本发明涉及半导体集成技术领域，尤其涉及一种gan基增强型mos高电子迁移率晶体管器件及其制备方法。
背景技术：
gan材料及器件的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点。gan材料与sic和金刚石材料一起被誉为第三代半导体材料。gan材料具有禁带宽度宽、临界击穿电场高、电子饱和速度高、热导率高、异质结界面二维电子气浓度高等优点，是下一代功率器件的理想替代品。
传统的gan器件的工作模式多为耗尽型器件，在开关型电路中，存在功耗高和设计复杂的问题。为了满足gan电力电子器件的商用需求，提高电路工作的安全性，gan基增强型moshemt器件已经成为当前的一个重要的研究方向。
为了实现增强型工作，目前gan基增强型moshemt(高电子迁移率晶体管)器件通常采用凹栅槽技术，通过刻蚀技术减薄势垒层厚度，凹栅槽技术对刻蚀设备要求比较高，而且会造成晶格损伤，工艺重复性差，影响器件的稳定性和可靠性。超薄势垒无刻蚀gan基增强型moshemt器件具有重要的研究价值和广阔的应用前景。
技术实现要素：
本发明目的在于采用高k栅介质层作为扩散势垒层和保护层，将gan基moshemt器件栅极区域的aln势垒层氧化成为alon，降低器件栅极下方势垒层的极性，使得所述gan沟道层栅极区域的二维电子气耗尽，实现无刻蚀的gan基增强型moshemt器件，本发明将公开一种gan基增强型moshemt器件及其制备方法。
为达到上述目的，本发明提供一种gan基增强型moshemt器件，所述gan基增强型moshemt器件由衬底、缓冲层、gan沟道层、algan势垒层、aln势垒层、alon介质层、钝化层、高k栅介质层、栅金属层、和源漏金属层组成。
所述缓冲层叠置在所述衬底之上；所述gan沟道层叠置在所述缓冲层之上：所述algan势垒层叠置在所述gan沟道层之上；所述aln势垒层叠置在所述algan势垒层之上的两侧；所述alon介质层叠置在所述algan势垒层之上靠近一侧的位置，且其两侧与所述aln势垒层相接；所述源漏金属层叠置在所述aln势垒层之上并处于所述gan基增强型moshemt器件的两侧；所述钝化层处于所述aln势垒层和所述源漏金属层的靠近栅极一侧之上，且覆盖所述源漏金属层靠近栅极一侧的侧壁；所述高k栅介质层叠置在所述钝化层和所述alon介质层之上；所述栅金属层叠置在所述高k栅介质层的栅极区域部分之上。
所述衬底为硅、蓝宝石、碳化硅单晶衬底中的一种。
所述缓冲层可以为aln、algan、gan中的一种或其叠层组合而成，所述缓冲层的厚度在1微米-3微米之间。
所述gan沟道层的厚度在1纳米-1微米之间。
所述algan势垒层的厚度在3埃-6纳米之间。
所述aln势垒层的厚度在3埃-4纳米之间。
所述alon介质层的宽度与所述钝化层之间的距离基本相同。
所述钝化层可以为氮化硅、氧化硅或铝基、锆基、铪基、钆基、镓基、镧基、钽基氧化物，所述钝化层的厚度在1纳米-100纳米之间；
所述高k栅介质层可以为高介电常数的氧化物，包括铝基、锆基、铪基、钆基、镓基、镧基、钽基、钇基氧化物，所述高k栅介质层的氧化物中的掺杂元素可以为铝、锆、铪、钆、镓、镧、钽、氮、磷、钇中的一种或多种，所述高k栅介质层的厚度在3埃-6纳米之间。
所述栅金属层可以为氮化钽、氮化钛、钛、镍、铂、金、钨或铝的一层或多层金属组合而成，所述栅金属层的厚度在1纳米-1微米之间。
所述源漏金属层可以是镍、锗、金、钯、钛、铜、铂、钨、铝的一层或多层金属组合而成，所述源漏金属层的厚度在1纳米-1微米之间。
此外，本发明还提供一种前述gan基增强型moshemt器件的制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：在所述衬底上依次外延所述缓冲层、所述gan沟道层、所述algan势垒层、aln单晶层；
步骤2：在所述aln单晶层之上的两侧通过光刻、蒸发、剥离的方式形成所述源漏金属层；
步骤3：沉积所述钝化层的材料层，采用光刻、剥离、干法刻蚀或湿法腐蚀的方式去除栅极区域的所述钝化层的材料层；
步骤4：沉积所述高k栅介质的材料层，利用含臭氧气体或氧等离子体透过所述高k栅介质层的材料层来氧化栅极区域的aln单晶层，生成所述alon介质层；
步骤5：在所述高k栅介质的材料层上形成所述栅金属层；
步骤6：去除所述源漏金属层上的部分所述钝化层的材料层和部分所述高k栅介质层的材料层，形成所述钝化层和所述高k栅介质层。
所述步骤1中，是采用mbe(分子束外延)或mocvd(金属有机化合物化学气相沉积)的方式外延所述缓冲层、所述gan沟道层、所述algan势垒层、aln单晶层。
所述步骤2中，需要先用有机化学试剂清洗步骤1所获得的外延衬底，在源漏金属蒸发前用稀释的盐酸或磷酸去除样品表面的自然氧化物。
所述步骤3中，所述钝化层的材料层的沉积方法包括原子层沉积、等离子增强化学气相沉积、磁控溅射、分子束外延或金属有机化学气相沉积中的一种或多种沉积方法。
所述步骤4中，所述高k栅介质层的材料层的沉积方法包括原子层沉积、等离子增强化学气相沉积、磁控溅射、分子束外延或金属有机化学气相沉积中的一种或多种沉积方法；所述含臭氧气体是臭氧，或臭氧与氮气、氦气、氩气中的一种或多种混合后的气体，所述含臭氧气体透过所述高k栅介质层的材料层来氧化栅极区域的aln单晶层，所述氧化的时间可以为1毫秒-5小时之间；所述氧等离子体是由氧气、臭氧、氦气、氩气中的的一种或多种混合后的气体，经过等离子体发生器离化形成的等离子体，所述等离子体发生器工作功率在0-200瓦每平方厘米之间，所述氧等离子体透过所述高k栅介质层的材料层来氧化栅极区域的aln单晶层，所述氧等离子体的氧化时间可以为1毫秒-5小时之间；所述栅极区域的aln单晶层氧化成为所述alon介质层以后，可以降低所述gan沟道层栅极区域上方界面的极性，使得所述gan沟道层栅极区域的二维电子气耗尽，可以用于制备增强型moshemt器件。
所述步骤5中，采用光刻、蒸发、刻蚀或剥离的方式形成所述栅金属层。
所述步骤6中，采用光刻、刻蚀或腐蚀的方式去除所述源漏金属层上的部分所述钝化层的材料层和部分所述高k栅介质层的材料层，形成所述钝化层和所述高k栅介质层
本发明的优点和技术效果如下：
所述gan基增强型moshemt器件相比传统的凹栅槽gan基增强型moshemt器件具有以下优势：①在制备方法上，不需要对栅槽势垒层进行干法刻蚀，避免了刻蚀晶格损伤和工艺重复性差等问题；②采用高k栅介质作为氧化源的阻挡层，可以有效避免氧等离子体与aln层直接接触，降低了氧化过程中的离子损伤；③采用高k栅介质作为氧化源的阻挡层，可以通过控制高k栅介质的厚度以及氧化时的工艺参数，精确控制alon的生长；④所生成的alon介质层可以作为gan基增强型moshemt的栅介质，无需去除。
附图说明
图1为本发明所提供的gan基增强型moshemt器件的结构示意图；
图2在衬底上外延所述缓冲层、所述gan沟道层、所述algan势垒层、aln单晶层后的结构示意图；
图3为形成所述源漏金属层后的结构示意图；
图4为沉积所述钝化层的材料层并在栅极区域开孔后的结构示意图；
图5为沉积所述高k栅介质层的材料层后的结构示意图；
图6为形成所述alon介质层后的结构示意图；
图7为形成所述栅金属层后的的结构示意图；
其中：
1为衬底、2为缓冲层、3为gan沟道层、4为algan势垒层、5为aln势垒层、6为源漏金属层、7为钝化层、8为高k栅介质层、9为alon介质层、10为栅金属层、11为二维电子气一、5a为aln单晶层、11a为二维电子气二、7a为钝化层的材料层、8a为高k栅介质层的材料层。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本实施例具体描述本发明所提供的一种gan基增强型moshemt器件及其制备方法。
如图1所示，本实施例所提供的gan基增强型moshemt器件，由衬底1、缓冲层2、gan沟道层3、algan势垒层4、aln势垒层5、alon介质层9、钝化层7、高k栅介质层8、栅金属层10、和源漏金属层6组成。
所述缓冲层2叠置在所述衬底1之上；所述gan沟道层3叠置在所述缓冲层2之上：所述algan势垒层4叠置在所述gan沟道层3之上；所述aln势垒层5叠置在所述algan势垒层4之上的两侧；所述alon介质层9叠置在所述algan势垒层4之上靠近一侧的位置(非对称结构可以增大漏极击穿电压)，且其两侧与所述aln势垒层5相接；所述源漏金属层6叠置在所述aln势垒层5之上并处于所述gan基增强型moshemt器件的两侧；所述钝化层7处于所述aln势垒层5和所述源漏金属层6的靠近栅极一侧之上，且覆盖所述源漏金属层6靠近栅极一侧的侧壁；所述高k栅介质层8叠置在所述钝化层7和所述alon介质层9之上；所述栅金属层10叠置在所述高k栅介质层8的栅极区域部分之上；在所述aln势垒层5下方的所述algan势垒层4和所述gan沟道层3界面形成二维电子气一11。
所述衬底1为硅。
所述缓冲层2为aln/algan/gan叠层结构，所述缓冲层2的厚度为1.5微米。
所述gan沟道层3的厚度为50纳米。
所述algan势垒层4的厚度为5纳米。
所述aln势垒层5的厚度为2纳米。
所述alon介质层9的宽度与所述钝化层7之间的距离基本相同。
所述钝化层7为氮化硅，所述钝化层7的厚度为30纳米，所述钝化层7之间的距离为200纳米。
所述高k栅介质层8为三氧化二铝，所述高k栅介质层8的厚度为2纳米。
所述栅金属层10为ni/au叠层，所述栅金属层10的厚度为200纳米。
所述源漏金属层6为ti/al/ni/au，所述源漏金属层6的厚度为200纳米。
此外，本实施例还提供一种前述gan基增强型moshemt器件的制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：如图2所示，在所述衬底1上依次外延所述缓冲层2、所述gan沟道层3、所述algan势垒层4、aln单晶层5a；
步骤2：如图3所示，在所述aln单晶层5a之上的两侧通过光刻、蒸发、剥离的方式形成所述源漏金属层6；
步骤3：如图4所示，沉积所述钝化层的介质层材料，采用光刻、剥离、干法刻蚀的方式去除栅极区域的所述钝化层的介质层材料，形成所述钝化层的材料层7a；
步骤4：如图5和图6所示，沉积所述高k栅介质的材料层8a，利用氧等离子体透过所述高k栅介质层的材料层8a来氧化栅极区域的aln单晶层5a，生成所述alon介质层9；
步骤5：如图7所示，在所述高k栅介质的材料层8a上形成所述栅金属层10；
步骤6：如图7和图1所示，去除所述源漏金属层6上的部分所述钝化层的材料层7a和部分所述高k栅介质层的材料层8a，形成所述钝化层7和所述高k栅介质层8。
所述步骤1中，是采用mocvd的方式外延所述缓冲层2、所述gan沟道层3、所述algan势垒层4、aln单晶层5a，在所述gan沟道层3和所述algan势垒层4的界面形成二维电子气二11a。
所述步骤2中，需要先依次采用丙酮、乙醇、去离子水来清洗步骤1所获得的外延衬底，并用高纯氮气吹干，在源漏金属蒸发前用稀释的盐酸去除样品表面的自然氧化物。
所述步骤3中，所述钝化层的材料层7a的沉积方法为等离子增强化学气相沉积，所述钝化层的材料层7a为氮化硅，厚度为30纳米。
所述步骤4中，所述高k栅介质层的材料层8a的沉积方法为原子层沉积；所述氧等离子体是由氧气经过等离子体发生器离化形成的等离子体，所述等离子体发生器工作功率为100瓦每平方厘米，所述氧等离子体透过所述高k栅介质层的材料层8a来氧化栅极区域的aln单晶层5a，所述氧等离子体的氧化时间为20分钟；所述栅极区域的aln单晶层5a氧化成为所述alon介质层9以后，可以降低所述gan沟道层3栅极区域上方界面的极性，使得所述gan沟道层3栅极区域的二维电子气耗尽，可以用于制备增强型moshemt器件。
所述步骤5中，采用光刻、蒸发、刻蚀或剥离的方式形成所述栅金属层10。
所述步骤6中，采用光刻、刻蚀的方式去除所述源漏金属层6上的部分所述钝化层的材料层7a和部分所述高k栅介质层的材料层8a，形成所述钝化层7和所述高k栅介质层8
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。