氮化鎵半導體器件及其製備方法與流程

2023-05-02 22:48:36 2

本發明涉及半導體工藝領域，尤其涉及一種氮化鎵半導體器件及其製備方法。

背景技術：

氮化鎵具有大禁帶寬度、高電子飽和速率、高擊穿電場、較高熱導率、耐腐蝕以及抗輻射性能等優點，從而可以採用氮化鎵製作半導體材料，而得到氮化鎵半導體器件。

現有技術中，氮化鎵半導體器件的製備方法為：在氮化鎵外延層的表面上形成氮化矽層，在氮化矽層上刻蝕出源極接觸孔和漏極接觸孔，源極接觸孔和漏極接觸孔內沉積金屬，從而形成源極和漏極；再刻蝕氮化矽層以及氮化鎵外延層中的氮化鋁鎵層，形成一個凹槽，在凹槽中沉積金屬層，從而形成柵極；然後沉積二氧化矽層以及場板金屬層，從而形成氮化鎵半導體器件。

然而現有技術中，由於電場密度較大，從而會造成氮化鎵半導體器件的漏電以及擊穿的問題，進而會損壞氮化鎵半導體器件，降低氮化鎵半導體器件的可靠性。人們希望減少電場強度、進一步改善氮化鎵半導體器件的耐壓性能。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發明提供一種氮化鎵半導體器件，包括：氮化鎵外延層；以及，

設置於所述氮化鎵外延層上的介質層，所述介質層材質為氧化鉿；

設置於所述介質層上的源極、漏極和柵極，所述源極、漏極和柵極分別貫穿所述介質層與所述氮化鎵外延層連接；其中，在所述柵極接觸孔中的柵極呈倒置的梯形；

設置於所述源極、漏極和柵極以及所述介質層上的絕緣層，所述絕緣層的材質為二氧化矽；

還包括設置於所述絕緣層上的場板金屬層，所述場板金屬層貫穿所述絕緣層與所述源極連接；

還包括設置在所述介質層上的若干個浮空場板，所述浮空場板貫穿所述介質層與所述氮化鎵外延層連接。

本發明還提供這種氮化鎵半導體器件的製備方法，包括：

提供一氮化鎵外延層，其中，所述氮化鎵外延層包括由下而上依次設置的矽襯底層、氮化鎵層和氮化鋁鎵層；

在所述氮化鎵外延層表面沉積氧化鉿，形成介質層；

漏極接觸孔的獲得：刻蝕所述介質層以形成漏極接觸孔，所述漏極接觸孔貫穿所述介質層到達所述氮化鋁鎵層；在所述源極接觸孔內、以及所述介質層的表面上，沉積第一金屬，以獲得漏極；

源極接觸孔、浮空場板孔的獲得：刻蝕所述介質層以形成源極接觸孔、浮空場板孔，所述源極接觸孔、浮空場板孔貫穿所述介質層到達所述氮化鋁鎵層；在所述源極接觸孔、浮空場板孔內、以及所述介質層的表面上，沉積第一金屬，以獲得源極、浮空場板；

對所述第一金屬進行光刻和刻蝕，形成歐姆接觸電極窗口；此時獲得第一組件；

對所述第一組件進行高溫退火處理，以使得容置在所述源極接觸孔和所述漏極接觸孔內的所述第一金屬形成合金並與所述氮化鋁鎵層進行反應；

柵極接觸孔的獲得：通過所述歐姆接觸電極窗口，對所述介質層和所述氮化鋁鎵層進行幹法刻蝕，形成柵極接觸孔，其中，所述柵極接觸孔的底部與所述氮化鋁鎵層的底部之間具有預設距離；

在所述柵極接觸孔和所述柵極接觸孔的外邊緣沉積第二金屬件，以獲得柵極，此時獲得第二組件；

在所述第二組件的表面沉積一層絕緣層；

在所述絕緣層上進行幹法刻蝕，以形成開孔，所述開孔與所述源極接觸孔對應；

在所述開孔以及所述絕緣層上沉積場板金屬層，所述場板金屬層的投影至少

覆蓋所述開孔、以及從所述源極接觸孔至所述柵極接觸孔之間的區域。

有益效果：

本發明通過在氮化鎵外延層的表面的介質層應用了多種新穎材料，還通過沉積第一金屬在進行高溫退火處理，以通過相互接觸的刻蝕後的第一金屬與氮化鋁鎵層進行反應之後形成合金，以降低刻蝕後的第一金屬與氮化鋁鎵層的接觸電阻；

本實施例結合浮空場板，擴展了功率器件的耗盡區，減小了主肖特基結的電場強度，從而改善器件耐壓。從而有效的保護了氮化鎵半導體器件，增強了氮化鎵半導體器件的可靠性。

附圖說明

圖1a為本發明又一實施例的氮化鎵半導體器件的結構示意圖。

圖1b為本發明又一實施例的氮化鎵半導體器件的製備流程示意圖。

圖2a為本發明又一實施例的氮化鎵半導體器件的結構示意圖。

圖2b為本發明又一實施例的氮化鎵半導體器件的柵極結構示意圖。

圖2c為本發明又一實施例的氮化鎵半導體器件的柵極結構示意圖。

圖2d為本發明又一實施例的氮化鎵半導體器件的柵極結構示意圖。

圖2e為本發明又一實施例的氮化鎵半導體器件的製備流程示意圖。

圖3a為本發明另一實施例的氮化鎵半導體器件的結構示意圖。

圖3b為本發明另一實施例的氮化鎵半導體器件的柵極結構示意圖。

圖3c為本發明另一實施例的氮化鎵半導體器件的製備流程示意圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

請參考圖1a所示，本發明實施例提供一種氮化鎵半導體器件，其從下至上包括：氮化鎵外延層510、介質層520、源極520和漏極532、柵極533、絕緣層540、場板金屬層550。

其中，氮化鎵外延層510由矽(si)襯底512、氮化鎵(gan)層513和氮化鋁鎵(algan)層514構成，其中，矽襯底512、氮化鎵層513和氮化鋁鎵層514由下而上依次設置。

介質層520設置於所述氮化鎵外延層510上；本實施例的所述介質層520材質可例如為氧化鉿(hfo2)。該氧化鉿屬於一種高介電常數(high-k)介質。

源極520、漏極532和柵極533設置於所述介質層520上。具體地，源極520、漏極532和柵極533外形像「釘子」般一部分插入至所述介質層520中，所述源極520、漏極532和柵極33分別貫穿所述介質層520與所述氮化鎵外延層510連接；而一部分突出於所述介質層520頂部。所述源極520和/或漏極532由第一金屬組成。第一金屬的組分結構如上述實施例所示。採用第一金屬材質形成的源極520、漏極532，能夠在器件高溫退火過程中與所述氮化鎵外延層510中的氮化鎵鋁層514發生反應，生成合金，從而使得源極520、漏極532與氮化鋁鎵層的接觸面的接觸良好，可以有效的降低源極520、漏極532與氮化鋁鎵層的接觸電阻；避免出現氮化鎵半導體器件的漏電以及軟擊穿的問題。

優選地，所述柵極533往下延伸入所述氮化鋁鎵層514中，所述柵極533底端到所述氮化鋁鎵層514底部的距離h優選為整個所述氮化鋁鎵層514的一半。柵極533由第二金屬組成，所述第二金屬為鎳、金合金。

優選地，包括設置在所述介質層520上的若干個浮空場板529，所述浮空場板529貫穿所述介質層520與所述氮化鎵外延層510連接，且所述浮空場板529獨立設置於所述源極、漏極之間並呈現環狀。

每個浮空場板529的高度可優選為0.25～6微米。

絕緣層540設置於漏極532、柵極533和一部分源極520上方，以及裸露出來的全部介質層520上，所述絕緣層540的材質為二氧化矽。其中，絕緣層540在整個器件的表面進行均勻沉積，各處沉澱的厚度相同。由於源極520、漏極532、柵極533的存在，從而在源極520與柵極533之間的絕緣層540、在柵極533與漏極532之間的絕緣層540是向下凹陷的，可利用磨平工藝使之平整。

還可例如包括有場板金屬層550，其設置於所述絕緣層540上。所述場板金屬層550貫穿所述絕緣層540與所述源極520連接。優選地，所述場板金屬層550的材質為鋁矽銅金屬層。

本發明還提供上述氮化鎵半導體器件的製備方法。如圖1b所示，具體步驟包括：

步驟501：在矽襯底512上依次沉積氮化鎵層513和氮化鋁鎵層514，形成氮化鎵外延層510。氮化鎵是第三代寬禁帶半導體材料，具有大禁帶寬度、高電子飽和速率、高擊穿電場、較高熱導率、耐腐蝕和抗輻射性能等特性、並且在高壓、高頻、高溫、大功率和抗輻照環境條件下具有較強的優勢，從而是研究短波光電子器件和高壓高頻率大功率器件的最佳材料；其中，大禁帶寬度為3.4電子伏特，高電子飽和速率為2e7釐米每秒，高擊穿電場為1e10～-3e10伏特每釐米。

然後可以採用等離子體增強化學氣相電積方法，在氮化鎵外延層510的表面上沉積一層氧化鉿(hfo2)，形成介質層520。其中，氧化鉿的厚度例如可為2000埃。

步驟502，對所述介質層520進行幹法刻蝕，形成相對設置的源極接觸孔521和漏極接觸孔522、以及多個浮空場板接觸孔525；再在所述極接觸孔521和漏極接觸孔522、以及多個浮空場板接觸孔525內沉積第一金屬形成相應的電極。

首先，先在介質層520上開設漏極接觸孔522；然後可以採用磁控濺射鍍膜工藝，在漏極接觸孔內以及介質層的表面上，依次沉積第一鈦金屬層、鋁金屬層、第二鈦金屬層和氮化鈦層，以形成第一金屬；其中，第一鈦金屬層的厚度可例如為200埃，鋁金屬層的厚度可例如為1200埃，第二鈦金屬層的厚度可例如為200埃，氮化鈦層的厚度可例如為200埃。形成漏極。

步驟5031，再在源極接觸孔521以及多個浮空場板接觸孔525介質層520的表面上沉積第一金屬。

類似地，可以採用磁控濺射鍍膜工藝，在源極接觸孔以及多個浮空場板接觸孔525、部分介質層的表面上，依次沉積第一鈦金屬層、鋁金屬層、第二鈦金屬層和氮化鈦層，以形成第一金屬；其中，第一鈦金屬層的厚度可例如為200埃，鋁金屬層的厚度可例如為1200埃，第二鈦金屬層的厚度可例如為200埃，氮化鈦層的厚度可例如為200埃。由此，獲得源極531和浮空場板535。

其中，每個浮空場板535的長度可例如為0.25～6微米。

為了使得所述源極接觸孔521、漏極接觸孔522、多個浮空場板接觸孔525清潔少雜質，還包括除雜步驟。具體的，在對介質層520進行幹法刻蝕之後，可以先採用「dhf(稀的氫氟酸)+化學清洗劑sc-1+化學清洗劑sc-2」的方法，例如，可以先採用稀釋後的氫氟酸溶液處理器件，然後採用過氧化氫與氫氧化氨的鹼性混合溶液處理器件，再採用過氧化氫與氯化氫的酸性混合溶液處理器件，進而可以去除整個器件的表面上的雜質物。

對第一金屬進行光刻和刻蝕，形成歐姆接觸電極窗口519。

對第一金屬進行光刻和刻蝕，其中光刻的程序包括了塗膠、曝光和顯影，從而可以形成一個歐姆接觸電極窗口519；透過歐姆接觸電極窗口519，可以看到介質層520的部分表面。如此，源極接觸孔521上的第一金屬構成了器件的源極131，漏極接觸孔522上的第一金屬構成了器件的漏極532。此時，為了能清楚表達本發明過程，命名此時獲得的器件為第一組件。

步驟504、對整個第一組件進行高溫退火處理，以通過相互接觸的刻蝕後的第一金屬與氮化鋁鎵層514進行反應之後形成合金。

在本實施例中，具體的，在反應爐中通入氮氣氣體，在840～850℃的環境下對整個第一組件進行30秒的高溫退火處理，從而刻蝕後的第一金屬會成為合金，並且相互接觸的刻蝕後的第一金屬與氮化鋁鎵層514進行反應之後也可以在其接觸面上也形成合金，從而可以降低第一金屬與氮化鋁鎵層514之間的接觸電阻。即，降低源極531、漏極532與氮化鋁鎵層514之間的接觸電阻。

步驟505、通過歐姆接觸電極窗口519，對介質層520和氮化鋁鎵層514進行幹法刻蝕，形成柵極接觸孔523，其中，柵極接觸孔523的底部與氮化鋁鎵層514的底部具有預設距離。

在本實施例中，採用幹法刻蝕的方法，通過歐姆接觸電極窗口519，對介質層520以及部分的氮化鋁鎵層514，進行幹法刻蝕，進而在第一器件上形成一個柵極接觸孔523。其中，柵極接觸孔523完全的穿透了介質層520，並穿過部分的氮化鋁鎵層514，使得柵極接觸孔523的底部與氮化鋁鎵層514的底部的距離h優選為氮化鋁鎵層514的一半。

在本實施例中，形成一個柵極接觸孔523之後，柵極接觸孔523內會存在雜質、顆粒以及離子等雜質物，從而可以採用鹽酸溶液清洗柵極接觸孔520，將柵極接觸孔520內的雜質物去除掉。

本實施例通過在對介質層520進行幹法刻蝕之後，採用dhf+sc1+sc2的方法去除器件上的雜質物；並形成柵極接觸孔523之後，採用鹽酸溶液將柵極接觸孔523內的雜質物去除掉。從而可以有效的保證了介質層的表面以及柵極接觸孔523內的清潔，進而保證了氮化鎵半導體器件的性能。

步驟506、在本實施例中，具體的，採用磁控濺射鍍膜工藝，在柵極接觸孔523和柵極接觸孔523的外邊緣沉積ni/au作為第二金屬，金屬厚度為0.01～0.04μm/0.08～0.4μm；從而構成了柵極533。此時，為了更清楚表達本發明內容，命名此時獲得的器件為第二組件。

步驟507、在整個第二組件的表面沉積一層絕緣層540。

在本實施例中，具體的，在整個第二組件的表面沉積一層二氧化矽(sio2)，厚度可例如為5000埃，形成二氧化矽層作為一層絕緣層540。其中，二氧化矽在整個器件的表面進行均勻沉積，各處厚度相同，由於源極531、漏極532和柵極133的存在，從而在源極531與柵極533之間的絕緣層540、在柵極533與漏極132之間的絕緣層540是向下凹陷的，可利用磨平工藝使之平整。

步驟508，對源極接觸孔531上方的絕緣層540進行幹法刻蝕之後，形成開孔541。所述柵極533具有凸出於所述柵極接觸孔523外的凸出部533a，所述開孔541的寬度小於所述凸出部533a的寬度。

步驟509，在開孔541內、以及從源極接觸孔531延伸至柵極接觸孔523上方的絕緣層540上沉積場板金屬550，形成場板金屬層550。

在本實施例中，具體的，可以採用磁控濺射鍍膜工藝，在開孔541內、以及從源極接觸孔521的外邊緣的第一金屬直至柵極接觸孔523的外邊緣的第一金屬上方的介質層520上沉積場板金屬，厚度可例如為10000埃，從而形成場板金屬層550。場板金屬層550的厚度是均勻的，場板金屬層550在開孔541的位置處、以及源極接觸孔521與柵極接觸孔523之間的位置處的是向下凹陷的。該狀況可以在後續磨平工藝中處理平整。

本實施例結合浮空的金屬環，通過這個浮空的金屬環，擴展了功率器件的耗盡區，減小了主肖特基結的電場強度，從而改善器件耐壓。本實施例獲得的氮化鎵半導體器件可應用於電力電子元件、濾波器、無線電通信元件等技術領域中，具有良好的應用前景。

如圖2a所示，本發明實施例提供一種氮化鎵半導體器件，其從下至上包括：氮化鎵外延層710、介質層720、源極731和漏極732、柵極733、浮空板729、絕緣層740、場板金屬層750。

其中，氮化鎵外延層710由矽(si)襯底712、氮化鎵(gan)層713和氮化鋁鎵(algan)層714構成，其中，矽襯底712、氮化鎵層713和氮化鋁鎵層714由下而上依次設置。

介質層720設置於所述氮化鎵外延層710上；本實施例的所述介質層720材質可例如為氧化鉿(hfo2)。該氧化鉿屬於一種高介電常數(high-k)介質。

源極731、漏極732和柵極733設置於所述介質層720上。具體地，源極731、漏極732和柵極733外形像「釘子」般一部分插入至所述介質層720中，所述源極731、漏極732和柵極733分別貫穿所述介質層720與所述氮化鎵外延層710連接；而一部分突出於所述介質層720頂部。所述源極731和/或漏極732由第一金屬組成與上述實施例所示。採用第一金屬材質形成的源極731、漏極732，能夠在器件高溫退火過程中與所述氮化鎵外延層710中的氮化鎵鋁層714發生反應，生成合金，從而使得源極731、漏極732與氮化鋁鎵層的接觸面的接觸良好，可以有效的降低源極731、漏極732與氮化鋁鎵層的接觸電阻；避免出現氮化鎵半導體器件的漏電以及軟擊穿的問題。

優選地，所述柵極733往下延伸入所述氮化鋁鎵層714中，所述柵極733底端到所述氮化鋁鎵層714底部的距離h優選為整個所述氮化鋁鎵層714的一半。柵極733由第二金屬組成，所述第二金屬為ni、au合金。

優選地，所述柵極733具有特別的構型。結合圖2、圖2c和圖2d所示，本實施例的柵極733還可以有多種變形。按照氮化鎵半導體器件從下至上的觀察順序看，柵極733的橫向寬度逐漸增加，呈現一「倒置梯形」。進一步地，柵極733的「倒置梯形」的部分可以是從柵極接觸孔723中便呈現從下至上均勻變寬的形狀(如圖2b所示)，在高出介質層720處具有凸出部733a則突然增加寬度使得完全覆蓋柵極接觸孔723；或可以是在氮化鋁鎵層714中的柵極733部分仍保持矩形構造，在氮化鋁鎵層714以上至柵極接觸孔714頂部的部分則從下至上均勻變寬(如圖2c所示)；還可以是構成可以從柵極接觸孔723中便呈現從下至上均勻變寬的形狀(如圖2d所示)，在高出介質層720凸出部733a則寬度保持不變，只增加厚度。

進一步地，包括設置在所述介質層720上的若干個浮空場板729，所述浮空場板729貫穿所述介質層720與所述氮化鎵外延層710連接，且所述浮空場板729獨立設置於所述源極731、漏極732之間並呈現環狀。

每個浮空場板729的高度可優選為0.25～6微米。

絕緣層740設置於漏極732、柵極733和一部分源極731上方，以及裸露出來的全部介質層720上，所述絕緣層740的材質為二氧化矽。其中，絕緣層740在整個器件的表面進行均勻沉積，各處沉澱的厚度相同。由於源極731、漏極732、柵極733的存在，從而在源極731與柵極733之間的絕緣層740、在柵極733與漏極732之間的絕緣層740是向下凹陷的，可利用磨平工藝使之平整。

還可例如包括有場板金屬層750，其設置於所述絕緣層740上。所述場板金屬層750貫穿所述絕緣層740與所述源極731連接。優選地，所述場板金屬層750的材質為鋁矽銅金屬層。

上述氮化鎵半導體器件中的柵極733的截面有別於現有柵極的「t型」結構，而是呈現上寬下窄的倒置「梯形」構造，抑制柵極邊緣的高電場，有效地保證了氮化鎵高壓器件穩定的阻斷特性，使器件在經過反覆高壓後，依舊能保持良好的可靠性。

本發明還提供上述氮化鎵半導體器件的製備方法。如圖2e所示，具體步驟包括：

步驟701：在矽襯底712上依次沉積氮化鎵層713和氮化鋁鎵層714，形成氮化鎵外延層710。氮化鎵是第三代寬禁帶半導體材料，具有大禁帶寬度、高電子飽和速率、高擊穿電場、較高熱導率、耐腐蝕和抗輻射性能等特性、並且在高壓、高頻、高溫、大功率和抗輻照環境條件下具有較強的優勢，從而是研究短波光電子器件和高壓高頻率大功率器件的最佳材料；其中，大禁帶寬度為3.4電子伏特，高電子飽和速率為2e7釐米每秒，高擊穿電場為1e10～-3e10伏特每釐米。

然後可以採用等離子體增強化學氣相電積方法，在氮化鎵外延層710的表面上沉積一層氧化鉿(hfo2)，形成介質層720。其中，氧化鉿的厚度例如可為2000埃。

步驟702，對所述介質層720進行幹法刻蝕，形成相對設置的源極接觸孔721和漏極接觸孔722、以及多個浮空場板接觸孔725；再在所述極接觸孔721和漏極接觸孔722、以及多個浮空場板接觸孔725內沉積第一金屬形成相應的電極。

首先，先在介質層720上開設漏極接觸孔722；然後可以採用磁控濺射鍍膜工藝，在漏極接觸孔內以及介質層的表面上，依次沉積第一鈦金屬層、鋁金屬層、第二鈦金屬層和氮化鈦層，以形成第一金屬；其中，第一鈦金屬層的厚度可例如為200埃，鋁金屬層的厚度可例如為1200埃，第二鈦金屬層的厚度可例如為200埃，氮化鈦層的厚度可例如為200埃。形成漏極。

步驟7031，再在源極接觸孔721以及多個浮空場板接觸孔725介質層720的表面上沉積第一金屬。

類似地，可以採用磁控濺射鍍膜工藝，在源極接觸孔以及多個浮空場板接觸孔725、部分介質層的表面上，依次沉積第一鈦金屬層、鋁金屬層、第二鈦金屬層和氮化鈦層，以形成第一金屬；其中，第一鈦金屬層的厚度可例如為200埃，鋁金屬層的厚度可例如為1200埃，第二鈦金屬層的厚度可例如為200埃，氮化鈦層的厚度可例如為200埃。由此，獲得源極731和浮空場板735。

其中，每個浮空場板735的長度可例如為0.25～6微米。

為了使得所述源極接觸孔721、漏極接觸孔722、多個浮空場板接觸孔725清潔少雜質，還包括除雜步驟。具體的，在對介質層720進行幹法刻蝕之後，可以先採用「dhf(稀的氫氟酸)+化學清洗劑sc-1+化學清洗劑sc-2」的方法，例如，可以先採用稀釋後的氫氟酸溶液處理器件，然後採用過氧化氫與氫氧化氨的鹼性混合溶液處理器件，再採用過氧化氫與氯化氫的酸性混合溶液處理器件，進而可以去除整個器件的表面上的雜質物。

對第一金屬進行光刻和刻蝕，形成歐姆接觸電極窗口719。

對第一金屬進行光刻和刻蝕，其中光刻的程序包括了塗膠、曝光和顯影，從而可以形成一個歐姆接觸電極窗口719；透過歐姆接觸電極窗口719，可以看到介質層720的部分表面。如此，源極接觸孔721上的第一金屬構成了器件的源極731，漏極接觸孔722上的第一金屬構成了器件的漏極732。此時，為了能清楚表達本發明過程，命名此時獲得的器件為第一組件。

步驟704，對整個第一組件進行高溫退火處理，以通過相互接觸的刻蝕後的第一金屬與氮化鋁鎵層714進行反應之後形成合金。

在本實施例中，具體的，在反應爐中通入氮氣氣體，在840～850℃的環境下對整個第一組件進行30秒的高溫退火處理，從而刻蝕後的第一金屬會成為合金，並且相互接觸的刻蝕後的第一金屬與氮化鋁鎵層714進行反應之後也可以在其接觸面上也形成合金，從而可以降低第一金屬與氮化鋁鎵層714之間的接觸電阻。即，降低源極731、漏極732與氮化鋁鎵層14之間的接觸電阻。

步驟705，通過歐姆接觸電極窗口719，對介質層720和氮化鋁鎵層714進行幹法刻蝕，形成柵極接觸孔723，其中，柵極接觸孔723的底部與氮化鋁鎵層714的底部具有預設距離。

在本實施例中，採用幹法刻蝕的方法，通過歐姆接觸電極窗口719，對介質層720以及部分的氮化鋁鎵層714，進行幹法刻蝕，進而在第一器件上形成一個柵極接觸孔723。其中，柵極接觸孔723完全的穿透了介質層720，並穿過部分的氮化鋁鎵層714，使得柵極接觸孔723的底部與氮化鋁鎵層714的底部的距離h優選為氮化鋁鎵層714的一半。進一步地，刻蝕時使得柵極接觸孔723呈現一上寬下窄的、倒置的梯形。在本實施例中，形成一個柵極接觸孔723之後，柵極接觸孔723內會存在雜質、顆粒以及離子等雜質物，從而可以採用鹽酸溶液清洗柵極接觸孔720，將柵極接觸孔720內的雜質物去除掉。

本實施例通過在對介質層720進行幹法刻蝕之後，採用dhf+sc1+sc2的方法去除器件上的雜質物；並形成柵極接觸孔723之後，採用鹽酸溶液將柵極接觸孔723內的雜質物去除掉。從而可以有效的保證了介質層的表面以及柵極接觸孔723內的清潔，進而保證了氮化鎵半導體器件的性能。

步驟706、在本實施例中，具體的，採用磁控濺射鍍膜工藝，在柵極接觸孔723和柵極接觸孔723的外邊緣沉積ni/au作為第二金屬，金屬厚度為0.01～0.04μm/0.08～0.4μm；從而構成了柵極733。此時，為了更清楚表達本發明內容，命名此時獲得的器件為第二組件。

步驟707，在整個第二組件的表面沉積一層絕緣層740。

在本實施例中，具體的，在整個第二組件的表面沉積一層二氧化矽(sio2)，厚度可例如為5000埃，形成二氧化矽層作為一層絕緣層740。其中，二氧化矽在整個器件的表面進行均勻沉積，各處厚度相同，由於源極731、漏極732和柵極733的存在，從而在源極731與柵極733之間的絕緣層740、在柵極733與漏極732之間的絕緣層740是向下凹陷的，可利用磨平工藝使之平整。

步驟708，對源極接觸孔731上方的絕緣層740進行幹法刻蝕之後，形成開孔741。所述柵極33具有凸出於所述柵極接觸孔723外的凸出部733a，所述開孔741的寬度小於所述凸出部733a的寬度。

步驟709，在開孔741內、以及從源極接觸孔731延伸至柵極接觸孔723上方的絕緣層740上沉積場板金屬750，形成場板金屬層750。

在本實施例中，具體的，可以採用磁控濺射鍍膜工藝，在開孔741內、以及從源極接觸孔721的外邊緣的第一金屬直至柵極接觸孔723的外邊緣的第一金屬上方的介質層720上沉積場板金屬，厚度可例如為10000埃，從而形成場板金屬層750。場板金屬層750的厚度是均勻的，場板金屬層750在開孔741的位置處、以及源極接觸孔721與柵極接觸孔723之間的位置處的是向下凹陷的，通過在後續步驟的磨平工藝可使之平整。

本實施例通過在氮化鎵外延基底的表面上沉積介質層代替現有的氧化矽層作為介質層；再利用高溫退火處理工藝，使源極、漏極與氮化鎵外延層中的氮化鋁鎵層進行反應之後形成合金，從而使得源極、漏極與氮化鋁鎵層的接觸面的接觸良好，可以有效的降低源極、漏極與氮化鋁鎵層的接觸電阻；避免出現氮化鎵半導體器件的漏電以及軟擊穿的問題。進一步地，結合浮空的金屬環，通過這個浮空的金屬環，擴展了功率器件的耗盡區，減小了主肖特基結的電場強度，從而改善器件耐壓。本實施例獲得的氮化鎵半導體器件可應用於電力電子元件、濾波器、無線電通信元件等技術領域中，具有良好的應用前景。

如圖3a所示，本發明實施例提供一種氮化鎵半導體器件，其從下至上包括：氮化鎵外延層810、介質層820、源極831和漏極832、柵極833、絕緣層840。

其中，氮化鎵外延層810由矽(si)襯底812、氮化鎵(gan)層813和氮化鋁鎵(algan)層814構成，其中，矽襯底812、氮化鎵層813和氮化鋁鎵層814由下而上依次設置。

介質層820設置於所述氮化鎵外延層810上；本實施例的所述介質層820材質可例如為氧化鉿(hfo2)。該氧化鉿屬於一種高介電常數(high-k)介質。

源極831、漏極832和柵極833設置於所述介質層820上。具體地，源極831、漏極832和柵極833外形像「釘子」般一部分插入至所述介質層820中，所述源極831、漏極832和柵極833分別貫穿所述介質層820與所述氮化鎵外延層810連接；而一部分突出於所述介質層820頂部。所述源極831和/或漏極832由第一金屬組成與上述實施例所示。採用第一金屬材質形成的源極831、漏極832，能夠在器件高溫退火過程中與所述氮化鎵外延層810中的氮化鎵鋁層814發生反應，生成合金，從而使得源極831、漏極832與氮化鋁鎵層的接觸面的接觸良好，可以有效的降低源極831、漏極832與氮化鋁鎵層的接觸電阻；避免出現氮化鎵半導體器件的漏電以及軟擊穿的問題。

優選地，結合圖3b所示，本實施例的柵極833包括並列相連的兩個部分：較短的為增強型第一柵部833a、較長的為耗盡型第二柵部833b。所述第一柵部833a與所述氮化鋁鎵層814表面連接，所述第二柵部833b伸入所述氮化鋁鎵層814中。這種長短兩個部分構成的柵極區別於現有的柵極，而呈現「異型」。

進一步地，所述第一柵部833a的寬度d1優選不小於第二柵部833b的寬度d2。當然，在其他實施例中，第一柵部833a和第二柵部833b的左右位置也可以互換。

所述柵極833b可以往下延伸入所述氮化鋁鎵層314中，所述柵極833b底端到所述氮化鋁鎵層814底部的距離h優選為整個所述氮化鋁鎵層814的一半。整個柵極833由第二金屬組成，所述第二金屬為ni、au合金。

進一步地，包括設置在所述介質層820上的若干個浮空場板829，所述浮空場板829貫穿所述介質層820與所述氮化鎵外延層810連接，且所述浮空場板829獨立設置於所述源極831、漏極832之間並呈現環狀。

每個浮空場板829的高度可優選為0.25～6微米。

絕緣層840設置於漏極832、柵極833和一部分源極831上方，以及裸露出來的全部介質層820上，所述絕緣層840的材質為二氧化矽。其中，絕緣層840在整個器件的表面進行均勻沉積，各處沉澱的厚度相同。由於源極831、漏極832、柵極833的存在，從而在源極831與柵極833之間的絕緣層840、在柵極833與漏極832之間的絕緣層840是向下凹陷的，可利用磨平工藝使之平整。

還可例如包括有場板金屬層850，其設置於所述絕緣層840上。所述場板金屬層850貫穿所述絕緣層840與所述源極831連接。優選地，所述場板金屬層850的材質為鋁矽銅金屬層。

本實施例的氮化鎵半導體器件採用混合柵結構，包括短的屬於增強型的第一柵部和長的屬於耗盡型的第二柵部。在關態條件下，第一柵部關斷，而第二柵部可以在漏極電壓下鎖住溝道電勢，提供高的阻斷能力；開態時，增強型溝道和耗盡型溝道提供低的溝道電阻，保證高的導通電流和低的導通電阻。

本發明還提供上述氮化鎵半導體器件的製備方法。如圖3c所示，具體步驟包括：

步驟801：在矽襯底812上依次沉積氮化鎵層813和氮化鋁鎵層814，形成氮化鎵外延層810。氮化鎵是第三代寬禁帶半導體材料，具有大禁帶寬度、高電子飽和速率、高擊穿電場、較高熱導率、耐腐蝕和抗輻射性能等特性、並且在高壓、高頻、高溫、大功率和抗輻照環境條件下具有較強的優勢，從而是研究短波光電子器件和高壓高頻率大功率器件的最佳材料；其中，大禁帶寬度為3.4電子伏特，高電子飽和速率為2e7釐米每秒，高擊穿電場為1e10～-3e10伏特每釐米。

然後可以採用等離子體增強化學氣相電積方法，在氮化鎵外延層810的表面上沉積一層氧化鉿(hfo2)，形成介質層820。其中，氧化鉿的厚度例如可為2000埃。

步驟802，對所述介質層820進行幹法刻蝕，形成相對設置的源極接觸孔821和漏極接觸孔822、以及多個浮空場板接觸孔825；再在所述極接觸孔821和漏極接觸孔822、以及多個浮空場板接觸孔825內沉積第一金屬形成相應的電極。

首先，先在介質層820上開設漏極接觸孔822；然後可以採用磁控濺射鍍膜工藝，在漏極接觸孔內以及介質層的表面上，依次沉積第一鈦金屬層、鋁金屬層、第二鈦金屬層和氮化鈦層，以形成第一金屬；其中，第一鈦金屬層的厚度可例如為200埃，鋁金屬層的厚度可例如為1200埃，第二鈦金屬層的厚度可例如為200埃，氮化鈦層的厚度可例如為200埃。形成漏極。

步驟8031，再在源極接觸孔821以及多個浮空場板接觸孔825介質層820的表面上沉積第一金屬。

類似地，可以採用磁控濺射鍍膜工藝，在源極接觸孔以及多個浮空場板接觸孔825、部分介質層的表面上，依次沉積第一鈦金屬層、鋁金屬層、第二鈦金屬層和氮化鈦層，以形成第一金屬；其中，第一鈦金屬層的厚度可例如為200埃，鋁金屬層的厚度可例如為1200埃，第二鈦金屬層的厚度可例如為200埃，氮化鈦層的厚度可例如為200埃。由此，獲得源極831和浮空場板835。

其中，每個浮空場板835的長度可例如為0.25～6微米。

為了使得所述源極接觸孔821、漏極接觸孔822、多個浮空場板接觸孔825清潔少雜質，還包括除雜步驟。具體的，在對介質層820進行幹法刻蝕之後，可以先採用「dhf(稀的氫氟酸)+化學清洗劑sc-1+化學清洗劑sc-2」的方法，例如，可以先採用稀釋後的氫氟酸溶液處理器件，然後採用過氧化氫與氫氧化氨的鹼性混合溶液處理器件，再採用過氧化氫與氯化氫的酸性混合溶液處理器件，進而可以去除整個器件的表面上的雜質物。

對第一金屬進行光刻和刻蝕，形成歐姆接觸電極窗口819。

對第一金屬進行光刻和刻蝕，其中光刻的程序包括了塗膠、曝光和顯影，從而可以形成一個歐姆接觸電極窗口819；透過歐姆接觸電極窗口819，可以看到介質層820的部分表面。如此，源極接觸孔821上的第一金屬構成了器件的源極831，漏極接觸孔822上的第一金屬構成了器件的漏極832。此時，為了能清楚表達本發明過程，命名此時獲得的器件為第一組件。

步驟804，對整個第一組件進行高溫退火處理，以通過相互接觸的刻蝕後的第一金屬與氮化鋁鎵層814進行反應之後形成合金。

在本實施例中，具體的，在反應爐中通入氮氣氣體，在840～850℃的環境下對整個第一組件進行30秒的高溫退火處理，從而刻蝕後的第一金屬會成為合金，並且相互接觸的刻蝕後的第一金屬與氮化鋁鎵層814進行反應之後也可以在其接觸面上也形成合金，從而可以降低第一金屬與氮化鋁鎵層814之間的接觸電阻。即，降低源極831、漏極832與氮化鋁鎵層14之間的接觸電阻。

步驟805，通過歐姆接觸電極窗口819，對介質層820和氮化鋁鎵層814進行幹法刻蝕，形成柵極接觸孔823，其中，柵極接觸孔823的底部與氮化鋁鎵層814的底部具有預設距離。

在本實施例中，採用幹法刻蝕的方法，通過歐姆接觸電極窗口819，對介質層820以及部分的氮化鋁鎵層814，進行幹法刻蝕，進而在第一器件上形成一個柵極接觸孔823。其中，柵極接觸孔823完全的穿透了介質層820，並穿過部分的氮化鋁鎵層814，使得柵極接觸孔823的底部與氮化鋁鎵層814的底部的距離h優選為氮化鋁鎵層814的一半。進一步地，刻蝕時使得柵極接觸孔823呈現一上寬下窄的、倒置的梯形。在本實施例中，形成一個柵極接觸孔823之後，柵極接觸孔823內會存在雜質、顆粒以及離子等雜質物，從而可以採用鹽酸溶液清洗柵極接觸孔820，將柵極接觸孔820內的雜質物去除掉。

本實施例通過在對介質層820進行幹法刻蝕之後，採用dhf+sc1+sc2的方法去除器件上的雜質物；並形成柵極接觸孔823之後，採用鹽酸溶液將柵極接觸孔823內的雜質物去除掉。從而可以有效的保證了介質層的表面以及柵極接觸孔823內的清潔，進而保證了氮化鎵半導體器件的性能。

步驟806、在本實施例中，具體的，採用磁控濺射鍍膜工藝，在柵極接觸孔823和柵極接觸孔823的外邊緣沉積ni/au作為第二金屬，金屬厚度為0.01～0.04μm/0.08～0.4μm；從而構成了柵極833。此時，為了更清楚表達本發明內容，命名此時獲得的器件為第二組件。

步驟808，在整個第二組件的表面沉積一層絕緣層840。

在本實施例中，具體的，在整個第二組件的表面沉積一層二氧化矽(sio2)，厚度可例如為5000埃，形成二氧化矽層作為一層絕緣層840。其中，二氧化矽在整個器件的表面進行均勻沉積，各處厚度相同，由於源極831、漏極832和柵極833的存在，從而在源極831與柵極833之間的絕緣層840、在柵極833與漏極832之間的絕緣層840是向下凹陷的，可利用磨平工藝使之平整。

步驟808，對源極接觸孔831上方的絕緣層840進行幹法刻蝕之後，形成開孔841。所述柵極833具有凸出於所述柵極接觸孔823外的凸出部833a，所述開孔841的寬度小於所述凸出部833a的寬度。

步驟809，在開孔841內、以及從源極接觸孔831延伸至柵極接觸孔823上方的絕緣層840上沉積場板金屬850，形成場板金屬層850。

在本實施例中，具體的，可以採用磁控濺射鍍膜工藝，在開孔841內、以及從源極接觸孔821的外邊緣的第一金屬直至柵極接觸孔823的外邊緣的第一金屬上方的介質層820上沉積場板金屬，厚度可例如為10000埃，從而形成場板金屬層850。場板金屬層850的厚度是均勻的，場板金屬層850在開孔841的位置處、以及源極接觸孔821與柵極接觸孔823之間的位置處的是向下凹陷的，通過在後續步驟的磨平工藝可使之平整。

本實施例的氮化鎵半導體器件採用混合柵結構，包括短的屬於增強型的第一柵部和長的屬於耗盡型的第二柵部。在關態條件下，第一柵部關斷，而第二柵部可以在漏極電壓下鎖住溝道電勢，提供高的阻斷能力；開態時，增強型溝道和耗盡型溝道提供低的溝道電阻，保證高的導通電流和低的導通電阻。結合浮空的金屬環，通過這個浮空的金屬環，擴展了功率器件的耗盡區，減小了主肖特基結的電場強度，從而改善器件耐壓。本實施例獲得的氮化鎵半導體器件可應用於電力電子元件、濾波器、無線電通信元件等技術領域中，具有良好的應用前景。

最後應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。