CN108335982B - 一种GaN基HEMT器件的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种GaN基HEMT器件的制作方法，步骤包括：准备一衬底；在衬底上生长的AlN缓冲层；在AlN缓冲层上生长GaN沟道层；在GaN沟道层上生长AlGaN势垒层；在AlGaN势垒层上生长P型GaN帽层；在P型帽层上沉积SiN钝化层，并制作假栅电极电极；采用离子注入工艺注入形成高阻扩散层区域；再采用离子注入工艺进行二次离子注入形成源漏欧姆接触区域；制作源漏欧姆接触电极；去掉假栅电极，并制作栅金属电极。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种GaN(氮化镓)基HEMT器件的制作方法。
背景技术
宽禁带半导体氮化镓材料以其具有禁带宽度大、临界击穿电场高、电子饱和速度高等特点，成为新一代半导体功率器件的理想材料。近年来，以AlGaN/GaN为代表的GaN基HEMT器件结构，通过自发极化和压电极化产生高的二维电子气，成为主流的GaN基HEMT器件材料结构。
由于AlGaN/GaN器件的工作模式多为耗尽型器件，是的在开关型电路中，增加了功耗和设计的复杂程度。增强型GaN基HEMT器件能够提高电路工作的安全性，所以，事项增强型GaN基HEMT器件成为当前的一个重要的研究方向。
为了实现增强型工作，目前GaN基HEMT器件的主要工艺方法之一为凹栅槽技术和栅电极下方采用P型帽层工艺。凹栅槽技术对刻蚀设备要求比较高，而且P型帽层工艺对刻蚀和源漏工艺提出了更高的要求。由此可以看到刻蚀帽层对设备更加依赖，对工艺一致性带来难度，这限制了GaN基HEMT器件的应用和产业化。
发明内容
针对目前增强型GaN基HEMT器件制备工艺中存在的缺点，本发明的目的是提出了一种GaN基HEMT器件的制作方法，将现有技术的栅槽区域GaN材料刻蚀工艺省去，改为在源漏处的离子注入，提高器件制作工艺的一致性，优化了退火工艺，提高器件的可靠性。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种GaN基HEMT器件的制作方法，步骤包括：
(1)准备一衬底；
(2)在衬底上生长AlN缓冲层；
(3)在AlN缓冲层上生长GaN沟道层；
(4)在GaN沟道层上生长AlGaN势垒层；
(5)在AlGaN势垒层上生长P型帽层；
(6)在P型帽层上沉积SiN钝化层，并制作假栅电极；
(7)在P型帽层和AlGaN层上，利用光刻胶和假栅电极为掩膜，采用离子注入工艺，在栅源和栅漏之间的区域制作弱P型高阻扩散层区域；
(8)再利用光刻胶为掩膜，采用离子注入工艺进行二次离子注入，形成源漏欧姆接触区域；
(9)通过掩膜刻孔的方法刻蚀掉SiN和P型帽层，在AlGaN层上形成源漏电极；
(10)去除假栅电极，在假栅电极下面的P型帽层上制作栅金属电极。
在步骤(1)中，所述衬底可以是SiC、GaN或者蓝宝石材料。
在步骤(2)-(5)中，各层采用MOCVD方法在衬底上依次生长，其中，AlN缓冲层厚度为10-100nm，GaN沟道层厚度为150-2000nm。
在步骤(4)中，所述AlGaN势垒层为三元相化合物，厚度为10-100nm。
在步骤(5)中，所述P型帽层可以是P型GaN层，也可以是P型InGaN层，其厚度为70-150nm，掺杂杂质为C或Mg，或者两者共掺杂，掺杂浓度为1×1018-5×1019cm-3。
在步骤(6)中，所述SiN钝化层采用PECVD方法沉积，温度为150-350℃，其厚度为30-50nm。
在步骤(7)中，离子注入的离子为Si离子，能量为20-100KeV，剂量为2×1015-1×1016cm-2，退火激活的温度为1000-1300℃，时间为90-120s。
在步骤(8)中，离子注入的离子为Si离子，能量为20-100KeV，剂量为2×1015-1×1016cm-2，退火激活的温度为1000-1300℃，时间为90-120s。
在步骤(9)中，所述栅金属电极可为NiAu、W、TiAu、TiW等金属，厚度为200-3000nm，采用热蒸发、电子束蒸发或者磁控溅射等方法制作。
本发明取得的有益效果：
本发明提供的方法，可以将现有技术中依赖于刻蚀工艺的增强型器件制作流程中所涉及的栅槽区域GaN材料刻蚀工艺省去，改为在两次离子注入工艺，首先在栅源和栅漏处的离子注入，使得在P型帽层中形成高阻扩散区域，第二步在源漏处的离子注入形成源漏欧姆接触区，提高了器件制作工艺的一致性，提高了器件的可靠性。
附图说明
图1是实施例的一种GaN基HEMT器件的制作方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图作详细说明如下。
本实施例提供一种GaN基HEMT器件的制作方法，具体步骤如下：
(1)准备一衬底；
(2)在衬底上生长AlN缓冲层；
(3)在AlN缓冲层上生长GaN沟道层；
(4)在GaN沟道层上生长AlGaN势垒层；
(5)在AlGaN势垒层上生长P型帽层；
(6)在P型帽层上沉积SiN钝化层，并制作假栅电极电极；
(7)在P型帽层和AlGaN层上，利用光刻胶和假栅电极为掩膜，采用离子注入工艺，在栅源和栅漏之间的区域制作弱P型高阻扩散层区域；
(8)再利用光刻胶为掩膜，采用离子注入工艺进行二次离子注入，形成源漏欧姆接触区域；
(9)通过掩膜刻孔的方法刻蚀掉SiN和P型帽层，在AlGaN层上形成的源漏电极；
(10)去除假栅电极，在假栅电极下面的P型帽层上制作栅金属电极。
在步骤(1)中，所述衬底可以是SiC、GaN或者蓝宝石材料。
在步骤(2)-(5)中，各层采用MOCVD方法在衬底上依次生长，其中，AlN缓冲层厚度为10-100nm，GaN沟道层厚度为150-2000nm。
在上述步骤(4)中，AlGaN势垒层为三元相化合物，厚度为10-100nm。
在上述步骤(5)中，P型帽层是P型GaN层，厚度为70-150nm，掺杂杂质为C或Mg，或者两者共掺杂，掺杂浓度为1×1018-5×1019cm-3。
在上述步骤(6)中，SiN钝化层采用PECVD方法沉积，温度为150-350℃，其厚度为30-50nm。
在上述步骤(7)中，离子注入的离子为Si离子，能量为20-100KeV，剂量为2×1015-1×1016cm-2，退火激活的温度为1000-1300℃，时间为90-120s。
在上述步骤(8)中，离子注入的离子为Si离子，能量为20-100KeV，剂量为2×1015-1×1016cm-2，退火激活的温度为1000-1300℃，时间为90-120s。
在步骤(9)中，所述栅金属电极可为NiAu、W、TiAu、TiW等金属，厚度为200-3000nm，可采用热蒸发、电子束蒸发或者磁控溅射等方法制作。
由上述实施例可知，本发明提供的方法可以将现有发明中依赖于刻蚀工艺的增强型器件制作流程中所涉及的栅槽区域GaN材料刻蚀工艺省去，改为两次离子注入工艺，在栅漏、栅源间的离子注入，与在源漏处的离子注入，提高了器件制作工艺的一致性，提高了器件的可靠性。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，本发明的保护范围应以权利要求书所述为准。
Claims (10)
1.一种GaN基HEMT器件的制作方法，步骤包括：
在一衬底上生长AlN缓冲层；
在AlN缓冲层上生长GaN沟道层；
在GaN沟道层上生长AlGaN势垒层；
在AlGaN势垒层上生长P型帽层；
在P型帽层上沉积SiN钝化层，并制作假栅电极；
在P型帽层和AlGaN势垒层上，利用光刻胶和假栅电极为掩膜，采用离子注入工艺在栅源和栅漏之间的区域制作弱P型高阻扩散层区域；
再利用光刻胶为掩膜，采用离子注入工艺进行二次离子注入，形成源漏欧姆接触区域；
通过掩膜刻孔的方法刻蚀掉SiN钝化层和P型帽层，在AlGaN势垒层上形成源漏电极；
去除假栅电极，在假栅电极下面的P型帽层上制作栅金属电极。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底选择的材料包括SiC、GaN、蓝宝石。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用MOCVD方法生长所述AlN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、P型帽层，其中，所述AlN缓冲层厚度为10-100nm，所述GaN沟道层厚度为150-2000nm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述AlGaN势垒层为三元相化合物，厚度为10-100nm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述P型帽层为P型GaN层或者InGaN层，厚度为70-150nm。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述P型帽层掺杂杂质为C或/和Mg，掺杂浓度为1×1018-5×1019cm-3。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述SiN钝化层采用PECVD方法沉积，温度为150-350℃，厚度为30-50nm。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，两次采用所述离子注入工艺所注入的离子为Si离子，能量为20-100KeV，剂量为2×1015-1×1016cm-2，退火激活的温度为1000-1300℃，时间为90-120s。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述栅金属电极选用的材料包括NiAu、W、TiAu、TiW，厚度为200-3000nm。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，制作所述栅金属电极的方法包括热蒸发方法、电子束蒸发方法、磁控溅射方法。
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