件及其制造方法 |
| CN104037215A (zh) * | 2014-07-02 | 2014-09-10 | 西安电子科技大学 | 一种基于聚合物的增强型AlGaN/GaN MISHEMT器件结构及制作方法 |
| CN104037218A (zh) * | 2014-07-02 | 2014-09-10 | 西安电子科技大学 | 一种基于极化效应的高性能AlGaN/GaN HEMT高压器件结构及制作方法 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110970488A (zh) * | 2018-10-01 | 2020-04-07 | 半导体元件工业有限责任公司 | 电子器件 |
| CN110970488B (zh) * | 2018-10-01 | 2024-01-30 | 半导体元件工业有限责任公司 | 电子器件 |
| CN112652656A (zh) * | 2019-10-09 | 2021-04-13 | 英诺赛科（珠海）科技有限公司 | 功率器件及其制作方法 |
| CN112635544A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-09 | 华南师范大学 | 具有偶极子层的增强型AlGaN-GaN垂直型超结HEMT及其制备方法 |
| CN113178480A (zh) * | 2021-05-12 | 2021-07-27 | 华南师范大学 | 具有栅漏复合阶梯场板结构的增强型hemt射频器件及其制备方法 |
| CN113644129A (zh) * | 2021-08-12 | 2021-11-12 | 电子科技大学 | 一种具有台阶式P型GaN漏极结构的逆阻型HEMT |
| CN113644129B (zh) * | 2021-08-12 | 2023-04-25 | 电子科技大学 | 一种具有台阶式P型GaN漏极结构的逆阻型HEMT |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105355659A (zh) | 槽栅AlGaN/GaN HEMT器件结构及制作方法 | |
| CN105448964A (zh) | 复合阶梯场板槽栅AlGaN/GaN HEMT高压器件结构及其制作方法 | |
| CN105448975A (zh) | 复合阶梯场板槽栅hemt高压器件及其制作方法 | |
| CN104037221B (zh) | 一种基于极化效应的复合场板高性能AlGaN/GaN HEMT器件结构及制作方法 | |
| CN104037218B (zh) | 一种基于极化效应的高性能AlGaN/GaN HEMT高压器件结构及制作方法 | |
| CN103745990B (zh) | 耗尽型AlGaN/GaN MISHEMT高压器件及其制作方法 | |
| CN106158960A (zh) | 基于数字化湿法栅刻蚀技术形成GaN增强型MOSFET及制备方法 | |
| CN103745992B (zh) | 基于复合漏极的AlGaN/GaN MISHEMT高压器件及其制作方法 | |
| CN104064595B (zh) | 一种基于槽栅结构的增强型AlGaN/GaN MISHEMT器件结构及其制作方法 | |
| CN103904111A (zh) | 基于增强型AlGaN/GaN HEMT器件结构及其制作方法 | |
| CN103762234B (zh) | 基于超结漏场板的AlGaN/GaN MISHEMT高压器件及其制作方法 | |
| CN104037217B (zh) | 一种基于复合偶极层的AlGaN/GaN HEMT开关器件结构及制作方法 | |
| CN104037222B (zh) | 一种基于有机聚合物极化效应的高压槽栅AlGaN/GaN HEMT器件结构及制作方法 | |
| CN104037215B (zh) | 一种基于聚合物的增强型AlGaN/GaN MISHEMT器件结构及其制作方法 | |
| CN103794643B (zh) | 一种基于槽栅高压器件及其制作方法 | |
| CN104037220B (zh) | 一种基于偶极子层浮栅结构的增强型AlGaN/GaN MISHEMT器件结构及其制作方法 | |
| CN103779411B (zh) | 基于超结槽栅的高压器件及其制作方法 | |
| CN103745993B (zh) | 基于超结的AlGaN/GaN MISHEMT高压器件及其制作方法 | |
| CN103762235B (zh) | 基于超结漏场板的AlGaN/GaN高压器件及其制作方法 | |
| CN104037216B (zh) | 一种基于偶极层的高压AlGaN/GaN MISHEMT器件结构及其制作方法 | |
| CN104037219B (zh) | 一种基于栅结构的增强型AlGaN/GaN HEMT器件结构及其制作方法 | |
| CN103745991B (zh) | 基于超结的AlGaN/GaN高压器件及其制作方法 | |
| CN103839996A (zh) | 基于复合漏极的槽栅高压器件及其制作方法 | |
| CN103779410B (zh) | 基于超结漏场板的槽栅高压器件及其制作方法 | |
| CN104051521B (zh) | 一种基于有机介质的高性能AlGaN/GaN HEMT开关器件结构及其制作方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160330 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |