[发明专利]一种新型MIS-HEMT器件结构及其制备方法

说明书

本发明提供一种新型MIS‑HEMT器件结构，包括衬底，衬底的表面形成有1～2μm厚的缓冲层，缓冲层的表面形成有30～35nm厚的势垒层，势垒层的表面形成有图形化的源电极和漏电极，源电极和漏电极之间由沟道势垒层直接氧化生成有金属氧化物绝缘层，金属氧化物绝缘层与源漏电极下的势垒层表面平齐，并在金属氧化物绝缘层的表面形成有栅电极。本发明还提供一种前述新型MIS‑HEMT器件结构制备方法。本申请在适当增加现有HEMT半导体器件中势垒层厚度基础上直接制备高质量金属氧化物绝缘层作为高K栅绝缘层，由此能够降低器件漏电流，提升器件性能稳定性，降低器件关键特性的恶化可能，制备方法在兼容现有HEMT器件制备流程前提下，只需增加一步氧化工艺即可成功实现器件制备。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种新型MIS-HEMT器件结构及其制备方法。

背景技术

以GaAs和GaN为主的化合物HEMT(High Electron Mobility Transistor，高电子迁移率晶体管)半导体器件具有超高频和大功率等优势，当前在无线5G通信和雷达领域等具有广阔的应用前景。然而传统的肖特基栅极的HEMT器件漏电问题较为严重，易造成器件的击穿电压、效率、增益等关键性能的恶化。为了有效抑制栅极电流，目前在传统的化合物HEMT结构的栅极有引入金属-绝缘体-半导体(MIS)结构形成MIS-HEMT器件成为有效解决方法。然而，本发明的发明人经过研究发现，现有引入金属-绝缘体-半导体(MIS)结构形成MIS-HEMT器件的制备流程较为复杂，因此如何有效制备出高K栅绝缘层成为该技术的焦点。

发明内容

针对现有技术中为了有效抑制化合物HEMT器件栅极电流，目前有通过引入金属-绝缘体-半导体(MIS)结构来形成MIS-HEMT器件，但是该MIS结构来形成MIS-HEMT器件会导致器件制备流程较为复杂的技术问题，本发明提供一种新型MIS-HEMT器件结构。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种新型MIS-HEMT器件结构，包括衬底，所述衬底的表面形成有1～2μm厚的缓冲层，所述缓冲层的表面形成有30～35nm厚的势垒层，所述势垒层的表面形成有图形化的源电极和漏电极，所述源电极和漏电极之间由沟道势垒层直接氧化生成有金属氧化物绝缘层，所述金属氧化物绝缘层与源漏电极下的势垒层表面平齐，并在所述金属氧化物绝缘层的表面形成有栅电极。

进一步，所述衬底的材质为Si、SiC或蓝宝石。

进一步，所述缓冲层的材质为未掺杂GaAs或未掺杂GaN。

进一步，所述势垒层的材质为AlGaAs或AlGaN。

进一步，所述金属氧化物绝缘层的厚度为3～5nm。

进一步，所述源电极和漏电极选用Ni/Au/Ge/Ni/Au多层金属结构，所述栅电极选用Ni/Au、Ni/Ti/Au或Ti/Au金属层叠结构。

本发明还提供一种前述新型MIS-HEMT器件结构制备方法，所述方法包括以下步骤：

S1、利用MOCVD在衬底表面依次层叠制备1～2μm厚的缓冲层单晶薄膜和30～35nm厚的势垒层单晶薄膜；

S2、对缓冲层单晶薄膜和势垒层单晶薄膜通过光刻工艺，得到图形化的缓冲层和势垒层薄膜；

S3、通过磁控溅射或电子束蒸镀，在势垒层薄膜表面沉积多层金属，并通过光刻工艺，得到图案化源电极和漏电极；

S4、先通过O₂等离子或者紫外线照射方法，使得未被源电极和漏电极保护的势垒层初步氧化，然后在O₂气氛下以450～500℃高温退火，使势垒层进一步氧化生成高质量金属氧化物绝缘层作为栅绝缘层，所述金属氧化物绝缘层与源漏电极下的势垒层表面平齐；