叠层栅介质GaN基绝缘栅高电子迁移率晶体管及制作方法与流程

技术特征：

1.一种叠层栅介质GaN基绝缘栅高电子迁移率晶体管，自下而上包括衬底(1)、AlN成核层(2)、GaN缓冲层(3)、AlN插入层(4)、AlGaN势垒层(5)、GaN帽层(6)、SiN钝化层(7)、栅介质层(8)和SiN保护层(9)，GaN缓冲层(3)的两端设有源电极(10)和漏电极(11)，栅介质层(8)的中间设有栅电极(12)，源电极(10)和漏电极(11)上设有金属互联层(13)，其特征在于栅介质层(8)采用由AlN介质插入层(81)和高k介质层(82)组成的叠层结构，通过AlN介质插入层(81)改善栅介质层与GaN帽层之间的界面质量，通过高k介质层(82)改善绝缘栅高电子迁移率晶体管的关态泄漏电流和栅控能力。

2.根据权利要求1所述的叠层栅介质GaN基绝缘栅高电子迁移率晶体管，其特征在于AlN介质插入层(81)的厚度为1nm～2nm。

3.根据权利要求1所述的叠层栅介质GaN基绝缘栅高电子迁移率晶体管，其特征在于高k介质层(82)的厚度为4nm～8nm。

4.一种叠层栅介质GaN基绝缘栅高电子迁移率晶体管的制作方法，其制作步骤如下：

1)在依次包括衬底(1)、AlN成核层(2)、GaN缓冲层(3)、AlN插入层(4)、AlGaN势垒层(5)和GaN帽层(6)外延基片的GaN缓冲层(3)上制作源电极(10)和漏电极(11)；

2)在GaN帽层(6)上光刻有源区的电隔离区域，利用感应耦合等离子刻蚀ICP工艺或离子注入工艺制作器件有源区的电隔离；

3)在源电极(10)、漏电极(11)和有源区的GaN帽层(6)上，利用等离子增强化学气相沉积PECVD工艺生长SiN钝化层(7)；

4)在SiN钝化层(7)上光刻栅槽区域，并利用ICP工艺对该栅槽区域内的SiN钝化层(7)进行刻蚀，刻蚀深度至GaN帽层(6)；

5)在栅槽区域的GaN帽层(6)和栅槽区域以外的SiN钝化层(7)上，利用原子层沉积ALD工艺制备栅介质层(8)；

6)在栅介质层(8)上光刻栅电极区域，并利用电子束蒸发工艺制作栅电极(12)；

7)在栅电极(12)和栅电极区域以外的SiN钝化层(7)上，利用PECVD工艺生长SiN保护层(9)；

8)在SiN保护层(9)上光刻金属互联层开孔区，并利用ICP工艺依次刻蚀掉互联开孔区的SiN保护层(9)、栅介质层(8)、SiN钝化层(7)；

9)在金属互联层开孔区和未开孔刻蚀的SiN保护层(9)上光刻金属互联层区域，并利用电子束蒸发工艺制作金属互联层(13)，用于引出源电极(10)和漏电极(11)，完成器件制作。

5.根据权利要求4所述的方法，其中步骤5)所述的利用ALD工艺制备栅介质层(8)，其步骤如下：

5a)将制作完栅槽刻蚀的样品放入化学溶液中进行清洗，去除栅槽区域的GaN帽层(6)和栅槽区域以外的SiN钝化层(7)表面的杂质；

5b)将样品放入等离子增强原子层沉积PEALD设备中，利用远程等离子体对栅槽区域的GaN帽层(6)表面进行原位预处理；

5c)在栅槽区域的GaN帽层(6)和栅槽区域以外的SiN钝化层(7)上，利用等离子增强原子层沉积PEALD工艺生长厚度为1nm～2nm的AlN介质插入层(81)；

5d)在AlN介质插入层(81)上，利用热型ALD工艺生长厚度为4nm～8nm高k介质层(82)；

5e)利用快速热退火工艺对样品进行退火处理，改善栅介质层的质量和器件界面特性。

6.根据权利要求5所述的方法，其中步骤5b)中对栅槽区域表面进行原位预处理，是在等离子增强原子层沉积PEALD设备中利用远程等离子体进一步移除栅槽区域的GaN帽层(6)表面的杂质和自然氧化层，其移除的工艺条件如下：

反应气体为NH₃和N₂混合气体，

衬底温度为300℃，

射频源功率设置为200W，

移除时间为5min。

7.根据权利要求5所述的方法，其中步骤5c)中生长AlN介质插入层(81)的工艺条件如下：

反应前驱体源为NH₃和TMA，

衬底温度为300℃，

射频源功率为50W，

反应腔室压力为0.3Torr。

8.根据权利要求5所述的方法，其中步骤5d)中生长高k介质层(82)的工艺条件如下：

反应前驱体氧源为H₂O或O₃，

反应前驱体金属有机物源为TMA或TEMAH，

衬底温度为300℃，

反应腔室压力为0.3Torr。