[发明专利]MIS分裂栅GaN基高电子迁移率晶体管及其制备方法

权利要求书

1.一种MIS分裂栅GaN基高电子迁移率晶体管，其特征在于：包括从下而上依次层叠的硅衬底、AIN成核层、AlGaN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层，AlGaN势垒层包括从下而上依次层叠的第一AlGaN势垒层、第二AlGaN势垒层、第三AlGaN势垒层，第三AlGaN势垒层上表面设有凹槽且凹槽沿第三AlGaN势垒层伸入第二AlGaN势垒层中，凹槽的槽底和槽壁上设有栅介质层，栅介质层底部设有两个栅极，其中靠近漏极的栅极设有栅场板，两个栅极之间设有阻挡层且阻挡层向下穿过栅介质层延伸至GaN沟道层，第三AlGaN势垒层上表面两侧分别设有源极和漏极， 源极上设有源场板，第三AlGaN势垒层上表面位于源极和漏极之间设有钝化层。

2.根据权利要求1所述的MIS分裂栅GaN基高电子迁移率晶体管，其特征在于：所述第二AlGaN势垒层、第一AlGaN势垒层、第三AlGaN势垒层中铝组分分别为0.03、0.15、0.25，AlGaN缓冲层铝组分与第二AlGaN势垒层铝组分相同。

3.根据权利要求1所述的MIS分裂栅GaN基高电子迁移率晶体管，其特征在于：所述AlGaN缓冲层的厚度为1~2μm，GaN沟道层的厚度为10~20nm，第一AlGaN势垒层的厚度为2~10nm，第二AlGaN势垒层的厚度为10nm，第三AlGaN势垒层的厚度为25nm。

4.根据权利要求1所述的MIS分裂栅GaN基高电子迁移率晶体管，其特征在于：所述钝化层为SiN，厚度为2μm。

5.根据权利要求4所述的MIS分裂栅GaN基高电子迁移率晶体管，其特征在于：所述栅介质层为Al₂O₃，厚度为10~20nm。

6.根据权利要求5所述的MIS分裂栅GaN基高电子迁移率晶体管，其特征在于：所述阻挡层为SiN，宽度为0.2μm，深度为37nm。

7.根据权利要求6所述的MIS分裂栅GaN基高电子迁移率晶体管，其特征在于：所述源极和漏极为Ti/Al/Ni/Au欧姆接触复合金属层，所述栅极为Ni/Au肖特基接触复合金属层。

8.一种根据权利要求6所述的MIS分裂栅GaN基高电子迁移率晶体管的制备方法，其特征在于，步骤如下：

1）对硅衬底进行热处理和表面氮化；

2）在氮化后的硅衬底表面依次生长AIN成核层、AlGaN缓冲层、GaN沟道层、第一AlGaN势垒层、第二AlGaN势垒层、第三AlGaN势垒层，形成外延片；

3）刻蚀形成源极区域、漏极区域以及凹槽栅区域：在第三AlGaN势垒层上，从源极至漏极方向，依次完全刻蚀宽1μm的源极区域，间隔1μm之后刻蚀凹槽栅区域，宽度为1.6μm，深度为30nm，接着间隔15μm刻蚀宽1μm漏极区域；

4）在凹槽栅区域沉积栅介质层：采用氧化铝作为栅极介质，在凹槽中沉积厚度为10~20nm的Al₂O₃栅介质层；

5）在源极区域和漏极区域沉积欧姆接触金属层，以形成源极和漏极：在暴露的第三AlGaN势垒层上采用电子束蒸发器沉积Ti/Al/Ni/Au/四层欧姆接触金属，沉积完毕后利用电感耦合等离子刻蚀系统实现mesa分离，超声清洗氮气，将源、漏窗口以外金属剥离，然后进行30s欧姆接触退火，形成源极和漏极；

6）在栅区域沉积金属层形成栅极：用电子束蒸发法沉积Ni/Au两层金属，退火后形成栅极；

7）沉积钝化层：通过等离子体增强化学气相沉积法沉积SiN钝化层；

8） 刻蚀阻挡区，沉积阻挡层：通过反应离子蚀刻去除位于双栅极之间的SiN，双栅之间的Al₂O₃栅介质层用氢氟酸除去，然后用等离子干法刻蚀AlGaN势垒层，最后沉积SiN阻挡层；

9）在栅极沉积栅场板金属，在源极沉积源场板金属；

10）再次沉积钝化层：在已形成源漏栅极结构的表面上，光刻获得加厚电极图案，采用电子束蒸发技术加厚电极，完成器件制造。

9.根据权利要求8所述的MIS分裂栅GaN基高电子迁移率晶体管的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中，采用金属有机化学气相沉积法在硅衬底上外延厚度为1nm的AIN成核层，然后外延厚度为2μm的AlGaN缓冲层，其中AlGaN缓冲层铝组分为0.03，在缓冲层之上继续外延GaN沟道层，沟道层厚度10~20nm，接着外延第一AlGaN势垒层、第二AlGaN势垒层、第三AlGaN势垒层，第一AlGaN势垒层、第二AlGaN势垒层、第三AlGaN势垒层铝组分分别为0.15、0.03、0.25，厚度分别为2nm、10nm、25nm。