一種基於聚合物的增強型AlGaN/GaNMISHEMT器件結構及其製作方法與流程

2023-04-30 20:12:46 2

一種基於聚合物的增強型AlGaN/GaNMISHEMT器件結構及其製作方法技術領域本發明涉及微電子技術領域，尤其是涉及一種基於聚合物的增強型AlGaN/GaNMISHEMT器件結及其製作方法。

背景技術：
近年來以SiC和GaN為代表的第三帶寬禁帶隙半導體以其禁帶寬度大、擊穿電場高、熱導率高、飽和電子速度大和異質結界面二維電子氣濃度高等特性，使其受到廣泛關注。在理論上，利用這些材料製作的高電子遷移率電晶體HEMT、發光二極體LED、雷射二極體LD等器件比現有器件具有明顯的優越特性，因此近些年來國內外研究者對其進行了廣泛而深入的研究，並取得了令人矚目的研究成果。AlGaN/GaN異質結高電子遷移率電晶體HEMT在高溫器件及大功率微波器件方面已顯示出了得天獨厚的優勢，追求器件高頻率、高壓、高功率吸引了眾多的研究。近年來，製作更高頻率高壓AlGaN/GaNHEMT成為關注的又一研究熱點。由於AlGaN/GaN異質結生長完成後，異質結界面就存在大量二維電子氣2DEG，並且其遷移率很高，因此我們能夠獲得較高的器件頻率特性。在提高AlGaN/GaN異質結電子遷移率電晶體擊穿電壓方面，人們進行了大量的研究，發現AlGaN/GaNHEMT器件的擊穿主要發生在柵靠漏端，因此要提高器件的擊穿電壓，必須使柵漏區域的電場重新分布，尤其是降低柵靠漏端的電場，為此，人們提出了採用場板結構的方法：採用場板結構。參見YujiAndo,AkioWakejima,YasuhiroOkamoto等的NovelAlGaN/GaNdual-field-plateFETwithhighgain,increasedlinearityandstability,IEDM2005,pp.576-579,2005。在AlGaN/GaNHEMT器件中採用場板結構，將器件的擊穿電壓有一個大幅度的提高，並且降低了柵漏電容，提高了器件的線性度和穩定性。

技術實現要素：
本發明為了克服上述的不足，提供了一種基於聚合物的增強型AlGaN/GaNMISHEMT器件結構及其製作方法，同時採用場板結構和偶極子層對柵靠近漏端的電場進行調製。本發明的技術方案如下：一種基於聚合物的增強型AlGaN/GaNMISHEMT器件結構，從下往上依次包括襯底、GaN緩衝層、AlN隔離層、GaN溝道層、AlGaN本徵層和AlGaN摻雜層，所述AlGaN摻雜層上設有源極、LiF、鈍化層1、ITO柵電極1、有機絕緣層PTFE、鈍化層2和漏極，所述有機絕緣層PTFE上設有ITO柵電極2，所述ITO柵電極1靠近源極一側設有鈍化層1，所述漏極與有機絕緣層PTFE間設有鈍化層2，所述源極與鈍化層之間澱積有LiF薄膜層，所述源極與LiF薄膜層上澱積有Al金屬層。所述襯底材料為藍寶石、碳化矽、GaN或MgO。所述AlGaN摻雜層中Al的組分含量在0～1之間，Ga的組分含量與Al的組分含量之和為1。所述有機絕緣層PTFE層的厚度為200nm～300nm。所述鈍化層1和2中包括Si3N4、Al2O3、HfO2和HfSiO中的一種或多種。上述的一種基於聚合物的增強型AlGaN/GaNMISHEMT器件結構通過以下方法製作：(1)對外延生長的AlGaN/GaN材料進行有機清洗，用流動的去離子水清洗後，(2)將步驟(1)所得的材料放入HCl:H2O＝1:1的溶液中進行腐蝕30-60s，最後用流動的去離子水清洗並用高純氮氣吹乾；(3)對清洗乾淨的AlGaN/GaN材料進行光刻和幹法刻蝕，形成有源區臺面；(4)對製備好臺面的AlGaN/GaN材料進行光刻，形成源漏區，放入電子束蒸發臺中澱積歐姆接觸金屬Ti/Al/Ni/Au＝20/120/45/50nm，並進行剝離,最後在氮氣環境中進行850℃35s的快速熱退火，形成歐姆接觸；(5)將製備好歐姆接觸的器件進行光刻，形成有機絕緣介質PTFE澱積區域，然後放入氧等離子處理室中對AlGaN表面進行輕度氧化處理，然後放入電子束蒸發臺中：反應室真空抽至4.0×10-3帕，緩慢加電壓使控制PTFE蒸發速率為0.1nm/s,澱積200-300nm厚的PTFE薄膜；(6)將澱積好PTFE薄膜的器件放入丙酮溶液中浸泡30-60min，進行超聲剝離；(7)對完成PTFE剝離的器件進行光刻，形成柵以及柵場板區，放入電子束蒸發臺中澱積200nm厚的ITO柵電極；(8)將澱積好柵電極的器件放入丙酮溶液中浸泡30-60min，進行超聲剝離，形成柵場板結構；(9)將完成柵場板製備的器件進行光刻，形成絕緣介質LiF的澱積區域，然後放入電子束反應室真空抽至4.0×10-3帕，緩慢加電壓使控制LiF蒸發速率為0.5nm/s,澱積100-200nm厚的LiF薄膜；(10)將澱積好LiF薄膜的器件放入丙酮溶液中浸泡30-60min，進行超聲剝離；(11)對完成LiF製備的器件進行光刻，形成源場板區，放入電子束蒸發臺中澱積200nm厚的Al金屬；(12)將澱積好Al金屬的器件放入丙酮溶液中浸泡30-60min，進行超聲剝離，形成源場板結構；(13)將完成的器件放入PECVD反應室澱積SiN鈍化膜；(14)將器件再次進行清洗、光刻顯影，形成SiN薄膜的刻蝕區，並放入ICP幹法刻蝕反應室中，將源極、漏極上面覆蓋的SiN薄膜刻蝕掉；(15)將器件進行清洗、光刻顯影，並放入電子束蒸發臺中澱積Ti/Au＝20/200nm的加厚電極，完成整體器件的製備。所述步驟(13)中的工藝條件為：SiH4的流量為40sccm，NH3的流量為10sccm，反應室壓力為1～2Pa,射頻功率為40W，澱積200nm～300nm厚的SiN鈍化膜所述步驟(14)中的工藝條件為：上電極功率為200W，下電極功率為20W，反應室壓力為1.5Pa，CF4的流量為20sccm,Ar氣的流量為10sccm，刻蝕時間為10min。本發明的有益效果是：(1)本發明採用PTFE和ITO所產生的偶極子層實現了對2DEG濃度的部分耗盡作用，實現了柵靠近漏端電場的調製(2)本發明同時利用了Al作為源場版，再次實現柵靠近漏端電場的調製。提高了AlGaN/GaNHEMT器件反偏時的擊穿電壓；(3)本發明利用LiF和Al所產生的偶極子層實現了2DEG濃度的部分增加，並利用金屬Al形成源場板，進一步提高了AlGaN/GaNHEMT器件反偏時的擊穿電壓。附圖說明本發明將通過例子並參照附圖的方式說明，其中：圖1是本發明的示意圖；圖2-4是本發明的製作流程圖。具體實施方式現在結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發明的基本結構，因此其僅顯示與本發明有關的構成。如圖1所示，本實施例提供了一種基於聚合物的增強型AlGaN/GaNMISHEMT器件結構，從下往上依次包括襯底、GaN緩衝層、AlN隔離層、GaN溝道層、AlGaN本徵層和AlGaN摻雜層，所述AlGaN摻雜層上設有源極、LiF、鈍化層1、ITO柵電極1、有機絕緣層PTFE、鈍化層2和漏極，所述有機絕緣層PTFE上設有ITO柵電極2，所述ITO柵1靠近源極一側設有鈍化層1，所述漏極與有機絕緣層PTFE間設有鈍化層2，所述源極與鈍化層1之間澱積有LiF薄膜層，所述源極與LiF薄膜層上澱積有Al金屬層，其中，所述襯底材料為藍寶石、碳化矽、GaN或MgO，所述AlGaN摻雜層中Al的組分含量在0～1之間，Ga的組分含量與Al的組分含量之和為1，所述有機絕緣層PTFE層的厚度為200nm～300nm。所述鈍化層1和2中包括Si3N4、Al2O3、HfO2和HfSiO中的一種或多種。在柵靠漏邊緣附近澱積有機絕緣層PTFE，然後在PTFE結構上澱積ITO電極，此時會在PTFE表面產生偶極子層：在PTFE與ITO一側會產生正極化電荷，PTFE與AlGaN一側會產生負極化電荷，從而對下方的2DEG濃度產生了耗盡作用，導致了2DEG濃度的減小，增加了柵電極反偏狀態下溝道區域的耗盡長度，同時，利用Al與LiF接觸所產生的反向電偶極子層的電場效應，使得LiF對應區域下方的2DEG的濃度上升，從而更進一步提高了耗盡型器件的擊穿電壓。如圖2-4所示，本發明的製作步驟如下：(1)對外延生長的AlGaN/GaN材料進行有機清洗，用流動的去離子水清洗後；(2)將步驟(1)所得的材料放入HCl:H2O＝1:1的溶液中進行腐蝕30-60s，最後用流動的去離子水清洗並用高純氮氣吹乾；(3)對清洗乾淨的AlGaN/GaN材料進行光刻和幹法刻蝕，形成有源區臺面；(4)對製備好臺面的AlGaN/GaN材料進行光刻，形成源漏區，放入電子束蒸發臺中澱積歐姆接觸金屬Ti/Al/Ni/Au＝20/120/45/50nm，並進行剝離,最後在氮氣環境中進行850℃35s的快速熱退火，形成歐姆接觸；(5)將製備好歐姆接觸的器件進行光刻，形成有機絕緣介質PTFE澱積區域，然後放入氧等離子處理室中對AlGaN表面進行輕度氧化處理，然後放入電子束蒸發臺中：反應室真空抽至4.0×10-3帕，緩慢加電壓使控制PTFE蒸發速率為0.1nm/s,澱積200-300nm厚的PTFE薄膜；(6)將澱積好PTFE薄膜的器件放入丙酮溶液中浸泡30-60min，進行超聲剝離；(7)對完成PTFE剝離的器件進行光刻，形成柵以及柵場板區，放入電子束蒸發臺中澱積200nm厚的ITO柵電極；(8)將澱積好柵電極的器件放入丙酮溶液中浸泡30-60min，進行超聲剝離，形成柵場板結構；(9)將完成柵場板製備的器件進行光刻，形成絕緣介質LiF的澱積區域，然後放入電子束反應室真空抽至4.0×10-3帕，緩慢加電壓使控制LiF蒸發速率為0.5nm/s,澱積100-200nm厚的LiF薄膜；(10)將澱積好LiF薄膜的器件放入丙酮溶液中浸泡30-60min，進行超聲剝離；(11)對完成LiF製備的器件進行光刻，形成源場板區，放入電子束蒸發臺中澱積200nm厚的Al金屬；(12)將澱積好Al金屬的器件放入丙酮溶液中浸泡30-60min，進行超聲剝離，形成源場板結構；(13)將完成的器件放入PECVD反應室澱積SiN鈍化膜；工藝條件為：SiH4的流量為40sccm，NH3的流量為10sccm，反應室壓力為1～2Pa,射頻功率為40W，澱積200nm～300nm厚的SiN鈍化膜；(14)將器件再次進行清洗、光刻顯影，形成SiN薄膜的刻蝕區，並放入ICP幹法刻蝕反應室中，工藝條件為：上電極功率為200W，下電極功率為20W，反應室壓力為1.5Pa，CF4的流量為20sccm,Ar氣的流量為10sccm，刻蝕時間為10min，將源極、漏極上面覆蓋的SiN薄膜刻蝕掉；(15)將器件進行清洗、光刻顯影，並放入電子束蒸發臺中澱積Ti/Au＝20/200nm的加厚電極，完成整體器件的製備。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。