CN107230618A - 氮化镓晶体管器件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种氮化镓晶体管器件的制备方法，包括：制备所述氮化镓晶体管器件的源极、漏极和栅极；对栅极进行热退火处理，以在栅极产生表面施主态。通过对栅极进行热退火处理，由于高温作用使得电子填充陷阱，使得栅极处于表面施主态，从而使得器件表面陷阱减少即减少了器件界面态陷阱，其捕获的电子将大大减少，可以显著改善器件的漏电和耐压现象。
Description
技术领域
本发明涉及半导体工艺领域，尤其涉及一种氮化镓晶体管器件的制备方法。
背景技术
氮化镓(GaN)是第三代宽禁带半导体材料，由于其具有大禁带宽度、高电子饱和速率、高击穿电场、较高热导率、耐腐蚀以及抗辐射性能等优点，被认为是制作短波光电子器件和高压高频率大功率器件的最佳材料。
由于基于GaN的AlGaN/GaN结构具有更高的电子迁移率，AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(High-Electron-Mobility Transistors，简称HEMTs)已经成为研究热点。这是因为AlGaN/GaN异质结处会形成高浓度、高迁移率的二维电子气(2DEG)，同时异质结对2DEG具有良好的调节作用。
通过研究发现：在HEMTs器件正偏时，从沟道注入HEMTs表面陷阱的电子会耗尽沟道里的二维电子气电荷；在HEMTs器件反偏时，会造成器件提前击穿，因为这些被HEMTs表面陷阱捕获的电子会增大表面漏电，导致HEMTs器件容易出现漏电、耐压差的问题。
发明内容
本发明提供一种氮化镓晶体管器件的制备方法，用以解决现有氮化镓晶体管器件容易出现漏电、耐压差的问题。
本发明的提供一种氮化镓晶体管器件的制备方法，包括：
制备所述氮化镓晶体管器件的源极、漏极和栅极；
对所述栅极进行热退火处理，以在栅极产生表面施主态。
其中，所述对所述栅极进行热退火处理，包括：
采用300℃/2min的热退火工艺对所述栅极进行热退火处理。
具体的，所述制备所述氮化镓晶体管器件的源极、漏极，包括：
在氮化镓外延基底的表面沉积氧化层；
刻蚀所述氧化层，分别形成源极接触孔和漏极接触孔；
在所述源极接触孔内、所述漏极接触孔内，以及器件表面上沉积第一金属层；
对所述第一金属层进行光刻和刻蚀，形成源极和漏极。
具体的，所述氧化层为SiO2层。
具体的，所述方法还包括：
在硅衬底层表面上依次生长氮化镓层和氮化镓铝层，形成所述氮化镓外延基底。
具体的，所述制备所述氮化镓晶体管器件的栅极，包括：
刻蚀所述氧化层，以及部分所述氮化镓铝层，形成栅极接触孔；
在所述栅极接触孔内，以及器件表面上，沉积第二金属层；
对所述第二金属层进行光刻和刻蚀，形成栅极。
其中，所述氮化镓铝层被刻蚀的深度超过所述氮化镓铝层厚度的一半。
本发明提供的氮化镓晶体管器件的制备方法，在分别形成了器件的源极、漏极和栅极后，通过对栅极进行热退火处理，由于高温作用使得电子填充陷阱，使得栅极处于表面施主态，从而使得器件表面陷阱减少即减少了器件界面态陷阱，其捕获的电子将大大减少，可以显著改善器件的漏电和耐压现象。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的氮化镓晶体管器件的制备方法的流程示意图；
图2为本发明实施例二提供的氮化镓晶体管器件的制备方法的流程示意图；
图3为执行实施例一的步骤201后的器件剖面结构示意图；
图4为执行实施例一的步骤202后的器件剖面结构示意图；
图5为执行实施例一的步骤203后的器件剖面结构示意图；
图6为执行实施例一的步骤204后的器件剖面结构示意图；
图7为执行实施例一的步骤205后的器件剖面结构示意图；
图8为执行实施例一的步骤206后的器件剖面结构示意图；
图9为执行实施例一的步骤208后的器件剖面结构示意图。
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。
图1为本发明实施例一提供的氮化镓晶体管器件的制备方法的流程示意图，如图1所示，方法包括：
步骤101、制备氮化镓晶体管器件的源极、漏极和栅极。
步骤102、对栅极进行热退火处理，以在栅极产生表面施主态。
本实施例中，对于制备氮化镓晶体管器件的源极、漏极和栅极，可以采用目前的成熟制备工艺，依次制备其源极、漏极和栅极，在完成栅极制备后，随即对栅极进行热退火处理，以使栅极表面处于施主态。
具体来说，可以采用300℃/2min的热退火工艺对栅极进行热退火处理。
通过该热退火处理，由于高温作用使得电子填充陷阱，使得栅极表面处于施主界面态，从而使得器件表面陷阱减少即减少了器件界面态陷阱，其捕获的电子将大大减少，可以显著改善器件的漏电和耐压现象。
下面结合图2所示实施例对氮化镓晶体管器件的制备方法进行详细的描述。
图2为本发明实施例二提供的氮化镓晶体管器件的制备方法的流程示意图，如图2所示，该方法包括如下步骤：
步骤201、在硅衬底层表面上依次生长氮化镓层和氮化镓铝层，形成氮化镓外延基底。
图3为执行实施例一的步骤201后的器件剖面结构示意图，如图3所示，在Si衬底层11的表面上，依次生长GaN层12以及AlGaN层13。其中，GaN层12起到缓冲层作用，AlGaN层13起到势垒层的作用。
步骤202、在氮化镓外延基底的表面沉积氧化层。
如图4所示，图4为执行实施例一的步骤202后的器件剖面结构示意图，该氧化层可以为SiO2层，以14表示。
步骤203、刻蚀氧化层，分别形成源极接触孔和漏极接触孔。
本实施例中，可以采用干法刻蚀的方法，对氧化层14进行刻蚀，形成如图5所示的源极接触孔15和漏极接触孔16。其中，源极接触孔15和漏极接触孔16相对设置。
步骤204、在源极接触孔内、漏极接触孔内，以及器件表面上沉积第一金属层。
图6为执行实施例一的步骤204后的器件剖面结构示意图，如图6所示，第一金属层用标号17表示。
可以采用电子束蒸发金属，在整个器件的表面沉积第一金属层18，具体来说，是在源极接触孔15和漏极接触孔16内、以及氧化层14的表面上，沉积了第一金属层17。
步骤205、对第一金属层进行光刻和刻蚀，形成源极和漏极。
图7为执行实施例一的步骤205后的器件剖面结构示意图，如图7所示，源极以18表示、漏极以19表示。
对第一金属层17进行光刻和刻蚀，其中光刻的程序包括了涂胶、曝光和显影。
通过对第一金属层17进行光刻和刻蚀，不但分别形成了与源极接触孔15和漏极接触孔16对应的源极18和漏极19，还在源极18和漏极19之间形成了用于形成栅极的栅极窗口21。透过栅极窗口21，可以看到氧化层14的部分表面。
步骤206、刻蚀氧化层，以及部分氮化镓铝层，形成栅极接触孔。
图8为执行实施例一的步骤206后的器件剖面结构示意图，如图8所示，具体是刻蚀栅极窗口21对应的氧化层14，并刻蚀掉部分AlGaN层13，形成栅极接触孔22。
其中，AlGaN层13被刻蚀的深度超过AlGaN层13厚度的一半。
步骤207、在栅极接触孔内，以及器件表面上，沉积第二金属层。
可以通过电子束蒸发金属，在栅极接触孔22内，以及器件表面上沉积第二金属层。
步骤208、对第二金属层进行光刻和刻蚀，形成栅极。
图9为执行实施例一的步骤208后的器件剖面结构示意图，如图9所示，栅极以23表示。
对第二金属层进行光刻和刻蚀，其中光刻的程序包括了涂胶、曝光和显影。
步骤209、对栅极进行热退火处理，以在栅极产生表面施主态。
通过该热退火处理，在栅极产生高密度的表面施主态，由于高温作用使得电子填充陷阱，使得栅极表面处于施主态即施主型界面态，从而使得器件表面陷阱减少即减少了器件界面态陷阱，其捕获的电子将大大减少，可以显著改善器件的漏电和耐压现象。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种氮化镓晶体管器件的制备方法，其特征在于，包括：
制备所述氮化镓晶体管器件的源极、漏极和栅极；
对所述栅极进行热退火处理，以在栅极产生表面施主态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述栅极进行热退火处理，包括：
采用300℃/2min的热退火工艺对所述栅极进行热退火处理。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制备所述氮化镓晶体管器件的源极、漏极，包括：
在氮化镓外延基底的表面沉积氧化层；
刻蚀所述氧化层，分别形成源极接触孔和漏极接触孔；
在所述源极接触孔内、所述漏极接触孔内，以及器件表面上沉积第一金属层；
对所述第一金属层进行光刻和刻蚀，形成源极和漏极。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在硅衬底层表面上依次生长氮化镓层和氮化镓铝层，形成所述氮化镓外延基底。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述制备所述氮化镓晶体管器件的栅极，包括：
刻蚀所述氧化层，以及部分所述氮化镓铝层，形成栅极接触孔；
在所述栅极接触孔内，以及器件表面上，沉积第二金属层；
对所述第二金属层进行光刻和刻蚀，形成栅极。
6.根据权利要5所述的方法，其特征在于，所述氮化镓铝层被刻蚀的深度超过所述氮化镓铝层厚度的一半。
7.根据权利要2至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述氧化层为SiO2层。
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|---|---|
| CN (1) | CN107230618A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1983628A (zh) * | 2005-12-12 | 2007-06-20 | 冲电气工业株式会社 | 半导体元件的欧姆接触构造 |
| CN101405850A (zh) * | 2006-03-17 | 2009-04-08 | 住友化学株式会社 | 半导体场效应晶体管及其制造方法 |
| CN101405868A (zh) * | 2005-11-29 | 2009-04-08 | 香港科技大学 | 增强型和耗尽型AlGaN/GaN HFET的单片集成 |
| CN101471260A (zh) * | 2007-12-26 | 2009-07-01 | 中国科学院微电子研究所 | 适用于增强型InGaP/AlGaAs/InGaAs PHEMT器件的栅退火方法 |
| CN104538302A (zh) * | 2014-12-09 | 2015-04-22 | 电子科技大学 | 一种增强型hemt器件的制备方法 |
-
2016
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101405868A (zh) * | 2005-11-29 | 2009-04-08 | 香港科技大学 | 增强型和耗尽型AlGaN/GaN HFET的单片集成 |
| CN1983628A (zh) * | 2005-12-12 | 2007-06-20 | 冲电气工业株式会社 | 半导体元件的欧姆接触构造 |
| CN101405850A (zh) * | 2006-03-17 | 2009-04-08 | 住友化学株式会社 | 半导体场效应晶体管及其制造方法 |
| CN101471260A (zh) * | 2007-12-26 | 2009-07-01 | 中国科学院微电子研究所 | 适用于增强型InGaP/AlGaAs/InGaAs PHEMT器件的栅退火方法 |
| CN104538302A (zh) * | 2014-12-09 | 2015-04-22 | 电子科技大学 | 一种增强型hemt器件的制备方法 |
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