专利名称：氮化镓hemt器件表面钝化及提高器件击穿电压的工艺的制作方法
技术领域：
这项发明涉及宽禁带氮化镓HEMT器件表面钝化处理以极提高器件击穿电压的T:艺制作。
背景技术：
1. 宽禁带半导体象氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)有比第一代半导体Si或第一代半导体砷化镓(GaAs)高得 多的饱和电子迁移率，这意味着宽禁带半导体能在高频率下提供高得多的功率密度和T:作效率。GaN 禾flSiC的超高击穿电压也使基于它们的电子器件可以T.作在很高的电压和电流，从而极火地提高效率。 最后，宽禁带半导体材料极其出众的导热率使得器件可以工作在比普通半导体器件能承受的温度高得 多的环境中。2. 绝大部份氮化镓器件采用异质结场效应晶体管(HFET)的某种变形。其基本结构是在GaN沟道层上生长 一薄层铝镓氮(AlGaN)形成异质结。这层AlGaN将导电沟道与控制栅极隔离开以减小栅极漏电流， 从而增加栅极击穿电压最终提高输出射频功率。器件的频率取决于栅长。典型氮化镓器件的栅长在 0. 5-L5um(微米)左右。3. 最常用的变形是AlGaN/GaN高电子迁移率场效应管(HEMT)。氮化镓HEMT的沟道电流密度可以达到砷 化镓或磷化铟(InP)器件的2. 5倍以上。器件结构 一层硅搀杂的AlGaN在GaN上与之形成异质结沟道， 再用--层非常薄的GaN保护表面。4. 氮化镓HEMT的高电子迁移率使之成为适用于高频率高功率应用的理想器件。流经其中的电流也非常 高，归功了-AlGaN/GaN异质结维持沟道高电荷密度的能力。这主要冈为GaN是一种强极性材料，它具 有的自极化屯场在晶体的终端面自动聚集起一层屯荷。AlGaN的极性更强，于是在与GaN的交界面形 成极化突变，从而产生与极化差值成比例的界面电荷。5. 更进一步，AlGaN与GaN的晶格不匹配在A]GaN层中产生压电效应，给HEMT沟道提供数量众多的额 外电子。结果导致沟道中的总电荷密度超过10'3每平方厘米，为砷化镓HEMT的4至5倍。此时， AlGaN/GaN的界面必须得到精确控制才能保证压电效应卜.的最佳电子迁移率。如此高的电流密度加上 GaN的高击穿电压，氮化镓HEMT成为最适合高功率应用的电于器件。6. 要可靠实现GaNHEMT的优良特性，器件设计，材料的生长，工艺制作等起着至关重耍的作用。 发明内容1. 材料准备(图1): GaNHEMT的制作采用碳化硅，高阻(lll)硅，或(0001)蓝宝石作衬底(1)，在衬底上 采用MOCVD外延生L《一层含氮化铝的(A1N)成核层(2);在成核层上生长一层无意搀杂的GaN fej (3); 在氮化镓层上生K一层具有浓度梯度的AlGaN层(4)。在AlGaN层上生长至少一层表面钝化层(5)。表 面钝化层采用A1N， GaN和/或SiN。钝化层的厚度在10(H3000A。2. 制作欧姆屯极(图2):首先采用光刻和干法刻蚀丄艺在钝化层上开欧姆电极窗口，接着将欧姆电极金 属材料(Ti/AI/Ni/Au)真空蒸发到欧姆电极窗口，再在欧姆金属材料上覆盖一层保护层，经快速热退 火处理后，形成欧姆接触电极(IO)。3. 制作平台隔离运用光刻和干法蚀刻制作器件平台隔离。4. 制作栅极凹槽(图3):采用光刻和干法蚀刻，在欧姆电极间制作栅极凹槽。凹槽的坡度和深度通过 刻蚀丄艺精心控制。栅极凹槽的干法蚀刻采用低损伤ICP/R:[E T:艺。凹槽制成后将器件进行中,/低温 退火处理，修复蚀刻损伤。5. 制作栅极(图4):运用光刻，金属真空蒸镀，和金属举离工艺将栅极材料(Ni/Au, Pt/Au， M/Pt/Au， Ni/Pd/Au, Pt/M/Au等)沉积于栅极(20)凹槽中。6. 制作介电层(图5):栅极制作后，在器件上生长一层介电层(30)。然后用光刻和干法蚀刻在源极漏极
上开联接金属窗口。7.电镀气桥(图6):在栅极制作完成后，器件的源极通过电镀气桥联接(40)。漏极，源极及栅极焊盘也 通过电镀提高厚度，增强导电能力。
图l:制作氮化镓服MT器件的材料构架 图2:制作欧姆电极 图3:千法蚀刻栅极凹槽 图4:制作栅极图5:生长介电层，光刻/干法蚀刻介电层 图6:沉积导电金属，电镀气桥
权利要求
1.采用碳化硅/高阻硅/蓝宝石为衬底，在衬底上生长含AlN的成核层，在成核层上生长无意搀杂的氮化镓层，在氮化镓层上生长梯度浓度的AlGaN层。
2. 在梯度AlGaN层上生K:表面钝化层，钝化层由GaN， A1N，和/或SiN构成。
3. 采用Ti/Al/Ni/Au作欧姆电极。
4. 在欧姆屯极制作后，制作栅极凹槽。
5. 栅极沉积丁-栅极凹槽。
6. 栅极材料采用Ni/Au, Pd/Au, Pt/Au, Ni/Pt/Au, Ni/Pd/Au, Pt/Ni/Au 。
全文摘要
氮化镓HEMT器件表面钝化以及提高器件击穿电压的工艺制作氮化镓HEMT器件采用多晶碳化硅，(0001)蓝宝石，或(111)硅为衬底，在衬底上采用MOCVD生长一层氮化铝成核层，在成核层上生长一层高阻氮化镓缓冲层，在缓冲层上生长梯度浓度的铝镓氮层，在铝镓氮层上生长一层或多层具有表面钝化作用的氮化物，然后采用光刻，干法蚀刻和金属气相沉积，形成欧姆电极后，在欧姆电极间采用光刻和干法蚀刻开凹槽，然后将栅极沉积于凹槽内。经过这样处理后的器件，漏极射频电流损失小，器件击穿电压和输出功率得以提高。
文档编号H01L21/335GK101162695SQ20061014075
公开日2008年4月16日 申请日期2006年10月9日 优先权日2006年10月9日
发明者(发明人请求不公布姓名) 申请人:西安能讯微电子有限公司