[发明专利]高电子迁移率晶体管制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术的半导体材料和制作领域，特别涉及一种高电子迁 移率晶体管制作方法。

背景技术

氮化镓(GaN)是继以硅(Si)为主流的第一代半导体材料和以砷化镓(GaAs) 或硅-锗(Si-Ge)为代表的第二代半导体材料之后，近年来快速发展的第三代宽 禁带半导体材料的典型代表之一。氮化镓材料具有宽的直接带隙(3.4eV)、高的 电子饱和漂移速度、高的击穿场强、抗腐蚀和耐辐射等优点，已被广泛应用于 研制发光二极管。以铝镓氮/氮化镓(AlGaN/GaN)为代表的异质结构具有的独 特极化特性使其在高性能高电子迁移率功率晶体管(HEMT)方面具有明显的优 势。其异质界面的自发极化和压电极化电荷将诱导产生大量的二维电子气 (2DEG)(大于10¹⁹/cm³)，以及高的电子迁移率(大于1000cm²V^-1s^-1)。与硅 功率器件相比，氮化镓功率器件的开关速度高两个数量级以上，功率密度大大 提升，并可以在高温环境下工作。

从应用市场来看，氮化镓器件将成为未来高压功率器件的主流。它将主要 应用于高功率电子能量转换、风能和太阳能换流器、不间断电源等方面。再者， 使用与硅衬底兼容的氮化镓外延片制作器件将同时具备大面积和低成本两个优 点，因此，近年来，氮化镓高压功率器件用于1200V以上的电力电子产业市场 份额逐渐扩大。

一般而言，电力电子系统内的突波干扰可以用滤波器加以改善，降低其临 界值至3.5V左右。目前，硅功率器件的常闭临界值以3.5V至4.0V为标准。 目前，常闭型氮化镓功率器件的阈值电压一般在2.8V以下，在实现常闭型GaN HEMT的方法上，多采用超薄AlGaN层、凹栅等方式来实现正的阈值电压。超 薄的AlGaN层会降低2DEG，增加阈值电压，但幅度有限。而对厚的AlGaN层 作深度的凹栅刻蚀其界面离子散射会对器件的2DEG通道造成损伤，影响器件 的电导通性能。

发明内容

基于此，本发明的目的在于提供一种高电子迁移率晶体管制作方法，其可 以提升器件的阈值电压，且器件的电导性及可靠性高。

为达到上述目的，本发明实施例采用以下技术方案：

一种高电子迁移率晶体管制作方法，包括步骤：

在制作了源、漏欧姆接触电极的基异质结材料整体表面沉积半导体钝化层 材料后，刻蚀形成刻蚀深度小于设定深度阈值的浅凹栅槽，并对浅凹栅槽底部 表面进行低功率氟基等离子体处理；

在低功率氟基等离子体处理后的基异质结材料整体表面沉积至少一层高介 电常数栅极介质层，并在每次沉积高介电常数栅极介质层后进行低功率氟基等 离子体处理；

在沉积了至少一层高介电常数栅极介质层的基异质结材料表面沉积高介电 常数栅极介质层后，淀积栅金属形成凹栅及第一场板；

制作第二场板，制作源、漏欧姆接触引线及焊盘。

根据如上所述的本发明实施例的方案，通过将浅凹栅工艺与多层氟离子注 入的栅介质层工艺相结合，能极大地耗尽栅下2DEG沟道中的电子浓度，实现 常闭型高电子迁移率晶体管，大幅提升阈值电压，包含无氟离子注入顶层的多 层栅介质层结构可以大大降低栅极漏电流。而且，由于采用的是浅凹栅工艺而 非深凹栅或者全凹栅工艺，避免了凹栅过深而导致的界面散射增强。再者，由 于采用低功率的氟基等离子体处理，对材料表面造成的损伤小。因此，在获得 高的阈值电压的同时，能保证2DEG沟道中的电子的迁移率没有明显的降低， 也保证了器件的电导性和可靠性。

附图说明

图1是本发明的高电子迁移率晶体管制作方法实施例的流程示意图；

图2是一个具体示例中的高电子迁移率晶体管制作方法的流程示意图；

图3(a)-图3(j)是一个具体示例中的工艺流程示意图；

图4是一个示例中制作得到的AlGaN/GaNHEMT器件实物图；

图5是模拟得到的AlGaN/GaNHEMT器件的转移特性图；

图6是测量得到的AlGaN/GaNHEMT实作器件的转移特性图及栅极漏电流 数据图，点数据是实测结果，线数据是仿真模拟预测结果。

具体实施方式