[发明专利]一种基于栅结构的增强型AlGaN/GaNHEMT器件结构及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，尤其是涉及一种基于偶极子层浮栅结构的增强型AlGaN/GaNHEMT器件及其制作方法。 

背景技术

GaN是为第三代宽禁带隙半导体，它具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、饱和电子速度大和异质结界面二维电子气浓度高等特性，使其受到广泛关注。利用GaN材料制成的高迁移率晶体管(HEMT)具有导通电阻低、饱和电流大、击穿电压高等特点，是一种高性能的功率电子器件。 

因为较强极化电荷的存在，AlGaN/GaN异质结构中会形成天然的高密度二维电子气，通常制造的AlGaN/GaNHEMT器件都是耗尽型的，增强型AlGaN/GaNHEMT器件则相对困难。十几年来针对GaN基电子器件的研究大部分工作都集中在耗尽型AlGaN/GaNHEMT器件上。但是增强型器件具有许多不可或缺的优势，AlGaN/GaN增强型HEMT器件在微波大功率器件电路中具有很好的电路兼容性；同时，增强型器件的研制使单片集成D-HEMT和E-HEMT互补逻辑电路成为可能。 

由于增强型HEMT具有如上的优势，为了形成与耗尽型晶体管互补增强型晶体管，需要采用一些特殊的工艺或者器件结构，比如：槽栅结构HEMT、薄膜势垒、栅下注F–等工艺。但是这些工艺或者结构都存在一定的不足之处，比如栅下注F–器件在高功率工作时，工作温度会较高，F–会在栅下会继续扩散，导致了器件的不稳定性或者器件性能下降等情况。 

发明内容

本发明为了克服上述的不足，提供了一种基于偶极子层浮栅结构的增强型AlGaN/GaNHEMT器件结构以及相应的制作方法。 

本发明的技术方案如下： 

一种基于Γ栅结构的增强型AlGaN/GaNHEMT器件结构，从下往上依次包括衬底、GaN缓冲层、AlN隔离层、GaN沟道层、AlGaN本征层、AlGaN掺杂层，所述AlGaN掺杂层上间隔设有源极、有机绝缘层和漏极，所述有机绝缘层上依次设有ITO栅电极，和high-k介质层，所述high-k介质上设有ITO栅电极，上述结构的顶层还间隔淀积有钝化层。 

所述衬底材料为蓝宝石、碳化硅、GaN或MgO。 

所述AlGaN掺杂层中Al的组分含量在0～1之间，Ga的组分含量与Al的组分含量之和为1。 

所述有机绝缘层为PTFE层。 

所述high-k介质为Al₂O₃和HfO₂中的一种。 

所述钝化层中包括Si3N4、Al2O3、HfO2和HfSiO中的一种或多种。 

上述的一种基于Γ栅结构的增强型AlGaN/GaNHEMT器件结构通过以下方法制作： 

(1)对外延生长的AlGaN/GaN材料进行有机清洗，用流动的去离子水清洗并放入HCl:H₂O＝1:1的溶液中进行腐蚀30～60s，最后用流动的去离子水清洗并用高纯氮气吹干； 

(2)对清洗干净的AlGaN/GaN材料进行光刻和干法刻蚀，形成有源区台面； 

(3)对制备好台面的AlGaN/GaN材料进行光刻，形成源漏区，放入电子束蒸发台中淀积欧姆接触金属Ti/Al/Ni/Au＝20/120/45/50nm并进行剥离,最后在氮气环境中进行850℃，35s的快速热退火，形成欧姆接触； 

(4)对完成合金的器件进行光刻，形成栅极金属区域，然后放入氧等离子 处理室中对AlGaN表面进行轻度氧化处理，然后放入电子束蒸发台中：反应室真空抽至4.0*10^-3帕，缓慢加电压使控制PTFE蒸发速率为0.1nm/s,淀积5～10nm厚的PTFE薄膜，然后再蒸发10nm厚的ITO层，再淀积20～30nm的Al₂O₃，再蒸发200nm的ITO栅电极； 

(5)将淀积好的器件放入丙酮溶液中浸泡30～60min，进行超声剥离，形成浮栅电极结构； 

(6)将完成栅极制备的器件放入PECVD反应室淀积SiN钝化膜； 

(7)将器件再次进行清洗、光刻显影，形成SiN薄膜的刻蚀区，并放入ICP干法刻蚀反应室中，将源极、漏极上面覆盖的SiN薄膜刻蚀掉； 

(8)将器件进行清洗、光刻显影，并放入电子束蒸发台中淀积Ti/Au＝20/200nm的加厚电极，完成整体器件的制备。