CN109712888A - GaNHEMT器件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种GaN HEMT器件及其制造方法。本发明通过注入的方式，改变AlGaN势垒层表层的Al组分含量，达到形成欧姆接触电极的同时，不影响异质结中载流子浓度的目的，改善了器件的欧姆接触性能。

Description

GaNHEMT器件及其制造方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种GaN HEMT器件及其制造方法。

背景技术

HEMT(High Electron Mobility Transistor)器件即为高电子迁移率晶体管，其是一种异质结场效应晶体管，又称为调制掺杂场效应晶体管、二维电子气场效应晶体管、选择掺杂异质结晶体管等。

GaN HEMT器件的基本结构就是一种调制掺杂异质结。高迁移率的二维电子气(2-DEG)存在于调制掺杂的异质结中，这种2-DEG不仅迁移率很高，而且在极低温度下也不“冻结”，则HEMT有很好的低温性能，可用于低温研究工作(如分数量子Hall效应)中。

GaN HEMT器件中，Al_xGa_1-xN层的主要作用是与GaN形成的异质结提供二维电子气(2DEG)，Al_xGa_1-xN层中Al组分提高可以提高沟道层中2DEG的载流子浓度，但Al组分越高越难以与金属形成欧姆接触。因此，面临如何形成有效的欧姆接触的技术问题，有必要提出进一步地解决方案。

发明内容

本发明旨在提供一种GaN HEMT器件及其制造方法，以克服现有技术中存在的不足。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种GaN HEMT器件的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括如下步骤：

S1、提供GaN HEMT器件的衬底，通过MOCVD法在所述衬底上生长GaN缓冲层；

S2、在所述GaN缓冲层上，通过MOCVD法生长AlGaN势垒层；

S3、在所述AlGaN势垒层上，通过MOCVD法生长帽层；

S4、采用等离子体注入法向所述AlGaN势垒层中注入Ga离子，注入深度为所述AlGaN势垒层厚度的1/2-1/3；

S5、通过RTA退火工艺修复注入导致的晶格损伤；

S6、在所述AlGaN势垒层上通过光刻的方式制作源漏电极区域的窗口，在制作的窗口处沉积金属电极，经过剥离和退火后形成器件的源漏电极；

S7、在所述帽层上，于所述源漏电极之间的区域沉积钝化介质层；

S8、在所述钝化介质层上通过光刻的方式制作栅极电极区域的窗口，在制作的窗口处沉积金属电极，经过剥离后形成器件的栅电极。

作为本发明的GaN HEMT器件的制造方法的改进，所述衬底选自Si、SiC、蓝宝石中的一种。

作为本发明的GaN HEMT器件的制造方法的改进，通过MOCVD法在所述衬底上生长厚度为1-2μm的GaN缓冲层。

作为本发明的GaN HEMT器件的制造方法的改进，在所述GaN缓冲层上，通过MOCVD法生长厚度为10-40nm，Al组分为20-50wt％的AlGaN势垒层。

作为本发明的GaN HEMT器件的制造方法的改进，注入的Ga离子的浓度为5×10¹¹cm^-3-5×10¹⁴cm^-3，注入深度为5-15nm。

作为本发明的GaN HEMT器件的制造方法的改进，在所述AlGaN势垒层上，通过MOCVD法生长厚度为1-2nm的帽层。

作为本发明的GaN HEMT器件的制造方法的改进，所述钝化介质层为SiN层，其厚度为10-100nm。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种GaN HEMT器件，其包括：

衬底；

位于所述衬底上的GaN缓冲层；

位于所述GaN缓冲层上的AlGaN势垒层，所述AlGaN势垒层中注入有Ga离子，注入深度为所述AlGaN势垒层厚度的1/2-1/3；

位于所述AlGaN势垒层上的帽层；

位于所述帽层上源极、栅极、漏极；

以及位于所述源极、栅极、漏极之间的钝化介质层。

作为本发明的GaN HEMT器件的改进，所述AlGaN势垒层的厚度为10-40nm，Al组分为20-50wt％。

作为本发明的GaN HEMT器件的改进，注入的Ga离子的浓度为5×10¹¹cm^-3-5×10¹⁴cm^-3，注入深度为5-15nm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过注入的方式，改变AlGaN势垒层表层的Al组分含量，达到形成欧姆接触电极的同时，不影响异质结中载流子浓度的目的，改善了器件的欧姆接触性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的GaN HEMT器件一具体实施方式的平面示意图。

具体实施方式

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。

本发明根据欧姆接触的形成原理，半导体材料功函数与金属功函数越接近，越容易形成欧姆接触。而因Al_xGa_1-xN的功函数随着Al/Ga组分的不同，可以在3.4eV-6.2eV范围内连续可调，可匹配各种常见金属功函数，实现欧姆接触。

基于上述技术构思，本发明提供一种GaN HEMT器件的制造方法，包括如下步骤：

S1、提供GaN HEMT器件的衬底，通过MOCVD法在所述衬底上生长GaN缓冲层；

S2、在所述GaN缓冲层上，通过MOCVD法生长AlGaN势垒层；

S3、在所述AlGaN势垒层上，通过MOCVD法生长帽层；

S4、采用等离子体注入法向所述AlGaN势垒层中注入Ga离子，注入深度为所述AlGaN势垒层厚度的1/2-1/3；

S5、通过RTA退火工艺修复注入导致的晶格损伤；

S6、在所述AlGaN势垒层上通过光刻的方式制作源漏电极区域的窗口，在制作的窗口处沉积金属电极，经过剥离和退火后形成器件的源漏电极；

S7、在所述帽层上，于所述源漏电极之间的区域沉积钝化介质层；

S8、在所述钝化介质层上通过光刻的方式制作栅极电极区域的窗口，在制作的窗口处沉积金属电极，经过剥离后形成器件的栅电极。

下面结合具体的实施例，对本发明的GaN HEMT器件的制造方法进行举例说明。

实施例1

提供Si衬底，通过MOCVD法在所述衬底上生长厚度为1μm的GaN缓冲层。在所述GaN缓冲层上，通过MOCVD法生长厚度为10nm，Al组分为20wt％的AlGaN势垒层。在所述AlGaN势垒层上，通过MOCVD法生长厚度为1nm的帽层。采用等离子体注入法向所述AlGaN势垒层中注入Ga离子，注入的Ga离子的浓度为5×10¹¹cm^-3，注入深度为5nm。通过RTA退火工艺修复注入导致的晶格损伤。在所述AlGaN势垒层上通过光刻的方式制作源漏电极区域的窗口，在制作的窗口处沉积金属电极，经过剥离和退火后形成器件的源漏电极。在所述帽层上，于所述源漏电极之间的区域沉积SiN层，其厚度为10nm。在所述钝化介质层上通过光刻的方式制作栅极电极区域的窗口，在制作的窗口处沉积金属电极，经过剥离后形成器件的栅电极。

实施例2

提供SiC衬底，通过MOCVD法在所述衬底上生长厚度为2μm的GaN缓冲层。在所述GaN缓冲层上，通过MOCVD法生长厚度为40nm，Al组分为50wt％的AlGaN势垒层。在所述AlGaN势垒层上，通过MOCVD法生长厚度为2nm的帽层。采用等离子体注入法向所述AlGaN势垒层中注入Ga离子，注入的Ga离子的浓度为5×10¹⁴cm^-3，注入深度为15nm。通过RTA退火工艺修复注入导致的晶格损伤。在所述AlGaN势垒层上通过光刻的方式制作源漏电极区域的窗口，在制作的窗口处沉积金属电极，经过剥离和退火后形成器件的源漏电极。在所述帽层上，于所述源漏电极之间的区域沉积SiN层，其厚度为100nm。在所述钝化介质层上通过光刻的方式制作栅极电极区域的窗口，在制作的窗口处沉积金属电极，经过剥离后形成器件的栅电极。

基于相同的发明构思，本发明还提供一种GaN HEMT器件。

如图1所示，本发明的GaN HEMT器件包括：衬底1、位于所述衬底1上的GaN缓冲层2、位于所述GaN缓冲层2上的AlGaN势垒层3、位于所述AlGaN势垒层3上的帽层4、位于所述帽层4上源极5、栅极6、漏极7以及位于所述源极5、栅极6、漏极7之间的钝化介质层8。

其中，所述AlGaN势垒层3中注入有Ga离子，注入深度为所述AlGaN势垒层3厚度的1/2-1/3。所述AlGaN势垒层3的厚度为10-40nm，Al组分为20-50wt％。相应的，控制注入的Ga离子的浓度为5×10¹¹cm^-3-5×10¹⁴cm^-3，注入深度为5-15nm。

综上所述，本发明通过注入的方式，改变AlGaN势垒层表层的Al组分含量，达到形成欧姆接触电极的同时，不影响异质结中载流子浓度的目的，改善了器件的欧姆接触性能。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种GaN HEMT器件的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括如下步骤：

S1、提供GaN HEMT器件的衬底，通过MOCVD法在所述衬底上生长GaN缓冲层；

S2、在所述GaN缓冲层上，通过MOCVD法生长AlGaN势垒层；

S3、在所述AlGaN势垒层上，通过MOCVD法生长帽层；

S4、采用等离子体注入法向所述AlGaN势垒层中注入Ga离子，注入深度为所述AlGaN势垒层厚度的1/2-1/3；

S5、通过RTA退火工艺修复注入导致的晶格损伤；

S6、在所述AlGaN势垒层上通过光刻的方式制作源漏电极区域的窗口，在制作的窗口处沉积金属电极，经过剥离和退火后形成器件的源漏电极；

S7、在所述帽层上，于所述源漏电极之间的区域沉积钝化介质层；

S8、在所述钝化介质层上通过光刻的方式制作栅极电极区域的窗口，在制作的窗口处沉积金属电极，经过剥离后形成器件的栅电极。

2.根据权利要求1所述的GaN HEMT器件的制造方法，其特征在于，所述衬底选自Si、SiC、蓝宝石中的一种。

3.根据权利要求1所述的GaN HEMT器件的制造方法，其特征在于，通过MOCVD法在所述衬底上生长厚度为1-2μm的GaN缓冲层。

4.根据权利要求1所述的GaN HEMT器件的制造方法，其特征在于，在所述GaN缓冲层上，通过MOCVD法生长厚度为10-40nm，Al组分为20-50wt％的AlGaN势垒层。

5.根据权利要求4所述的GaN HEMT器件的制造方法，其特征在于，注入的Ga离子的浓度为5×10¹¹cm^-3-5×10¹⁴cm^-3，注入深度为5-15nm。

6.根据权利要求1所述的GaN HEMT器件的制造方法，其特征在于，在所述AlGaN势垒层上，通过MOCVD法生长厚度为1-2nm的帽层。

7.根据权利要求1所述的GaN HEMT器件的制造方法，其特征在于，所述钝化介质层为SiN层，其厚度为10-100nm。

8.一种GaN HEMT器件，其特征在于，所述GaN HEMT器件包括：

衬底；

位于所述衬底上的GaN缓冲层；

位于所述GaN缓冲层上的AlGaN势垒层，所述AlGaN势垒层中注入有Ga离子，注入深度为所述AlGaN势垒层厚度的1/2-1/3；

位于所述AlGaN势垒层上的帽层；

位于所述帽层上源极、栅极、漏极；

以及位于所述源极、栅极、漏极之间的钝化介质层。

9.根据权利要求8所述的GaN HEMT器件，其特征在于，所述AlGaN势垒层的厚度为10-40nm，Al组分为20-50wt％。

10.根据权利要求9所述的GaN HEMT器件，其特征在于，注入的Ga离子的浓度为5×10¹¹cm^-3-5×10¹⁴cm^-3，注入深度为5-15nm。