基于硅衬底的hemt器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种基于硅衬底的HEMT器件。
【背景技术】
[0002]相比于第一、二代半导体材料而言，第三代半导体材料氮化镓(GaN)因为具有更大的禁带宽度(3.4eV)、更强的临界击穿场强以及更高的电子迀移速率，得到了国内外研究者们的广泛关注。尤其是在电力电子高压器件以及高频功率器件方面具有巨大的优势和潜力。
[0003]具体而言，作为第三代半导体材料，氮化镓(GaN)材料具有禁带宽度宽、击穿电场高、输出功率大的优点，而且GaN材料在高压下工作时的导通电阻小，使得GaN基功率器件也表现出更高的增益。同时，GaN基功率器件具有很高的电子迀移率和电子饱和速率，确保了该器件在Ka、Q甚至W波段的高增益。因此，GaN基的高电子迀移率晶体管(High ElectronMobility Transistor，简称HEMT)技术已成为当前毫米波大功率器件领域研究的热点。
[0004]由于GaN晶体生长受到了客观条件的制约，绝大多数研究者们都是选择在异质衬底材料上外延生长GaN薄膜。常用的衬底包括硅(Si)、蓝宝石(Al2O3)以及碳化硅(SiC)等。其中Si材料由于其低廉的成本、大尺寸以及完善的Si集成工艺等方面的优势受到了各大研究机构的青睐。
[0005]在电力电子高压器件应用方面，抗击穿特性是最重要的参数之一，但实践发现，传统的HEMT器件的抗击穿能力不够理想。
[0006]此外，常规技术制作的基于硅衬底的HEMT器件均是采用AlGaN/GaN异质结，由于内在的极化电场的调制作用，AI GaN/GaN异质结中在靠近AI GaN的一侧会聚集大量的导电电子，形成二维电子气(2DEG)。基于外延结构的限制。该电子气被限制在狭窄的区域内，减低了它们受到散射的概率，从而提高其迀移能力，典型的迀移率为1500cm2/V.S(32DEG的浓度也可以高达I X 11Vcm2。由于存在2DEG，常规技术制作的HEMT器件在零偏的时候都是导通的，也就是耗尽型(常开型)的器件。但耗尽型器件在电路应用中增加了功耗和设计复杂程度。同时在功率电子的应用中，增强型器件能够提高电路工作的安全性，在栅失效的情况下器件可以实现关断状态，实现失效保护的功能，所以实现增强型HEMT器件是一个重要的研究方向。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型的目的在于提供一种基于硅衬底的HEMT器件，以解决现有的HEMT器件耐压能力差的问题。
[0008]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于硅衬底的HEMT器件，包括:
[0009]硅衬底；
[00?0]形成于所述娃衬底上的GaN外延层、第一 AlxGa(i—X)N层以及第二 AlzGa(i—Z)N层，其中，0〈χ〈0.1，0.15<ζ<0.4;
[0011]形成于所述第二AlzGau^N层上的栅极、源极和漏极。
[0012]可选的，在所述的基于硅衬底的HEMT器件中，还包括形成于所述第一AlxGau-X)N层与第二AlzGau-Z)N层之间的第三AlyGau-y)N层，其中，y〈x。
[0013]可选的，在所述的基于硅衬底的HEMT器件ψ,0.07<χ<0.1,0.05<γ<0.1,0.2< Z<0.3。
[0014]可选的，在所述的基于硅衬底的HEMT器件中，所述栅极嵌入所述第二AlzGau-Ζ)Ν层中。
[0015]可选的，在所述的基于娃衬底的HEMT器件中，所述GaN外延层的厚度是10nm?500nm，所述第一AlxGa(i—X)N层的厚度是Iym?5μηι，所述第二 AlzGa(i—Z)N层的厚度是15nm?40nm，所述第三 AlyGa(i—y)N 层的厚度是 100nm-400nm。
[0016]可选的，在所述的基于硅衬底的HEMT器件中，还包括形成于所述硅衬底和GaN外延层之间的成核层。所述成核层为AlN层，所述成核层的厚度为80nm?120nm ο
[0017]可选的，在所述的基于硅衬底的HEMT器件中，还包括形成于所述硅衬底和GaN外延层之间的第一缓冲层。
[0018]可选的，在所述的基于硅衬底的HEMT器件中，所述第一缓冲层为多层AlkGa(1—k)N层，所述多层AlkGa(i—k)N层的Al组分k逐层下降。所述第一缓冲层包括三层AlkGa(i—k)N层，所述三层AlkGa(i—k)N层中Al组分k依次为0.7?0.9、0.45?0.7和0.2?0.45。
[0019]可选的，在所述的基于硅衬底的HEMT器件中，所述第一缓冲层为多层AlkGa(1—k)N层，所述多层AlkGa(1—k)N层的生长厚度逐层增加。所述第一缓冲层包括三层AlkGa(1—k)N层，所述三层 AlkGa(1-k)N 层的厚度依次为 150nm ?200nm、200nm ?250nm 和 250nm ?300nm。
[0020]可选的，在所述的基于硅衬底的HEMT器件中，还包括形成于所述GaN外延层与第一AI xGa (i—x) N层之间的超晶格层。所述超晶格层为5?15个周期的A ImGa (卜m) N/GaN层，其中，
0.05 <m〈l，所述超晶格层的厚度为80nm?240nmo
[0021]可选的，在所述的基于硅衬底的HEMT器件中，还包括第二缓冲层，所述第二缓冲层形成于所述第一 AlxGa(i—X)N层与第三AlyGa(i—y)N层之间。
[0022]可选的，在所述的基于硅衬底的HEMT器件中，还包括第二缓冲层，所述第一AlxGau-X)N层分两次形成，所述第二缓冲层插入到所述第一 AlxGau-X)N层中。
[0023]可选的，在所述的基于硅衬底的HEMT器件中，所述第二缓冲层为AlN层，所述第二缓冲层的厚度为2nm?1nm0
[0024]可选的，在所述的基于硅衬底的HEMT器件中，还包括:
[0025]暴露出部分所述第一AlxGa(1—X)N层的台面；
[0026]覆盖所述第二AlzGau-Z)N层以及所述台面暴露出的第一 AlxGau-X)N层的第一钝化层；
[0027]贯穿所述第一钝化层和第二AlzGau-Z)N层的栅极开口；
[0028]贯穿所述第一钝化层的源极开口和漏极开口。
[0029]可选的，在所述的基于硅衬底的HEMT器件中，还包括:
[0030]形成于所述第一钝化层上以及所述栅极开口底部的栅极介质层；
[0031]形成于所述栅极开口的底部和侧壁的势皇阻挡层。
[0032]可选的，在所述的基于硅衬底的HEMT器件中，所述栅极、源极和漏极为Ti/Al/Ti/TiN合金、Ti/Al/Ni/Au合金或Ti/Al/Ni/Cu合金，所述栅介质层为TiN、AlN或Si3N4。
[0033]可选的，在所述的基于硅衬底的HEMT器件中，还包括:
[0034]覆盖所述栅极、源极、漏极以及栅极介质层的第二钝化层；
[0035]贯穿所述第二钝化层以暴露所述栅极、源极和漏极的通孔；
[0036]与所述栅极电连接的栅极焊垫、与所述源极电连接的源极焊垫以及与所述漏极电连接的漏极焊垫。
[0037]本实用新型在硅衬底上依次形成GaN外延层、第一 AlxGau-X)N层和第二 AlzGa(1—Z)N层，通过采用AlGaN/AlGaN异质结的外延结构，使AlGaN层取代现有技术中单纯的GaN层作为器件的沟道层，利用AlGaN相较于GaN更好的抗击穿特性，提高了基于硅衬底的HEMT器件整体的耐压能力。
[0038]进一步的，本实用新型在第一AlxGa(1-x)N层与第二AlzGa(1-z)N层之间形成第三AlyGa(1—y)N层，栅极嵌入所述第二 AlzGa(1—Z)N层中并与第三AlyGa(1—y)N层接触，更进一步的，形成第二 AlzGa(1-z)N层后形成第一钝化层，再采用深槽刻蚀技术在第一钝化层中形成开口，形成与第二 AlzGaa-Z)N层欧姆接触的源极和漏极，在栅极与第三AlyGau-y)N层之间形成势皇阻挡层和栅极介质层，并将栅区域下的第二 AlzGau^N层刻蚀掉，使得栅区域下的二维电子气的密度减少，器件的转移特性曲线会正向移动，因此可以实现基于硅衬底的增强型的HEMT器件。
【附图说明】
[0039]图1是本实用新型实施例一的基于硅衬底的HEMT器件的剖面示意图；
[0040]图2是本实用新型实施例二的基于硅衬底的HEMT器件的剖面示意图；
[0041]图3?15是本实用新型实施例二的基于硅衬底的HEMT器件制造过程中各步骤的器件剖面示意图。
【具体实施方式】
[0042]为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】做详细的说明。
[0043]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新