CN109873034B - 沉积多晶AlN的常关型HEMT功率器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种沉积多晶AlN的常关型HEMT器件及其制备方法。所述HEMT功率器件主体采用外延硅衬底上的AlGaN/GaN异质结外延结构，包括由外延缓冲层，GaN沟道层，AlyGa1‑yN势垒层，并在外延硅衬底上依次生长形成，在AlyGa1‑yN势垒层上制作电极，所述电极包括栅电极、源电极和漏电极，栅电极制作于AlyGa1‑yN势垒层上，位于源电极和漏电极之间；在源电极和栅电极之间、栅电极和漏电极之间的AlyGa1‑yN势垒层上电极之外的区域形成一层多晶AlN层；所述HEMT功率器件为常关型。对于高性能、高可靠性氮化镓基器件的更广泛应用具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及高电子迁移率晶体管（HEMT），特别涉及沉积多晶AlN的常关型HEMT功率器件及其制备方法。
背景技术
电力电子器件广泛应用于家用电器、工业设备、汽车电源等众多领域。目前，电力电子器件中普遍采用硅基的功率器件，如MOSFET和IGBT。但是硅电子电力器件经过长期的发展，性能以及趋于其材料的理论极限，新一代电力电子器件的面临着高压、高频和小体积等巨大的挑战。第三代半导体材料GaN具有禁带宽度大、饱和电子迁移速度高、化学性质稳定等优点。因此，基于GaN材料的电力电子器件具有导通电阻小、开关速度快、耐压高、耐高温性能好等优点。GaN高电子迁移率晶体管是一种基于GaN材料的电力电子器件，通过外延形成AlGaN/GaN异质结，经过极化电场的调制作用，在异质界面处，即使在未人为掺杂的情况下，也能形成面密度达1013cm-2的二维电子气，由于材料没有掺杂，在二维平面内电子在GaN中的迁移率超过2000cm2/Vs。这使得GaN HEMT具有低导通电阻和高工作频率的特点。能够满足新一代电力电子器件对更大功率、更高频率、更小体积和高温工作条件的要求，可应用于AC/DC，DC/DC变换器，DC/AC电动机驱动器和光伏发电等。由于Si衬底具有价格低廉、工艺成熟、直径大等优点，目前Si衬底上制备HEMT器件成为研究热点。
但是， HEMT器件因极化作用产生的二维电子气也造成了该器件的一个天然的弊端，就是在制备欧姆接触电极之后，电极之间已经可以通过二维电子气导通，在不加载栅电极电压的情况下，固定的漏电压会产生高的漏极电流。这样，在器件没有输入信号的情况下，器件处于导通状态，这是器件处于非安全状态，不利于传统的电路连接和控制，同时也带来不必要的输出能量损失。所以，研究者们希望使HEMT器件达到像硅基器件一样的常关效果，在没有输入信号的情况下器件处于关断状态。有研究者采用ICP刻蚀的方法降低栅下势垒层厚度，从而降低沟道二维电子气浓度，实现薄势垒层常关型器件，但是由于沟道层很薄，这种方法很难控制刻蚀深度，容易损伤沟道，导致器件导通电阻降低，漏电流增大；还有报道称采用F离子注入的方法能够降低极化效果，消除栅电极下方二维电子气，但是这种方法的稳定性尚待研究；目前工业最常用的是栅下pn结的方法，即在AlyGa1-yN势垒层上方生长P-GaN层，以P-GaN的高能带结构对异质结进行极化调制，将栅下二维电子气耗尽，但是这种方法如果整面生长p-GaN，必须刻蚀栅源之间和栅漏之间的p-GaN，存在和薄势垒层方法一样的问题，刻蚀工艺难以把控，容易导致势垒层损伤；如果是栅下选区生长，将增大工艺难度和成本，况且MOCVD的选区生长模式的质量调控和腔体环境控制依然是业界的一大难题。所以，开发一种简单、高效、稳定的制备常关型HEMT器件的方法，实现HEMT功率器件在没有输入信号使的关断状态，仍然是电力电子器件领域需要克服的挑战。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种沉积多晶AlN的常关型HEMT功率器件，实现GaN功率器件的常关型。
为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案。
本发明提供了一种沉积多晶AlN的常关型HEMT功率器件，所述HEMT功率器件主体采用外延硅衬底上的AlGaN/GaN异质结外延结构，所述AlGaN/GaN异质结外延结构包括由AlN和C掺杂高阻GaN层组成的外延缓冲层、非人为掺杂的GaN沟道层和AlyGa1-yN势垒层，所述外延缓冲层、GaN沟道层和AlyGa1-yN势垒层在外延硅衬底上依次生长形成，在AlyGa1-yN势垒层上制作电极，所述电极包括栅电极、源电极和漏电极，源电极和漏电极分别制作于AlyGa1-yN势垒层上表面的两侧，栅电极制作于AlyGa1-yN势垒层上，位于源电极和漏电极之间；在源电极和栅电极之间、栅电极和漏电极之间的AlyGa1-yN势垒层上电极之外的区域形成一层多晶AlN层；所述HEMT功率器件为常关型。
本发明还提供一种如上所述的沉积多晶AlN的常关型HEMT功率器件的制备方法，其制备步骤包括：
（1）采用MOCVD在外延硅衬底上依次生长外延缓冲层、GaN沟道层和AlyGa1-yN势垒层，得外延片；
（2） 采用光刻和ICP刻蚀技术在所述外延片中AlyGa1-yN势垒层的表面制备对准标记；
（3）在所述步骤（2）中制备了对准标记的外延片中AlyGa1-yN势垒层的表面采用PECVD生长二氧化硅钝化膜层；
（4）对所述步骤（3）中生长了二氧化硅钝化膜层的外延片进行光刻，利用步骤（2）制备的对准标记，在栅电极对应区域形成光刻胶保护层；
（5）将所述步骤（4）中制备了栅电极对应区域光刻胶保护层的外延片在BOE溶液中浸泡5~10min，去除栅电极以外的二氧化硅钝化膜层，形成栅电极上方的二氧化硅掩模；
（6）在所述步骤（5）中制备了二氧化硅掩模的外延片表面，采用PVD生长多晶AlN薄膜；
（7）将所述步骤（6）中沉积了多晶AlN薄膜的外延片在BOE溶液中浸泡5~10min，去除栅电极区域的二氧化硅掩模层及其上方的多晶AlN薄膜，形成外延片表面的图形化多晶AlN层；
（8）对所述步骤（7）中形成了图形化多晶AlN层的外延片表面进行光刻，利用步骤（2）制备的对准标记，暴露出对应的源电极、漏电极区域，采用ICP刻蚀技术，去除源电极、漏电极区域的多晶AlN层，然后采用电子束蒸发在源电极、漏电极区域沉积Ti/Al/Ni/Au金属电极，在830~850℃下快速退火30~60s，制备源电极和漏电极，形成欧姆接触电极；
（9）对所述步骤（8）中制备了欧姆接触电极的外延片进行光刻，光刻胶盖住整个HEMT器件区域，然后采用ICP刻蚀的方法对HEMT器件区域进行台面隔离，隔离刻蚀深度为100~200nm；
（10）在所述步骤（9）中台面隔离后的外延片表面相应区域光刻出HEMT器件的栅电极区域，并采用电子束蒸发镀膜的方法沉积Ni/Au金属电极，制备栅电极，形成肖特基电极。
优选地，所述步骤（1）中外延缓冲层包括AlN 100~200nm C掺杂高阻GaN层1~2μm；GaN沟道层的厚度为100~300nm；AlyGa1-yN势垒层的厚度为5~7nm，y=0.2～0.3。
优选地，所述步骤（2）中标记点的刻蚀深度>500nm。
优选地，所述步骤（3）中二氧化硅钝化膜层的生长温度为230~250℃，厚度为0.5~1μm。
优选地，所述步骤（6）中采用6N级Al靶材和流量为50~70sccm的7N级氮气在7~10kW的射频功率下反应沉积AlN，衬底表面温度为300~400℃，多晶AlN层的沉积厚度为100~200nm，沉积时间为2~4min。
优选地，所述步骤（8）中制备源电极和漏电极的步骤为先采用ICP刻蚀去除多晶AlN层，然后沉积Ti/Al/Ni/Au金属。
优选地，所述步骤（8）中Ti/Al/Ni/Au金属电极中Ti金属层的厚度为10~20nm，Al金属层的厚度为60~150nm，Ni金属层的厚度为30~60nm，Au金属层的厚度为50~100nm。
优选地，所述步骤（10）中所述Ni/Au金属电极中Ni金属层的厚度为30~100nm，Au金属层的厚度为50~100nm。
本发明的一种沉积多晶AlN的常关型HEMT功率器件，首先采用MOCVD生长薄势垒层AlGaN/GaN异质结结构，5~7nm的势垒层不足以产生可供导电的二维电子气，然后采用PVD在栅源、栅漏之间选区生长多晶AlN，多晶氮化铝可以增强异质结的极化作用，提高异质结界面的二维电子气浓度，从而实现常关型HEMT器件。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
本发明制备的沉积多晶AlN的常关型HEMT功率器件不需要经过MOCVD或者MBE的二次外延，降低了工艺难度和工艺成本，不需要进行沟道刻蚀，在不损伤导电沟道的情况下实现了HEMT器件的常关型，提高了器件的稳定性。
附图说明
图1为本发明的实施例的外延结构示意图；
图2为本发明的实施例的外延片中Al0.25Ga0.75N势垒层表面生长了二氧化硅钝化膜层的结构示意图；
图3为本发明的实施例的外延层去除了栅电极以外区域二氧化硅钝化膜层的结构示意图；
图4为本发明的实施例的采用PVD生长了多晶AlN薄膜的结构示意图；
图5为本发明的实施例的具有图形化多晶AlN层的结构示意图；
图6为本发明的实施例的制备了源电极和漏电极的器件结构示意图；
图7本发明的实施例的制备了源电极、栅电极和漏电极的HEMT功率器件结构示意图；
图8为实施例1制备的沉积多晶AlN的常关型HEMT功率器件转移曲线图；
图9为实施例2制备的沉积多晶AlN的常关型HEMT功率器件转移曲线图；
图10为实施例3制备的沉积多晶AlN的常关型HEMT功率器件转移曲线图。
图中：1-Al0.25Ga0.75N势垒层；2-GaN沟道层；3-外延缓冲层；4-外延硅衬底；5-二氧化硅钝化膜层；6-多晶AlN层；7-源电极；8-漏电极；9-栅电极。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例提供了一种沉积多晶AlN的常关型HEMT功率器件，所述HEMT功率器件主体采用外延硅衬底4上的AlGaN/GaN异质结外延结构，所述AlGaN/GaN异质结外延结构包括由AlN和C掺杂高阻GaN层组成的外延缓冲层3、150nm的非人为掺杂GaN沟道层2和6nm的Al0.25Ga0.75N势垒层1，其中AlN厚度为150nm，C掺杂高阻GaN层的厚度为1.5μm，所述外延缓冲层3、GaN沟道层2和Al0.25Ga0.75N势垒层1在外延硅衬底4上依次生长形成，在Al0.25Ga0.75N势垒层1上制作电极，所述电极包括栅电极9、源电极7和漏电极8，源电极7和漏电极8分别制作于Al0.25Ga0.75N势垒层1上表面的两侧，栅电极9制作于Al0.25Ga0.75N势垒层1上，位于源电极7和漏电极8之间；在源电极7和栅电极9之间、栅电极9和漏电极8之间的Al0.25Ga0.75N势垒层1上电极之外的区域形成一层100nm的多晶AlN层6；所述HEMT功率器件为常关型。
在Al0.25Ga0.75N势垒层1上源电极7和漏电极8相应区域沉积Ti/Al/Ni/Au金属电极，制备源电极7和漏电极8，所述源电极7和漏电极8在Al0.25Ga0.75N势垒层1上形成欧姆接触。所述Ti/Al/Ni/Au金属电极中Ti金属层的厚度为15 nm，Al金属层的厚度为100 nm，Ni金属层的厚度为45 nm，Au金属层的厚度为60 nm。
在Al0.25Ga0.75N势垒层1上栅电极区域沉积Ni/Au金属电极，制备栅电极9，所述栅电极9在Al0.25Ga0.75N势垒层1上形成肖特基接触。Ni/Au金属电极Ni金属层的厚度为60 nm，Au金属层的厚度为100 nm。
本实施例还提供了所述HEMT功率器件的制备方法，包括如下制备步骤：
（1）采用MOCVD在外延硅衬底4上依次生长外延缓冲层3、GaN沟道层2和Al0.25Ga0.75N势垒层1，结构如图1所示，包括： AlN和C掺杂高阻GaN层组成的外延缓冲层3，非人为掺杂GaN沟道层2， Al0.25Ga0.75N势垒层1，得外延片；
（2）采用光刻和ICP刻蚀技术在外延片中Al0.25Ga0.75N势垒层1表面制备对准标记，为了使标记点在衬底转移后还能清晰可见，标记点的刻蚀深度600nm；
（3）在制备了对准标记的外延片表面，采用PECVD生长二氧化硅钝化膜层5，如图2所示，生长温度为240℃，膜厚为800nm；
（4）对生长了二氧化硅钝化膜层5的外延片进行光刻，利用步骤（2）制备的对准标记，在栅电极对应区域形成光刻胶保护层；
（5）将制备了栅电极区域光刻胶保护层的外延片在BOE溶液中浸泡7min（其中BOE溶液是以市售购得），去除栅电极以外的二氧化硅钝化膜层5，形成栅电极区域的二氧化硅掩模，如图3所示；
（6）在制备了栅电极区域二氧化硅掩模的外延片表面，采用PVD生长多晶AlN薄膜，如图4所示，采用高纯（99.9999%）Al靶材和流量为60sccm的高纯（99.99999%）氮气在8kW的射频功率下反应沉积AlN，衬底表面温度为350℃，多晶AlN薄膜的沉积厚度为150nm，沉积时间为3min；
（7）将沉积了多晶AlN薄膜的外延片在BOE溶液中浸泡7min（其中BOE溶液是以市售购得），去除栅电极区域的二氧化硅掩模及其上方的多晶AlN薄膜，形成外延片表面的图形化多晶AlN层6，如图5所示；
（8）对形成了图形化多晶AlN层6的外延片表面进行光刻，利用步骤（2）制备的对准标记，暴露出对应的源电极、漏电极区域，采用ICP刻蚀技术，去除源电极、漏电极区域的多晶AlN层6，然后采用电子束蒸发在源电极、漏电极区域沉积Ti/Al/Ni/Au金属电极，在840℃下快速退火30s形成欧姆接触电极，结构如图6所示；
（9）对制备了欧姆接触电极的外延片进行光刻，光刻胶盖住器件区域，然后采用ICP刻蚀的方法对器件区域进行台面隔离，隔离刻蚀深度为200 nm；
（10）在台面隔离后的外延片表面相应区域光刻出HEMT功率器件的栅电极区域，并采用电子束蒸发镀膜的方法沉积Ni/Au金属电极，形成肖特基电极，此时HEMT功率器件的栅电极下方不存在多晶AlN层，结构如图7所示；
本实施例制备的沉积多晶AlN的常关型HEMT功率器件，通过半导体分析仪三端测试获得器件转移曲线，如图8所示，转移曲线显示器件阈值电压为0.8~1V左右，饱和电流密度为574mA/mm，实现了高性能常关型HMET功率器件，如转移曲线所示。
实施例2
本实施例提供了一种沉积多晶AlN的常关型HEMT功率器件，所述HEMT功率器件主体采用外延硅衬底4上的AlGaN/GaN异质结外延结构，所述AlGaN/GaN异质结外延结构包括由AlN和C掺杂高阻GaN层组成的外延缓冲层3、150nm的非人为掺杂GaN沟道层2和6nm的Al0.25Ga0.75N势垒层1，其中AlN厚度为150nm，C掺杂高阻GaN层的厚度为1.5μm，所述外延缓冲层3、GaN沟道层2和Al0.25Ga0.75N势垒层1在外延硅衬底4上依次生长形成，在Al0.25Ga0.75N势垒层1上制作电极，所述电极包括栅电极9、源电极7和漏电极8，源电极7和漏电极8分别制作于Al0.25Ga0.75N势垒层1上表面的两侧，栅电极9制作于Al0.25Ga0.75N势垒层1上，位于源电极7和漏电极8之间；在源电极7和栅电极9之间、栅电极9和漏电极8之间的Al0.25Ga0.75N势垒层1上电极之外的区域形成一层15 nm的多晶AlN层6；所述HEMT功率器件为常关型。
在Al0.25Ga0.75N势垒层1上源电极7和漏电极8相应区域沉积Ti/Al/Ni/Au金属电极，制备源电极7和漏电极8，所述源电极7和漏电极8在Al0.25Ga0.75N势垒层1上形成欧姆接触。所述Ti/Al/Ni/Au金属电极中Ti金属层的厚度为15 nm，Al金属层的厚度为100 nm，Ni金属层的厚度为45 nm，Au金属层的厚度为60 nm。
在Al0.25Ga0.75N势垒层1上栅电极区域沉积Ni/Au金属电极，制备栅电极9，所述栅电极9在Al0.25Ga0.75N势垒层1上形成肖特基接触。Ni/Au金属电极Ni金属层的厚度为60 nm，Au金属层的厚度为100 nm。
本实施例还提供了所述HEMT功率器件的制备方法，包括如下制备步骤：
（1）采用MOCVD在外延硅衬底4上依次生长外延缓冲层3、GaN沟道层2和Al0.25Ga0.75N势垒层1，结构如图1所示，包括： AlN和C掺杂高阻GaN层组成的外延缓冲层3，非人为掺杂GaN沟道层2， Al0.25Ga0.75N势垒层1，得外延片；
（2）采用光刻和ICP刻蚀技术在外延片中Al0.25Ga0.75N势垒层1表面制备对准标记，为了使标记点在衬底转移后还能清晰可见，标记点的刻蚀深度600nm；
（3）在制备了对准标记的外延片表面，采用PECVD生长二氧化硅钝化膜层5，如图2所示，生长温度为240℃，膜厚为800nm；
（4）对生长了二氧化硅钝化膜层5的外延片进行光刻，利用步骤（2）制备的对准标记，在栅电极对应区域形成光刻胶保护层；
（5）将制备了栅电极区域光刻胶保护层的外延片在BOE溶液中浸泡7min，去除栅电极以外的二氧化硅钝化膜层5，形成栅电极区域的二氧化硅掩模，如图3所示；
（6）在制备了栅电极区域二氧化硅掩模的外延片表面，采用PVD生长多晶AlN薄膜，如图4所示，采用高纯（99.9999%）Al靶材和流量为60sccm的高纯（99.99999%）氮气在8kW的射频功率下反应沉积AlN，衬底表面温度为350℃，多晶AlN薄膜的沉积厚度为150nm，沉积时间为3min；
（7）将沉积了多晶AlN薄膜的外延片在BOE溶液中浸泡7min（其中BOE溶液是以市售购得），去除栅电极区域的二氧化硅掩模及其上方的多晶AlN薄膜，形成外延片表面的图形化多晶AlN层6，如图5所示；
（8）对形成了图形化多晶AlN层6的外延片表面进行光刻，利用步骤（2）制备的对准标记，暴露出对应的源电极、漏电极区域，采用ICP刻蚀技术，去除源电极、漏电极区域的多晶AlN层6，然后采用电子束蒸发在源电极、漏电极区域沉积Ti/Al/Ni/Au金属电极，在840℃下快速退火30s形成欧姆接触电极，结构如图6所示；
（9）对制备了欧姆接触电极的外延片进行光刻，光刻胶盖住器件区域，然后采用ICP刻蚀的方法对器件区域进行台面隔离，隔离刻蚀深度为200 nm；
（10）在台面隔离后的外延片表面相应区域光刻出HEMT功率器件的栅电极区域，并采用电子束蒸发镀膜的方法沉积Ni/Au金属电极，形成肖特基电极，此时HEMT功率器件的栅电极下方不存在多晶AlN层6，结构如图7所示；
本实施例制备的沉积多晶AlN的常关型HEMT功率器件，通过半导体分析仪三端测试获得器件转移曲线，如图9所示，转移曲线显示器件阈值电压为0.8~1V左右，饱和电流密度为600mA/mm，实现了高性能常关型HMET功率器件，如转移曲线所示。
实施例3
本实施例提供了一种沉积多晶AlN的常关型HEMT功率器件，所述HEMT功率器件主体采用外延硅衬底4上的AlGaN/GaN异质结外延结构，所述AlGaN/GaN异质结外延结构包括由AlN和C掺杂高阻GaN层组成的外延缓冲层3、150nm的非人为掺杂GaN沟道层2和6nm的Al0.25Ga0.75N势垒层1，其中AlN厚度为150nm，C掺杂高阻GaN层的厚度为1.5μm，所述外延缓冲层3、GaN沟道层2和Al0.25Ga0.75N势垒层1在外延硅衬底4上依次生长形成，在Al0.25Ga0.75N势垒层1上制作电极，所述电极包括栅电极9、源电极7和漏电极8，源电极7和漏电极8分别制作于Al0.25Ga0.75N势垒层1上表面的两侧，栅电极9制作于Al0.25Ga0.75N势垒层1上，位于源电极7和漏电极8之间；在源电极7和栅电极9之间、栅电极9和漏电极8之间的Al0.25Ga0.75N势垒层1上电极之外的区域形成一层200nm的多晶AlN层6；所述HEMT功率器件为常关型。
在Al0.25Ga0.75N势垒层1上源电极7和漏电极8相应区域沉积Ti/Al/Ni/Au金属电极，制备源电极7和漏电极8，所述源电极7和漏电极8在Al0.25Ga0.75N势垒层1上形成欧姆接触。所述Ti/Al/Ni/Au金属电极中Ti金属层的厚度为15 nm，Al金属层的厚度为100 nm，Ni金属层的厚度为45 nm，Au金属层的厚度为60 nm。
在Al0.25Ga0.75N势垒层1上栅电极区域沉积Ni/Au金属电极，制备栅电极9，所述栅电极9在Al0.25Ga0.75N势垒层1上形成肖特基接触。Ni/Au金属电极Ni金属层的厚度为60 nm，Au金属层的厚度为100 nm。
本实施例还提供了所述HEMT功率器件的制备方法，包括如下制备步骤：
（1）采用MOCVD在外延硅衬底4上依次生长外延缓冲层3、GaN沟道层2和Al0.25Ga0.75N势垒层1，结构如图1所示，包括： AlN和C掺杂高阻GaN层组成的外延缓冲层3，非人为掺杂GaN沟道层2， Al0.25Ga0.75N势垒层1，得外延片；
（2）采用光刻和ICP刻蚀技术在外延片中Al0.25Ga0.75N势垒层1表面制备对准标记，为了使标记点在衬底转移后还能清晰可见，标记点的刻蚀深度600nm；
（3）在制备了对准标记的外延片表面，采用PECVD生长二氧化硅钝化膜层5，如图2所示，生长温度为240℃，膜厚为800nm；
（4）对生长了二氧化硅钝化膜层5的外延片进行光刻，利用步骤（2）制备的对准标记，在栅电极对应区域形成光刻胶保护层；
（5）将制备了栅电极区域光刻胶保护层的外延片在BOE溶液中浸泡7min（其中BOE溶液是以市售购得），去除栅电极以外的二氧化硅钝化膜层5，形成栅电极区域的二氧化硅掩模，如图3所示；
（6）在制备了栅电极区域二氧化硅掩模的外延片表面，采用PVD生长多晶AlN薄膜，如图4所示，采用高纯（99.9999%）Al靶材和流量为60sccm的高纯（99.99999%）氮气在8kW的射频功率下反应沉积AlN，衬底表面温度为350℃，多晶AlN薄膜的沉积厚度为150nm，沉积时间为3min；
（7）将沉积了多晶AlN薄膜的外延片在BOE溶液中浸泡7min（其中BOE溶液是以市售购得），去除栅电极区域的二氧化硅掩模及其上方的多晶AlN薄膜，形成外延片表面的图形化多晶AlN层6，如图5所示；
（8）对形成了图形化多晶AlN层6的外延片表面进行光刻，利用步骤（2）制备的对准标记，暴露出对应的源电极、漏电极区域，采用ICP刻蚀技术，去除源电极、漏电极区域的多晶AlN层6，然后采用电子束蒸发在源电极、漏电极区域沉积Ti/Al/Ni/Au金属电极，在840℃下快速退火30s形成欧姆接触电极，结构如图6所示；
（9）对制备了欧姆接触电极的外延片进行光刻，光刻胶盖住器件区域，然后采用ICP刻蚀的方法对器件区域进行台面隔离，隔离刻蚀深度为200 nm；
（10）在台面隔离后的外延片表面相应区域光刻出HEMT功率器件的栅电极区域，并采用电子束蒸发镀膜的方法沉积Ni/Au金属电极，形成肖特基电极，此时HEMT功率器件的栅电极下方不存在多晶AlN层，结构如图7所示；
本实施例制备的沉积多晶AlN的常关型HEMT功率器件，通过半导体分析仪三端测试获得器件转移曲线，如图10所示，转移曲线显示器件阈值电压为0.8~1V左右，饱和电流密度为623mA/mm，实现了高性能常关型HMET功率器件，如转移曲线所示。
本发明采用外延生长薄势垒层，然后选区生长多晶AlN的方法实现高性能常关型HEMT功率器件，该方法采用低温的PVD方法进行二次生长，多晶AlN有效极化调制。增大二维电子气浓度，避免了等离子刻蚀对沟道的损伤，降低了工艺难度和成本。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种沉积多晶AlN的常关型HEMT功率器件的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
(1)采用MOCVD在外延硅衬底上依次生长外延缓冲层、GaN沟道层和AlyGa1-yN势垒层，得外延片；
(2)采用光刻和ICP刻蚀技术在所述外延片的AlyGa1-yN势垒层上表面制备对准标记；
(3)在所述步骤(2)中制备了对准标记的外延片的AlyGa1-yN势垒层上表面采用PECVD生长二氧化硅钝化膜层；
(4)对所述步骤(3)中生长了二氧化硅钝化膜层的外延片进行光刻，利用步骤(2)制备的对准标记，在栅电极对应区域形成光刻胶保护层；
(5)将所述步骤(4)中制备了栅电极对应区域光刻胶保护层的外延片在BOE溶液中浸泡5～10min，去除栅电极以外的二氧化硅钝化膜层，形成栅电极上方的二氧化硅掩模；
(6)在所述步骤(5)中制备了二氧化硅掩模的外延片表面，采用PVD生长多晶AlN薄膜；
(7)将所述步骤(6)中沉积了多晶AlN薄膜的外延片在BOE溶液中浸泡5～10min，去除栅电极区域的二氧化硅掩模层及其上方的多晶AlN薄膜，形成外延片表面的图形化多晶AlN层；
(8)对所述步骤(7)中形成了图形化多晶AlN层的外延片表面进行光刻，利用步骤(2)制备的对准标记，暴露出对应的源电极、漏电极区域，采用ICP刻蚀技术，去除源电极、漏电极区域的多晶AlN层，然后采用电子束蒸发在源电极、漏电极区域沉积Ti/Al/Ni/Au金属电极，在830～850℃下快速退火30～60s，制备源电极和漏电极，形成欧姆接触电极；
(9)对所述步骤(8)中制备了欧姆接触电极的外延片进行光刻，光刻胶盖住整个HEMT器件区域，然后采用ICP刻蚀的方法对HEMT器件区域进行台面隔离，隔离刻蚀深度为100～200nm；
(10)在所述步骤(9)中台面隔离后的外延片表面相应区域光刻出HEMT器件的栅电极区域，并采用电子束蒸发镀膜的方法沉积Ni/Au金属电极，制备栅电极，形成肖特基电极；
所述HEMT功率器件主体采用外延硅衬底上的AlGaN/GaN异质结外延结构，所述AlGaN/GaN异质结外延结构包括由AlN和C掺杂高阻GaN层组成的外延缓冲层、非人为掺杂的GaN沟道层和AlyGa1-yN势垒层，y＝0.2～0.3；所述外延缓冲层、GaN沟道层和AlyGa1-yN势垒层在外延硅衬底上依次生长形成，在AlyGa1-yN势垒层上制作电极，所述电极包括栅电极、源电极和漏电极，源电极和漏电极分别制作于AlyGa1-yN势垒层上表面的两侧，栅电极制作于AlyGa1-yN势垒层上，位于源电极和漏电极之间；在源电极和栅电极之间、栅电极和漏电极之间的AlyGa1-yN势垒层上电极之外的区域形成一层多晶AlN层；所述HEMT功率器件为常关型。
2.根据权利要求1所述的沉积多晶AlN的常关型HEMT功率器件的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中外延缓冲层包括100～200nm的AlN和1～2μm的C掺杂高阻GaN层；GaN沟道层的厚度为100～300nm；AlyGa1-yN势垒层的厚度为5～7nm。
3.根据权利要求1所述的沉积多晶AlN的常关型HEMT功率器件的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中标记点的刻蚀深度>500nm。
4.根据权利要求1所述的沉积多晶AlN的常关型HEMT功率器件的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中二氧化硅钝化膜层的生长温度为230～250℃，厚度为0.5～1μm。
5.根据权利要求1所述的沉积多晶AlN的常关型HEMT功率器件的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中采用6N级Al靶材和流量为50～70sccm的7N级氮气在7～10kW的射频功率下反应沉积AlN薄膜，衬底表面温度为300～400℃，多晶AlN薄膜的沉积厚度为100～200nm，沉积时间为2～4min。
6.根据权利要求1所述的沉积多晶AlN的常关型HEMT功率器件的制备方法，其特征在于，所述步骤(8)中制备源电极和漏电极的步骤为先采用ICP刻蚀去除多晶AlN层，然后沉积Ti/Al/Ni/Au金属。
7.根据权利要求1所述的沉积多晶AlN的常关型HEMT功率器件的制备方法，其特征在于，所述步骤(8)中Ti/Al/Ni/Au金属电极中Ti金属层的厚度为10～20nm，Al金属层的厚度为60～150nm，Ni金属层的厚度为30～60nm，Au金属层的厚度为50～100nm。
8.根据权利要求1所述的沉积多晶AlN的常关型HEMT功率器件的制备方法，其特征在于，所述步骤(10)中所述Ni/Au金属电极中Ni金属层的厚度为30～100nm，Au金属层的厚度为50～100nm。
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