[发明专利]基于石墨烯覆盖层的氮化镓器件结构及其制备方法

说明书

本发明提供一种基于石墨烯覆盖层的氮化镓器件结构及其制备方法，制备方法包括：提供半导体衬底，形成包括氮化镓层及铟铝氮势垒层的外延结构，覆盖石墨烯薄膜，形成源极电极、漏极电极、介质钝化层及栅极结构。本发明采用石墨烯薄膜覆盖铟铝氮势垒层表面，有利于解决器件表面缺陷导致隧穿漏电及电流崩塌效应的问题，石墨烯薄膜作为器件的散热层，基于简便的方式提高散热效果，直接形成在铟铝氮势垒层上，从而直接在石墨烯薄膜上制备电极，欧姆接触电阻得到有效降低。铟铝氮势垒层/氮化镓层器件在工作时，工作发热导致的温度升高会时铟铝氮材料中缺陷增多，导致栅极至铟铝氮势垒层的缺陷辅助隧穿漏电增大，通过覆盖石墨烯薄膜减弱了栅极隧穿电流。

技术领域

本发明属于集成电路制造技术领域，特别是涉及一种基于石墨烯覆盖层的氮化镓器件结构及其制备方法。

背景技术

目前，一些半导体器件结构的制备中得到的欧姆接触电阻不够理想，例如，现有的GaN HEMT(高电子迁移率晶体管)器件，得到的欧姆接触电阻不够理想。另外，在器件制备过程中，离子注入技术需要后续高温退火处理来激活注入离子，同时恢复因离子注入带来的材料晶格损伤，对材料会有损伤，而且离子激活率也不够高，所以欧姆接触电阻一直制约着GaN器件往更高频方向发展。同时，GaN器件表面缺陷对器件性能有很大影响，会造成缺陷辅助隧穿漏电及电流崩塌效应，也会影响器件线性度，通常需覆盖钝化层，但传统介质钝化层，如SiO2、SiN很难保证界面缺陷在较低范围内，也因其较低热导率很难帮助器件散热，因此，在选择薄膜覆盖材料、工艺的时候，难以兼顾性能、散热、可行性等多重因素。

因此，如何提供一种半导体器件结构及制备方法，以解决现有技术中上述问题实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于石墨烯覆盖层的半导体器件结构及其制备方法，用于解决现有技术中欧姆接触电阻不够理想以及GaN器件表面缺陷难以有效解决等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于石墨烯覆盖层的半导体器件结构的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

提供半导体衬底；

于所述半导体衬底上形成外延结构，所述外延结构包括氮化镓层及形成于所述氮化镓层表面的铟铝氮势垒层；

于所述铟铝氮势垒层表面形成石墨烯薄膜；

于所述石墨烯薄膜表面形成源极电极及漏极电极；

于所述源极电极及所述漏极电极之间的所述外延结构上定义出栅极开口，所述栅极开口穿过所述石墨烯薄膜显露所述铟铝氮势垒层；

于所述栅极开口对应的所述铟铝氮势垒层上形成介质钝化层，并于所述介质钝化层上形成栅极结构，以制备氮化镓器件。

可选地，所述外延结构还包括缓冲层，所述缓冲层形成于所述半导体衬底上，且所述氮化镓层形成于所述缓冲层上。

可选地，形成所述源极电极及所述漏极电极的步骤包括：

于所述石墨烯薄膜上形成刻蚀掩膜材料层；

通过光刻工艺于所述刻蚀掩膜材料层上形成源极电极开口及漏极电极开口，且所述源极电极开口及所述漏极电极开口均显露所述石墨烯薄膜；

于所述源极电极开口对应的所述石墨烯薄膜表面沉积源极电极，并于所述漏极电极开口对应的所述石墨烯薄膜表面沉积漏极电极。

可选地，于所述外延结构上定义出所述栅极开口的步骤包括：

于所述源极电极及所述漏极电极表面及二者周围的所述石墨烯薄膜上形成遮蔽钝化层，且所述遮蔽钝化层中形成有刻蚀开口；

以所述遮蔽钝化层作为刻蚀掩膜进行刻蚀，以去除所述刻蚀开口对应位置的所述石墨烯薄膜形成所述栅极开口。