CN106206295B - GaN增强型器件制备方法及形成的GaN增强型器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种GaN增强型器件制备方法及形成的GaN增强型器件，GaN增强型器件制备方法采用在含有P型GaN的外延片上采用与CMOS工艺相兼容的工艺形成栅极、源极及漏极。该GaN增强型器件制备工艺与CMOS工艺相兼容，从而可以实现大批量，低成本的增强型电力电子开关器件生产与制备。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种GaN增强型器件制备方法及形成的GaN增强型器件。
背景技术
氮化镓(GaN)作为宽禁带化合物半导体材料器件，具有输出功率高、耐高温的特点。GaN材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点，是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料，并与SIC、金刚石等半导体材料一起，被誉为是继第一代Ge、Si半导体材料、第二代GaAs、InP化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。
随着高压开关和高速射频电路的发展，增强型GaN基高电子迁移率晶体管(HighElectronMobility Transistor，HEMT)成为关注的又一研究热点。增强型GaN基HEMT只有在加正栅压才有工作电流，可以大大拓展其在低功耗数字电路中的应用。目前比较主流的制备增强型GaN基高电子迁移率晶体管的方法包括：在传统的Al(In,Ga)N/GaN异质结构上生长一层P型GaN外延层，利用PN结的空间电荷效应对二维电子气(2DEG)的耗尽作用来实现增强型GaN基高电子迁移率晶体管。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下技术问题：现有的增强型GaN基高电子迁移率晶体管的制备工艺与CMOS工艺不兼容，从而无法实现大批量、低成本的生成与制备。
发明内容
本发明提供的一种GaN增强型器件制备方法及形成的GaN增强型器件，其制备工艺与CMOS工艺相兼容，能够实现大批量、低成本的生成与制备。
第一方面，本发明提供一种GaN增强型器件制备方法，所述方法包括：
在含有P型GaN的外延片上溅射栅极金属；
对所述经溅射栅极金属的含有P型GaN的外延片的栅极金属层及P型GaN层进行光学光刻，形成栅极；
在所述形成有栅极的P型GaN的外延片上沉积形成第一钝化层；
对所述第一钝化层及所述第一钝化层之下的所述外延片的AlGaN层进行光学光刻，形成第一源极沉积区及第一漏极沉积区；
在所述第一源极沉积区及第一漏极沉积区沉积金属，形成欧姆接触沉积层；
沉积形成第二钝化层；
对所述欧姆接触沉积层之上的所述第二钝化层进行光学光刻，形成第二源极沉积区及第二漏极沉积区；
在所述第二源极沉积区及第二漏极沉积区沉积过渡金属；
沉积形成第三钝化层；
对所述过渡金属层之上的所述第三钝化层进行光学光刻，形成第三源极沉积区及第三漏极沉积区；
在所述第三源极沉积区及第三漏极沉积区沉积源极连接电极金属及漏极连接电极金属；
沉积形成第四钝化层，形成GaN增强型器件。
可选地，所述栅极金属为TiN或W。
可选地，所述栅极金属及所述P型GaN层之间形成肖特基接触或欧姆接触。
可选地，所述沉积形成第一钝化层、沉积形成第二钝化层、沉积形成第三钝化层包括：通过等离子体增强化学气相沉积PECVD或原子层沉积PEALD或快速热化学气相沉积RTCVD或低压力化学气相沉积LPCVD沉积形成所述第一钝化层、第二钝化层、第三钝化层。
可选地，所述沉积形成第一钝化层、沉积形成第二钝化层、沉积形成第三钝化层包括：通过低温沉积工艺与高温沉积工艺的组合形成所述第一钝化层、第二钝化层、第三钝化层。
可选地，所述第一钝化层、第二钝化层及第三钝化层为SiO2钝化层或者SiNx钝化层或者Al2O3钝化层。
可选地，在所述沉积形成第一钝化层后还包括：通过离子注入或物理刻蚀断开在器件两侧形成隔离。
可选地，所述含有P型GaN的外延片的厚度小于1000nm。
可选地，所述源极连接电极金属及漏极连接电极金属为Cu或Al。
可选地，所述含有P型GaN的外延片从上至下依次为：P型GaN层、AlGaN势垒层、GaN沟道层、高阻AlGaN缓存层、AlN成核层、衬底。
第二方面，本发明提供一种GaN增强型器件，所述GaN增强型器件采用上述所述的GaN增强型器件制备方法制备而成。
本发明实施例提供的GaN增强型器件制备方法及形成的GaN增强型器件，该GaN增强型器件制备工艺与CMOS工艺相兼容，从而可以实现大批量，低成本的增强型电力电子开关器件生产与制备。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的GaN增强型器件制备方法的流程图；
图2为本发明一实施例含有P型GaN的外延片的结构示意图；
图3为本发明一实施例在P型GaN层上沉积形成栅极金属层的结构示意图；
图4为本发明一实施例在栅极金属层上涂光刻胶的结构示意图；
图5为本发明一实施例形成的栅极的结构示意图；
图6为本发明一实施例形成第一钝化层的结构示意图；
图7为本发明一实施例形成欧姆接触沉积层的结构示意图；
图8为本发明一实施例形成第二钝化层的结构示意图；
图9为本发明一实施例形成过渡金属层的结构示意图；
图10为本发明一实施例形成第三钝化层的结构示意图；
图11为本发明一实施例形成源极连接电极金属及漏极连接电极金属及第四钝化层的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种GaN增强型器件制备方法，如图1所示，所述方法包括：
S11、在含有P型GaN的外延片上溅射栅极金属；
S12、对所述经溅射栅极金属的含有P型GaN的外延片的栅极金属层及P型GaN层进行光学光刻，形成栅极；
S13、在所述形成有栅极的P型GaN的外延片上沉积形成第一钝化层；
S14、对所述第一钝化层及所述第一钝化层之下的所述外延片的AlGaN层进行光学光刻，形成第一源极沉积区及第一漏极沉积区；
S15、在所述第一源极沉积区及第一漏极沉积区沉积金属，形成欧姆接触沉积层；
S16、沉积形成第二钝化层；
S17、对所述欧姆接触沉积层之上的所述第二钝化层进行光学光刻，形成第二源极沉积区及第二漏极沉积区；
S18、在所述第二源极沉积区及第二漏极沉积区沉积过渡金属；
S19、沉积形成第三钝化层；
S20、对所述过渡金属层之上的所述第三钝化层进行光学光刻，形成第三源极沉积区及第三漏极沉积区；
S21、在所述第三源极沉积区及第三漏极沉积区沉积源极连接电极金属及漏极连接电极金属；
S22、沉积形成第四钝化层，形成GaN增强型器件。
本发明实施例提供的GaN增强型器件制备方法，该GaN增强型器件制备工艺与CMOS工艺相兼容，从而可以实现大批量，低成本的增强型电力电子开关器件生产与制备。
可选地，所述栅极金属为TiN或W。
可选地，所述栅极金属及所述P型GaN层之间形成肖特基接触或欧姆接触。
可选地，所述沉积形成第一钝化层、沉积形成第二钝化层、沉积形成第三钝化层包括：通过等离子体增强化学气相沉积PECVD或原子层沉积PEALD或快速热化学气相沉积RTCVD或低压力化学气相沉积LPCVD沉积形成所述第一钝化层、第二钝化层、第三钝化层。
可选地，所述沉积形成第一钝化层、沉积形成第二钝化层、沉积形成第三钝化层包括：通过低温沉积工艺与高温沉积工艺的组合形成所述第一钝化层、第二钝化层、第三钝化层。
可选地，所述第一钝化层、第二钝化层及第三钝化层为SiO2钝化层或者SiNx钝化层或者Al2O3钝化层。
可选地，在所述沉积形成第一钝化层后还包括：通过离子注入或物理刻蚀断开在器件两侧形成隔离。
可选地，所述含有P型GaN的外延片的厚度小于1000nm。
可选地，所述源极连接电极金属及漏极连接电极金属为Cu或Al。
可选地，所述含有P型GaN的外延片从上至下依次为：P型GaN层、AlGaN势垒层、GaN沟道层、高阻AlGaN缓存层、AlN成核层、衬底。
图2示意出了本发明实施中的含有P型GaN的外延片的结构示意图，该含有P型GaN的外延片从上至下依次为：P型GaN层、AlGaN势垒层、GaN沟道层、高阻AlGaN缓存层、AlN成核层、衬底。所述含有P型GaN的外延片的厚度小于1000nm。在图2中的衬底为Si，可选地所述衬底还可以选用SiC或蓝宝石。依靠AlGaN势垒层和高迁移率沟道层GaN层间较强的自发和压电极化效应，在AlGaN/GaN异质结沟道中会诱导出二维电子气(2DEG)。在所述含有P型GaN的外延片上溅射一层栅极金属Gate Mtl，该栅极金属的材料为TiN或W，如图3所示。所述溅射的工艺为直流溅射、交流溅射、反应溅射和磁控溅射。如图4所示，在所述栅极金属层上涂敷一层光刻胶如图4所示，通过曝光显影形成掩膜，采用该掩膜进行刻蚀，对所述栅极金属层及P型GaN进行刻蚀，在刻蚀的过程中选用氯基、氟基或者二者混合的刻蚀气体通过选择性刻蚀P型GaN外延层及栅极金属层形成如图5所示的栅极结构。之后将所述栅极金属层之上的光刻胶清洗掉。之后通过等离子体增强化学气相沉积PECVD或原子层沉积PEALD或快速热化学气相沉积RTCVD或低压力化学气相沉积LPCVD沉积形成所述第一钝化层，如图6所示，该第一钝化层的材料为SiO2钝化层或者SiNx钝化层或者Al2O3钝化层。此外还可以通过任意低温沉积工艺与高温沉积工艺相组合的方式形成，例如可以通过等离子体增强化学气相沉积PECVD与快速热化学气相沉积RTCVD组合的工艺形成第一钝化层。在形成第一钝化层后，在图6所示的器件的左右两侧通过离子注入或者物理刻蚀断开MESA的方式将不同的器件隔离开来。在所述第一钝化层上的源极区域及漏极区域进行光学光刻，即对第一钝化层、第一钝化层之下的AlGaN层进行刻蚀形成第一源极沉积区及第一漏极沉积区，在所述第一源极沉积区及第一漏极沉积区通过溅射、蒸发、PVD等沉积工艺沉积金属，同时通过退火的工艺使得沉积的金属与下层的GaN层形成欧姆接触，即形成欧姆接触沉积层，如图7所示。之后再在上层通过等离子体增强化学气相沉积PECVD或原子层沉积PEALD或快速热化学气相沉积RTCVD或低压力化学气相沉积LPCVD沉积形成所述第二钝化层，该第二钝化层的材料为SiO2钝化层或者SiNx钝化层或者Al2O3钝化层。此外还可以通过任意低温沉积工艺与高温沉积工艺工艺相组合的方式形成，例如可以通过等离子体增强化学气相沉积PECVD与快速热化学气相沉积RTCVD组合的工艺形成第二钝化层。对所述欧姆接触沉积层之上的所述第二钝化层进行光学光刻，形成第二源极沉积区及第二漏极沉积区，如图8所示。在所述第二源极沉积区及第二漏极沉积区通过溅射、蒸发、PVD等沉积工艺沉积过渡金属，如图9所示。之后再在上层通过等离子体增强化学气相沉积PECVD或原子层沉积PEALD或快速热化学气相沉积RTCVD或低压力化学气相沉积LPCVD沉积形成所述第三钝化层，该第三钝化层的材料为SiO2钝化层或者SiNx钝化层或者Al2O3钝化层。此外还可以通过任意低温沉积工艺与高温沉积工艺相组合的方式形成，例如可以通过等离子体增强化学气相沉积PECVD与快速热化学气相沉积RTCVD组成的工艺形成第三钝化层。对所述过渡金属层Metl 1之上的所述第三钝化层进行光学光刻，形成第三源极沉积区及第三漏极沉积区，如图10所示。在所述第三源极沉积区及第三漏极沉积区通过溅射、蒸发、PVD等沉积工艺沉积源极连接电极金属及漏极连接电极金属，如图11所示。之后再在上层通过等离子体增强化学气相沉积PECVD或原子层沉积PEALD或快速热化学气相沉积RTCVD或低压力化学气相沉积LPCVD沉积形成所述第四钝化层，该第四钝化层的材料为SiO2钝化层或者SiNx钝化层或者Al2O3钝化层。此外还可以通过任意低温沉积工艺与高温沉积工艺工艺相组合的方式形成，例如可以通过等离子体增强化学气相沉积PECVD与快速热化学气相沉积RTCVD组成的工艺形成第四钝化层，对所述源极连接电极金属及漏极连接电极金属Power Metal之上的所述第四钝化层进行光学光刻，从而形成GaN增强型器件，如图11所示。
本发明实施例还提供一种GaN增强型器件，所述GaN增强型器件采用上述所述的GaN增强型器件制备方法制备而成。
本发明实施例提供的GaN增强型器件制备方法及形成的形成的GaN增强型器件，该GaN增强型器件制备工艺与CMOS工艺相兼容，从而可以实现大批量，低成本的增强型电力电子开关器件生产与制备。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (11)
1.一种GaN增强型器件制备方法，其特征在于，包括：
在含有P型GaN的外延片上溅射栅极金属；
对溅射有栅极金属的含有P型GaN的外延片的栅极金属层及P型GaN层进行光学光刻，形成栅极；
在形成有栅极的P型GaN的外延片上沉积形成第一钝化层；
对所述第一钝化层及所述第一钝化层之下的所述外延片的AlGaN层进行光学光刻，形成第一源极沉积区及第一漏极沉积区；
在所述第一源极沉积区及第一漏极沉积区沉积金属，形成欧姆接触沉积层；
沉积形成第二钝化层；
对所述欧姆接触沉积层之上的所述第二钝化层进行光学光刻，形成第二源极沉积区及第二漏极沉积区；
在所述第二源极沉积区及第二漏极沉积区沉积过渡金属层；
沉积形成第三钝化层；
对所述过渡金属层之上的所述第三钝化层进行光学光刻，形成第三源极沉积区及第三漏极沉积区；
在所述第三源极沉积区及第三漏极沉积区沉积源极连接电极金属及漏极连接电极金属；
沉积形成第四钝化层，形成GaN增强型器件。
2.根据权利要求1所述的GaN增强型器件制备方法，其特征在于，
所述栅极金属为TiN或W。
3.根据权利要求2所述的GaN增强型器件制备方法，其特征在于，所述栅极金属及所述P型GaN层之间形成肖特基接触或欧姆接触。
4.根据权利要求3所述的GaN增强型器件制备方法，其特征在于，所述沉积形成第一钝化层、沉积形成第二钝化层、沉积形成第三钝化层包括：通过等离子体增强化学气相沉积PECVD或原子层沉积PEALD或快速热化学气相沉积RTCVD或低压力化学气相沉积LPCVD沉积形成所述第一钝化层、第二钝化层、第三钝化层。
5.根据权利要求3所述的GaN增强型器件制备方法，其特征在于，所述沉积形成第一钝化层、沉积形成第二钝化层、沉积形成第三钝化层包括：通过低温沉积工艺与高温沉积工艺的组合形成所述第一钝化层、第二钝化层、第三钝化层。
6.根据权利要求4或5所述的GaN增强型器件制备方法，其特征在于，所述第一钝化层、第二钝化层及第三钝化层为SiO2钝化层或者SiNx钝化层或者Al2O3钝化层。
7.根据权利要求4或5所述的GaN增强型器件制备方法，其特征在于，在所述沉积形成第一钝化层后还包括：通过离子注入或物理刻蚀断开在器件两侧形成隔离。
8.根据权利要求7所述的GaN增强型器件制备方法，其特征在于，所述含有P型GaN的外延片的厚度小于1000nm。
9.根据权利要求8所述的GaN增强型器件制备方法，其特征在于，所述源极连接电极金属及漏极连接电极金属为Cu或Al。
10.根据权利要求1-5、8和9中任一项所述的GaN增强型器件制备方法，其特征在于，所述含有P型GaN的外延片从上至下依次为：P型GaN层、AlGaN势垒层、GaN沟道层、高阻AlGaN缓存层、AlN成核层、衬底。
11.一种GaN增强型器件，其特征在于，所述GaN增强型器件采用权利要求1-10中任一项所述的GaN增强型器件制备方法制备而成。
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