AlGaN/GaNMIS-HEMT的制作方法与流程

本发明实施例涉及半导体领域，尤其涉及一种algan/ganmis-hemt的制作方法。

背景技术：

随着高效完备的功率转换电路和系统需求的日益增加，具有低功耗和高速特性的功率器件最近吸引了很多关注。氮化镓gan是第三代宽禁带半导体材料，由于其具有大禁带宽度(3.4ev)、高电子饱和速率(2e7cm/s)、高击穿电场(1e10--3e10v/cm)，较高热导率，耐腐蚀和抗辐射性能，在高压、高频、高温、大功率和抗辐照环境条件下具有较强的优势，被认为是研究短波光电子器件和高压高频率大功率器件的最佳材料。

目前，氮化铝镓/氮化镓高电子迁移率晶体管(algan/ganhighelectronmobilitytransistor，简称algan/ganhemt)是功率器件中的研究热点，这是因为algan/gan抑制结处形成高浓度、高迁移率的二维电子气(2deg),同时异质结对2deg具有良好的调节作用。由于，hemt的栅极可以是肖特基结构，也可以是金属绝缘层半导体(metalinsulatorsemiconductor，简称mis)结构，因此，氮化铝镓/氮化镓金属绝缘层半导体-高电子迁移率晶体管(algan/ganmetalinsulatorsemiconductor-highelectronmobilitytransistor，简称algan/ganmis-hemt)是algan/ganhemt的一种，且两者工作原理相同。

但是通过现有的制作工艺制造出的algan/ganmis-hemt的栅控能力较小、导通电阻较大，严重影响了algan/ganmis-hemt的开关特性。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种的algan/ganmis-hemt的制作方法，以提高algan/ganmis-hemt的开关特性。

本发明实施例的一个方面是提供一种algan/ganmis-hemt的制作方法，包括：

在硅衬底的表面上依次生长氮化镓gan介质层、氮化铝镓algan介质层、氮化镓帽层；

对所述氮化镓帽层进行δ掺杂形成含有δ掺杂层的氮化镓帽层，并在所述δ掺杂层的表面上生长氮化硅si3n4介质层；

对所述si3n4介质层的第一区域和第二区域进行刻蚀，以露出所述第一区域和所述第二区域分别对应的δ掺杂层；

在露出的所述δ掺杂层和剩余的所述si3n4介质层上表面沉积第一金属层；

对所述第一金属层进行光刻、刻蚀，以露出所述si3n4介质层并形成欧姆接触电极；

沿着露出的所述si3n4介质层的表面的预定区域向下进行干法刻蚀，直到刻蚀掉部分的所述algan介质层，被刻蚀掉的所述si3n4介质层、所述含有δ掺杂层的氮化镓帽层和部分所述algan介质层形成栅极接触孔；

在所述栅极接触孔中沉积所述si3n4介质层作为栅介质，且所述栅介质的表面低于所述栅极接触孔的孔口所在表面；

在所述栅介质的表面、所述露出的si3n4介质层和所述欧姆接触电极的上表面生长第二金属层，并对所述第二金属层进行光刻、刻蚀形成栅极，以完成所述algan/ganmis-hemt的制作。

本发明实施例提供的algan/ganmis-hemt的制作方法，通过对氮化镓帽层进行低损伤的选择性刻蚀，增强了algan/ganmis-hemt的栅控能力，并通过带δ掺杂的极化电荷补偿技术来减小氮化镓帽层的导通电阻，从而提高了algan/ganmis-hemt的开关特性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的algan/ganmis-hemt的制作方法流程图；

图2为执行本发明实施例制作过程中algan/ganmis-hemt的剖面示意图；

图3为执行本发明实施例制作过程中algan/ganmis-hemt的剖面示意 图；

图4为执行本发明实施例制作过程中algan/ganmis-hemt的剖面示意图；

图5为执行本发明实施例制作过程中algan/ganmis-hemt的剖面示意图；

图6为执行本发明实施例制作过程中algan/ganmis-hemt的剖面示意图；

图7为执行本发明实施例制作过程中algan/ganmis-hemt的剖面示意图；

图8为执行本发明实施例制作过程中algan/ganmis-hemt的剖面示意图；

图9为执行本发明实施例制作过程中algan/ganmis-hemt的剖面示意图。

具体实施方式

图1为本发明实施例提供的algan/ganmis-hemt的制作方法流程图。为了对本实施例中的方法进行清楚系统的描述，图2-图9为执行本发明实施例方法过程中algan/ganmis-hemt的剖面示意图，如图1所示，所述方法包括：

步骤s101、在硅衬底的表面上依次生长氮化镓gan介质层、氮化铝镓algan介质层、氮化镓帽层；

如图2所示，在硅衬底的表面上依次生长氮化镓gan介质层、氮化铝镓algan介质层、氮化镓帽层，执行步骤s101后的algan/ganmis-hemt的剖面示意图如图2所示，其中，硅衬底用20表示，gan介质层用21表示，algan介质层用22表示，氮化镓帽层用23表示。

步骤s102、对所述氮化镓帽层进行δ掺杂形成含有δ掺杂层的氮化镓帽层，并在所述δ掺杂层的表面上生长氮化硅si3n4介质层；

在图2的基础上，对氮化镓帽层23进行δ掺杂形成含有δ掺杂层的氮化镓帽层，并在所述δ掺杂层的表面上生长氮化硅si3n4介质层，执行步骤s102后的algan/ganmis-hemt的剖面示意图如图3所示，其中，δ掺杂层用24表示，si3n4介质层用25表示。

步骤s103、对所述si3n4介质层的第一区域和第二区域进行刻蚀，以露出所述第一区域和所述第二区域分别对应的δ掺杂层；

在图3的基础上，对si3n4介质层的第一区域和第二区域进行干法刻蚀，即通过干法刻蚀刻蚀掉第一区域和第二区域中的si3n4介质层，且刻蚀掉第一区域中的si3n4介质层后形成源端接触孔，刻蚀掉第二区域中的si3n4介质层后形成漏端接触孔。

执行步骤s103后的algan/ganmis-hemt的剖面示意图如图4所示，其中，刻蚀掉第一区域中的si3n4介质层后形成的源端接触孔用30表示，刻蚀掉第二区域中的si3n4介质层后形成的漏端接触孔用31表示。

步骤s104、在露出的所述δ掺杂层和剩余的所述si3n4介质层上表面沉积第一金属层；

具体地，在露出的所述δ掺杂层24和剩余的所述si3n4介质层25上表面沉积第一金属层，执行步骤s104后的algan/ganmis-hemt的剖面示意图如图5所示，其中，沉积的第一金属层用26表示。

在本发明实施例中，所述在露出的所述δ掺杂层和剩余的所述si3n4介质层上表面沉积第一金属层之前，还包括：对所述露出的所述δ掺杂层和剩余的所述si3n4介质层上表面进行清洗。

具体的，在露出的所述δ掺杂层和剩余的所述si3n4介质层上表面沉积第一金属层之前，采用dhf+sc1+sc2方法对露出的所述δ掺杂层和剩余的所述si3n4介质层的表面进行清洗，其中，dhf表示用稀氟氢酸清洗，sc1表示标准化第一步清洗，sc2表示标准化第二步清洗，三次清洗的时间均为60s。

优选的，所述第一金属层为欧姆接触金属，所述欧姆接触金属包括四层介质，所述四层介质按照从下到上的顺序依次为钛、铝、钛和氮化钛。

具体的，采用磁控溅射镀膜工艺沉积第一金属层，第一金属层为欧姆接触金属，欧姆接触金属包括四层，第一层为钛，第二层为铝，第三层为钛，第四层为氮化钛，并且从第一层到第四层的顺序与algan/ganmis-hemt的剖面示意图中从下到上的顺序一致。

步骤s105、对所述第一金属层进行光刻、刻蚀，以露出所述si3n4介质层并形成欧姆接触电极；

对第一金属层26的一部分进行光刻、刻蚀，以露出所述si3n4介质层，未刻蚀掉的第一金属层26分别构成欧姆接触电极，该欧姆接触电极包括源极和漏极，执行步骤s105后的algan/ganmis-hemt的剖面示意图如图6所示，其中，源极用27表示，漏极用28表示。

所述对所述第一金属层进行光刻、刻蚀，以露出所述si3n4介质层并形成欧姆接触电极之后，还包括：在840℃的条件下，在n2氛围内退火30s，以便形成良好的欧姆接触的金属电极。

所述对所述第一金属层进行光刻，包括：对所述第一金属层依次进行涂胶、曝光、显影。

步骤s106、沿着露出的所述si3n4介质层的表面的预定区域向下进行干法刻蚀，直到刻蚀掉部分的所述algan介质层，被刻蚀掉的所述si3n4介质层、所述含有δ掺杂层的氮化镓帽层和部分所述algan介质层形成栅极接触孔；

在图6的基础上，沿着露出的所述si3n4介质层25的表面的预定区域向下进行干法刻蚀，直到刻蚀掉部分的所述algan介质层22，该预定区域小于露出的所述si3n4介质层25的表面区域，被刻蚀掉的所述si3n4介质层25、所述含有δ掺杂层24的氮化镓帽层23和部分所述algan介质层22形成栅极接触孔，执行步骤s106后的algan/ganmis-hemt的剖面示意图如图7所示，其中，栅极接触孔用29表示。

步骤s107、在所述栅极接触孔中沉积所述si3n4介质层作为栅介质，且所述栅介质的表面低于所述栅极接触孔的孔口所在表面；

在图7的基础上，在栅极接触孔29中沉积所述si3n4介质层作为栅介质，执行步骤s107后的algan/ganmis-hemt的剖面示意图如图8所示，栅介质用32表示，且栅介质32的表面低于图7中栅极接触孔29的孔口所在表面，即栅介质32并未将栅极接触孔29填满。

所述在所述栅极接触孔中沉积所述si3n4介质层作为栅介质，且所述栅介质的表面低于所述栅极接触孔的孔口所在表面之前，还包括：采用hcl清洗所述栅极接触孔。

步骤s108、在所述栅介质的表面、所述露出的si3n4介质层和所述欧姆接触电极的上表面生长第二金属层，并对所述第二金属层进行光刻、刻蚀形 成栅极，以完成所述algan/ganmis-hemt的制作。

在图8的基础上，在栅介质32的表面，露出的si3n4介质层25、源极27和漏极28的上表面采用磁控溅射镀膜工艺沉积第二金属层，并对所述第二金属层进行光刻、刻蚀处理，形成栅极，此处，对所述第二金属层进行光刻、刻蚀处理与上述步骤s105对所述第一金属层进行光刻、刻蚀处理的过程一致，此处不再赘述，执行步骤s108后的algan/ganmis-hemt的剖面示意图如图9所示，栅极用33表示，如图9所示的结构为最终制作成的algan/ganmis-hemt的剖面示意图。

优选的，所述第二金属层包括两层介质，所述两层介质按照从下到上的顺序依次为镍和金。所述对所述第二金属层进行光刻，包括：对所述第二金属层依次进行涂胶、曝光、显影。

本发明实施例通过对氮化镓帽层进行低损伤的选择性刻蚀，增强了algan/ganmis-hemt的栅控能力，并通过带δ掺杂的极化电荷补偿技术来减小氮化镓帽层的导通电阻，提高了algan/ganmis-hemt的开关特性。

综上所述，本发明实施例通过对氮化镓帽层进行低损伤的选择性刻蚀，增强了algan/ganmis-hemt的栅控能力，并通过带δ掺杂的极化电荷补偿技术来减小氮化镓帽层的导通电阻，从而提高了algan/ganmis-hemt的开关特性。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中， 也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。