一种新型增强型AlGaN/GaN半导体器件及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型增强型AlGaN/GaN半导体器件及其制备方法。在Si衬底之上从下至上依次涂覆有GaN层和AlGaN层，在GaN层和AlGaN层的一侧边缘刻蚀有沟槽，沟槽过刻至GaN层，在沟槽底GaN层上表面涂覆源极欧姆金属，在AlGaN层上表面另一侧边缘涂覆漏极欧姆金属，源漏欧姆金属之间涂覆有钝化层，位于垂直型沟道附近的钝化层上涂覆有用于控制垂直型沟道导电粒子浓度的肖特基金属。本发明的新型增强型AlGaN/GaN半导体器件可实现比传统沟槽增强型AlGaN/GaN的HEMTs更小的导通电阻。
【专利说明】
一种新型増强型AI GaN/GaN半导体器件及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及了一种半导体器件和制备方法，具体是涉及了一种新型增强型AlGaN/GaN半导体器件及其制备方法，本发明的半导体器件主要应用于功率集成电路。
【背景技术】
[0002 ] m-v族化合物材料氮化镓相比于硅材料具有更大的禁带宽度、更高的击穿场强，是第三代半导体材料中的杰出代表。不同于传统硅基半导体器件，基于氮化镓材料的AlGaN/GaN高电子迀移率晶体管，利用氮化镓异质结中的极化效应，在异质结界面获得具有高二维电子气浓度、高电子迀移率以及高饱和电子漂移速度的横向二维电子气沟道实现器件的导通。这些优异的电学特性决定了AlGaN/GaN HEMTs器件在高频、高压以及高功率密度的功率半导体器件领域存在巨大的产业潜力。
[0003]在增强型AlGaN/GaN HEMTs器件中，导通电阻一般由接触电阻、漂移区电阻和沟道电阻等组成，在中低压应用领域(小于600V)，沟道电阻所占比重随漂移区长度的减少而增大。在传统的增强型AlGaN/GaN HEMTs器件中，普遍采用平面型沟道，由于光刻条件的限制，沟道长度一般为1.5um左右，极大的限制了沟道电阻的减小。为克服现有增强型AlGaN/GaNHEMTs器件的缺陷，提出了一种带有垂直型沟道的新型增强型AlGaN/GaN半导体器件，由于凹槽刻蚀深度可控性较好，可以控制沟道长度在200-400nm，可极大降低沟道电阻。
【发明内容】
[0004]为了克服现有增强型AlGaN/GaN HEMTs器件沟道长度较长、导通电阻较大的缺陷，本发明提出了一种带有垂直型沟道的新型增强型AlGaN/GaN半导体器件及其制备方法。
[0005]实现上述发明目的的其技术方案为:
[0006]—、一种新型增强型AlGaN/GaN半导体器件:
[0007]其结构是在Si衬底之上从下至上依次涂覆有GaN层和AlGaN层，在GaN层和AlGaN层的一侧边缘刻蚀有沟槽，沟槽过刻至GaN层，在沟槽底GaN层上表面涂覆源极欧姆金属，在AlGaN层上表面远离沟槽一侧边缘涂覆漏极欧姆金属，源漏欧姆金属之间涂覆有钝化层，位于垂直型沟道附近的钝化层上涂覆有用于控制垂直型沟道导电粒子浓度的肖特基金属。
[0008]所述的垂直型沟道是指位于沟槽侧面且未被源极欧姆金属覆盖的GaN层表面，沟道在垂直于沟槽侧面方向深度在25nm以内。
[0009]所述的沟槽底GaN层上表面涂覆源极欧姆金属，所述的AlGaN层上表面远离沟槽一侧边缘涂覆漏极欧姆金属;所述的钝化层涂覆在除漏极欧姆金属以外的AlGaN层上表面和除源极欧姆金属以外的沟槽侧面，并且延伸到源极欧姆金属的上表面的一部分作为延伸段;所述的肖特基金属涂覆在钝化层的侧面和延伸段上，并延伸到钝化层上表面的一部分。
[0010]所述的源极欧姆金属和漏极欧姆金属均由T1、Al、Ni和Au金属从下到上依次叠层形成，所述的肖特基金属由Ni和Au从下到上依次叠层形成。
[0011 ] 所述的垂直型沟道截面上的竖直长度为200-400nm。
[0012]所述的钝化层采用氧化铝，其厚度是10-200nm。
[0013]所述的源极欧姆金属和漏极欧姆金属中Ti/Al/Ni/Au各层的厚度分别为20/140/50/50-150nm，所述的肖特基金属Ni/Au各层的厚度分别为30/50-150nm，所述的GaN层的厚度为1-100μηι，所述的AlGaN层的厚度为10_50nm。
[0014]本发明可以实现比传统增强型GaN HEMTs更小的导通电阻，所述半导体器件结构适合应用于平面结构的功率器件。
[0015]二、一种新型全控型AlGaN/GaN半导体器件的制作方法，包括以下步骤:
[0016](I)在Si衬底从下到上依次沉积GaN层和AlGaN层；
[0017](2)在AlGaN层表面涂覆光刻胶后通过曝光、显影后利用ICP-RIE干刻蚀法在一侧边缘形成沟槽，沟槽过刻至GaN层；
[0018](3)去胶后清洗，然后在整体表面涂覆光刻胶后，通过曝光、显影后分别在沟槽底GaN层上表面和AlGaN层上表面远离沟槽一侧边缘涂覆源极欧姆金属、漏极欧姆金属；
[0019](4)接着依次剥离、清洗后，在除漏极欧姆金属以外的AlGaN层上表面、除源极欧姆金属以外的沟槽侧面以及延伸到源极欧姆金属的上表面一部分的延伸段上涂覆钝化层；
[0020](5)清洗后整体表面涂覆光刻胶后通过曝光、显影后在钝化层的侧面、延伸段以及延伸到钝化层上表面的一部分涂覆有肖特基金属。
[0021]本发明的有益效果是:
[0022]本发明利用ICP-RIE干刻蚀法在台面一侧形成垂直型沟道，沟道长度为200-400nm，沟道电阻可以减少50%以上、电流密度可以增加一倍。本发明比传统增强型AlGaN/GaN HEMTs具有更小的导通电阻。
【附图说明】
[0023]图1是本发明半导体器件结构示意图。
[0024]图中，1、漏极欧姆金属，2、源极欧姆金属;3、肖特基金属;4、钝化层;5、AlGaN层;6、GaN层;7、垂直型沟道;8、Si衬底。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0026]本发明的实施例如下:
[0027]实施例1
[0028]I)在Si衬底8从下到上依次沉积GaN层6和AlGaN层5，GaN层的厚度为lym，AlGaN层的厚度为I Onm;
[0029]2)在AlGaN层表面涂覆光刻胶后通过曝光、显影后利用ICP-RIE干刻蚀法在一侧边缘形成沟槽，沟槽过刻至GaN层6 ；
[0030]位于沟槽侧面且未被源极欧姆金属2覆盖的GaN层6表面形成垂直型沟道7。其垂直型沟道7截面上的竖直长度为200nm，以实现减小沟道电阻、增大导通电流的目的。
[0031]3)去胶后清洗，然后在整体表面涂覆光刻胶后，通过曝光、显影后分别在沟槽底GaN层6上表面和AlGaN层5上表面远离沟槽一侧边缘涂覆源极欧姆金属2、漏极欧姆金属I;两个欧姆金属均采用Ti/Al/Ni/Au，Ti/Al/Ni/Au的厚度分别为20/140/50/50nm。
[0032]4)接着依次剥离、清洗后，在除漏极欧姆金属I以外的AlGaN层5上表面、除源极欧姆金属2以外的沟槽侧面以及延伸到源极欧姆金属2的上表面一部分的延伸段上涂覆氧化铝作为钝化层4，其厚度是1nm;
[0033]5)清洗后整体表面涂覆光刻胶后通过曝光、显影后在钝化层4的侧面、延伸段以及延伸到钝化层4上表面的一部分涂覆有肖特基金属3，肖特基金属3采用Ni/Au，其厚度是30/50nmo
[0034]实施例2
[0035]I)在Si衬底8从下到上依次沉积GaN层6和AlGaN层5，6&~层的厚度为2(^111416&~层的厚度为50nm;
[0036]2)在AlGaN层表面涂覆光刻胶后通过曝光、显影后利用ICP-RIE干刻蚀法在一侧边缘形成沟槽，沟槽过刻至GaN层6 ；
[0037]位于沟槽侧面且未被源极欧姆金属2覆盖的GaN层6表面形成垂直型沟道7。其垂直型沟道7截面上的竖直长度为350nm，以实现减小沟道电阻、增大导通电流的目的。
[0038]3)去胶后清洗，然后在整体表面涂覆光刻胶后，通过曝光、显影后分别在沟槽底GaN层6上表面和AlGaN层5上表面远离沟槽一侧边缘涂覆源极欧姆金属2、漏极欧姆金属I;两个欧姆金属均采用Ti/Al/Ni/Au，Ti/Al/Ni/Au的厚度分别为20/140/50/150nm。
[0039]4)接着依次剥离、清洗后，在除漏极欧姆金属I以外的AlGaN层5上表面、除源极欧姆金属2以外的沟槽侧面以及延伸到源极欧姆金属2的上表面一部分的延伸段上涂覆氧化铝作为钝化层4，其厚度是200nm;
[0040]5)清洗后整体表面涂覆光刻胶后通过曝光、显影后在钝化层4的侧面、延伸段以及延伸到钝化层4上表面的一部分涂覆有肖特基金属3，肖特基金属3采用Ni/Au，其厚度是30/150nmo
[0041 ] 实施例3
[0042]I)在Si衬底8从下到上依次沉积GaN层6和AlGaN层5，GaN层的厚度为ΙΟΟμπι，AlGaN层的厚度为20nm;
[0043]2)在AlGaN层表面涂覆光刻胶后通过曝光、显影后利用ICP-RIE干刻蚀法在一侧边缘形成沟槽，沟槽过刻至GaN层6 ；
[0044]位于沟槽侧面且未被源极欧姆金属2覆盖的GaN层6表面形成垂直型沟道7。其垂直型沟道7截面上的竖直长度为400nm，以实现减小沟道电阻、增大导通电流的目的。
[0045]3)去胶后清洗，然后在整体表面涂覆光刻胶后，通过曝光、显影后分别在沟槽底GaN层6上表面和AlGaN层5上表面远离沟槽一侧边缘涂覆源极欧姆金属2、漏极欧姆金属I;两个欧姆金属均采用Ti/Al/Ni/Au，Ti/Al/Ni/Au的厚度分别为20/140/50/80nm。
[0046]4)接着依次剥离、清洗后，在除漏极欧姆金属I以外的AlGaN层5上表面、除源极欧姆金属2以外的沟槽侧面以及延伸到源极欧姆金属2的上表面一部分的延伸段上涂覆氧化铝作为钝化层4，其厚度是60nm;
[0047]5)清洗后整体表面涂覆光刻胶后通过曝光、显影后在钝化层4的侧面、延伸段以及延伸到钝化层4上表面的一部分涂覆有肖特基金属3，肖特基金属3采用Ni/Au，其厚度是30/10nm0
[0048]以上所述，为本
【发明内容】
的较佳实施例，并非对本
【发明内容】
作任何限制，凡根据本
【发明内容】
技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均属于本
【发明内容】
技术方案的保护范围内。
【主权项】
1.一种新型增强型AlGaN/GaN半导体器件，其特征在于:其结构是在Si衬底(8)之上从 下至上依次涂覆有GaN层(6)和AlGaN层(5)，在GaN层(6)和AlGaN层(5)的一侧边缘刻蚀有沟 槽，沟槽过刻至GaN层(6)，在沟槽底的GaN层(6)上表面涂覆源极欧姆金属(2)，在AlGaN层 (5)上表面远离沟槽一侧边缘涂覆漏极欧姆金属(1)，源漏欧姆金属(2、1)之间涂覆有钝化 层(4)，位于垂直型沟道附近的钝化层(4)上涂覆有用于控制垂直型沟道导电粒子浓度的肖 特基金属(3)。2.根据权利要求1所述的一种新型增强型AlGaN/GaN半导体器件，其特征在于:所述的 垂直型沟道(7)是指位于沟槽侧面且未被源极欧姆金属(2)覆盖的GaN层(6)表面，沟道在垂 直于沟槽侧面方向深度在25nm以内。3.根据权利要求1所述的一种新型增强型AlGaN/GaN半导体器件，其特征在于:所述的 AlGaN层(5)上表面远离沟槽一侧边缘涂覆漏极欧姆金属(1)，所述的沟槽底的GaN层(6)上 表面涂覆源极欧姆金属(2);所述的钝化层(4)涂覆在除漏极欧姆金属(1)以外的AlGaN层(5)上表面和除源极欧姆金属(2)以外的沟槽侧面，并且延伸到源极欧姆金属(2)的上表面 的一部分作为延伸段;所述的肖特基金属(3)涂覆在钝化层(4)的侧面和延伸段上，并延伸 到钝化层(4)上表面的一部分。4.根据权利要求1?3任一所述的一种新型增强型AlGaN/GaN半导体器件，其特征在于: 所述的源极欧姆金属(2)和漏极欧姆金属(1)均由T1、Al、Ni和Au金属从下到上依次叠层形 成，所述的肖特基金属(3)由Ni和Au从下到上依次叠层形成。5.根据权利要求1?3任一所述的一种新型增强型AlGaN/GaN半导体器件，其特征在于: 所述的垂直型沟道(7)截面上的竖直长度为200-400nm。6.根据权利要求1?3任一所述的一种新型增强型AlGaN/GaN半导体器件，其特征在于: 所述的钝化层(4)采用氧化铝，其厚度是10-200nm。7.根据权利要求1?3任一所述的一种新型增强型AlGaN/GaN半导体器件，其特征在于: 所述的源极欧姆金属(2)和漏极欧姆金属(1)中Ti/Al/Ni/Au各层的厚度分别为20/140/50/ (50-150)nm，所述的肖特基金属(3)Ni/Au各层的厚度分别为30/(50-150)nm，所述的GaN层(6)的厚度为1-lOOwn，所述的AlGaN层(5)的厚度为10-50nm〇8.根据权利要求1?7任一所述的一种新型增强型AlGaN/GaN半导体器件，其特征在于: 所述半导体器件结构适合应用于平面结构的功率器件。9.一种权利要求1?7任一所述新型全控型AlGaN/GaN半导体器件的制作方法，其特征 在于该方法包括以下步骤:(1)在Si衬底(8)从下到上依次沉积GaN层(6)和AlGaN层(5);(2)在AlGaN层(5)表面涂覆光刻胶后通过曝光、显影后利用ICP-RIE干刻蚀法在一侧边 缘形成沟槽，沟槽过刻至GaN层(6);(3)去胶后清洗，然后在整体表面涂覆光刻胶后，通过曝光、显影后分别在沟槽底GaN层 (6)上表面和AlGaN层(5)上表面远离沟槽一侧边缘涂覆源极欧姆金属(2)、漏极欧姆金属 ⑴；(4)接着依次剥离、清洗后，在除漏极欧姆金属(1)以外的AlGaN层(5)上表面、除源极欧 姆金属(2)以外的沟槽侧面以及延伸到源极欧姆金属(2)的上表面一部分的延伸段上涂覆 钝化层(4); (5)清洗后整体表面涂覆光刻胶后通过曝光、显影后在钝化层(4)的侧面、延伸段以及延伸到钝化层(4)上表面的一部分涂覆有肖特基金属(3)。
【文档编号】H01L21/335GK105957890SQ201610427274
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月15日
【发明人】谢刚, 侯明辰, 李雪阳, 盛况
【申请人】浙江大学