一种P型栅增强型HEMT器件及其制作方法

本申请涉及半导体，具体而言，涉及一种p型栅增强型hemt器件及其制作方法。

背景技术：

1、gan材料因其具有较宽的禁带和高的饱和电子漂移速度，使其在表征电子器件性能的baliga品质因数方面极具优势，使用gan材料制作的功率器件预期生产成本低，而且高压、高频开关上具备实现大功率、高效率、小体积、耐高温的电子开关器件的巨大潜力。

2、传统的基于gan/algan异质结的gan hemt是常开型，工作中实现器件的常关操作需要加电源或者配合si mosfet工作，带来工作中的风险和器件成本，因此实现常关的增强型gan hemt制作意义重大。

3、目前，成熟的增强型gan hemt一般采用栅极p型gan来耗尽栅极沟道处的二维电子气(2deg)，从而实现无偏压下的常关操作。且目前p型栅增强型gan hemt一般采用icp刻蚀非栅极区域的p型gan实现，通过优化工艺已可以实现gan和algan的刻蚀选择比达30以上，但是icp刻蚀gan和algan会产生晶格损伤，同时也会在刻蚀表面形成大量的空位和悬挂键等表面态，影响器件性能。

4、综上，现有技术中存在增强型gan hemt在进行icp刻蚀中容易产生刻蚀损伤的问题。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种p型栅增强型hemt器件及其制作方法，以解决现有技术中存在的增强型gan hemt在进行icp刻蚀中容易产生刻蚀损伤的问题。

2、为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

3、一方面，本申请实施例提供了一种p型栅增强型hemt器件制作方法，所述方法包括：

4、提供一衬底；

5、基于所述衬底的表面生长外延层，其中，所述外延层包括逐层设置的缓冲层、沟道层、势垒层以及p型盖帽层；

6、定义栅极区，并基于所述栅极区的四周刻蚀隔离槽，其中，所述隔离槽延伸至所述势垒层；

7、基于所述隔离槽与位于栅极区的p型盖帽层的表面制作介质层；

8、对位于栅极区外的所述势垒层的表面以及p型盖帽层进行高温脱附处理，以将位于栅极区外的p型盖帽层去除，并在势垒层的表面形成脱附层；

9、基于所述介质层的表面制作栅极，并基于所述脱附层的表面制作源极与漏极。

10、可选地，对位于栅极区外的所述势垒层的表面以及p型盖帽层进行高温脱附处理的步骤包括：

11、在脱附温度为950℃～1100℃、脱附压力为100mbar-300mbar、脱附气氛为h2与n2，且h2流量与n2流量之比大于0.5、脱附时间大于150s的条件下进行高温脱附处理。

12、可选地，对位于栅极区外的所述势垒层的表面以及p型盖帽层进行高温脱附处理的步骤包括：

13、在脱附温度为950℃～1100℃、脱附压力为100mbar-300mbar、脱附气氛为h2、n2以及nh3，且h2流量与n2流量之比大于0.5，nh3流量小于或等于h2流量的二十分之一、脱附时间大于150s条件下进行高温脱附处理。

14、可选地，所述p型栅增强型hemt器件的数量包括多个，多个所述p型栅增强型hemt器件交叉设置，在对位于栅极区外的所述势垒层的表面以及p型盖帽层进行高温脱附处理的步骤之前，所述方法还包括：

15、将器件置于脱附设备中，并依据所述脱附设备的气流方向与器件的栅极区长边方向调整器件位置，以使脱附设备的气流方向与器件的栅极区长边方向平行。

16、可选地，对位于栅极区外的所述势垒层的表面以及p型盖帽层进行高温脱附处理的步骤包括：

17、基于第一脱附条件对所述p型盖帽层进行高温脱附处理，并将位于栅极区外的p型盖帽层全部去除；

18、基于第二脱附条件对所述势垒层的表面进行高温脱附处理，并在所述势垒层的表面形成脱附层；其中，第一脱附条件中的脱附温度小于所述第二脱附条件中的脱附温度。

19、可选地，定义栅极区，并基于所述栅极区的四周刻蚀隔离槽的步骤包括：

20、在设置掩膜层的条件下，基于设定的刻蚀选择比对所述p型盖帽层进行刻蚀，并利用所述势垒层作为刻蚀停止层；

21、在无刻蚀选择比的条件下对所述势垒层进行刻蚀，并形成隔离槽。

22、可选地，在设置掩膜层的条件下，基于设定的刻蚀选择比对所述p型盖帽层进行刻蚀，并利用所述势垒层作为刻蚀停止层的步骤包括：

23、在bcl3流量范围为5-10sccm、cl2流量范围为20-100sccm、o2流量范围为5-20sccm的条件下，对所述p型盖帽层进行icp刻蚀；

24、在无刻蚀选择比的条件下对所述势垒层进行刻蚀，并形成隔离槽的步骤包括：

25、在bcl3流量范围为5-20sccm、cl2流量范围为40-200sccm的条件下对所述势垒层进行刻蚀。

26、可选地，基于所述栅极区的四周刻蚀隔离槽的步骤包括：

27、基于所述栅极区的四周刻蚀隔离槽，其中，所述隔离槽的底部延伸至所述势垒层厚度的二分之一处。

28、另一方面，本申请实施例还提供了一种p型栅增强型hemt器件，所述p型栅增强型hemt器件通过上述的方法制作而成，所述p型栅增强型hemt器件包括：

29、衬底；

30、位于所述衬底表面的外延层，其中，所述外延层包括逐层设置的缓冲层、沟道层、势垒层以及位于栅极区的p型盖帽层；

31、所述势垒层上设置有隔离槽，所述隔离槽设置于栅极区的四周，且所述隔离槽延伸至所述势垒层；

32、位于所述隔离槽与栅极区的p型盖帽层的表面的介质层；

33、位于栅极区外的所述势垒层表面的脱附层；

34、位于介质层的表面制作栅极，以及位于所述脱附层表面的源极与漏极。

35、可选地，所述沟道层的厚度为200～300nm，所述势垒层的铝组分为20％～35％。

36、相对于现有技术，本申请具有以下有益效果：

37、本申请提供了一种p型栅增强型hemt器件及其制作方法，首先提供一衬底，再基于衬底的表面生长外延层，其中，外延层包括逐层设置的缓冲层、沟道层、势垒层以及p型盖帽层，接着定义栅极区，并基于栅极区的四周刻蚀隔离槽，其中，隔离槽延伸至势垒层；再基于隔离槽与位于栅极区的p型盖帽层的表面制作介质层；接着对位于栅极区外的势垒层的表面以及p型盖帽层进行高温脱附处理，以将位于栅极区外的p型盖帽层去除，并在势垒层的表面形成脱附层；最后基于介质层的表面制作栅极，并基于脱附层的表面制作源极与漏极。本申请通过设置介质层结合高温脱附工艺去除位于栅极区外的p型盖帽层，实现无损伤的刻蚀，从而达到了改善增强型gan hemt的工艺稳定性和导通特性的目的。

38、为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

技术特征：

1.一种p型栅增强型hemt器件制作方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的p型栅增强型hemt器件制作方法，其特征在于，对位于栅极区外的所述势垒层的表面以及p型盖帽层进行高温脱附处理的步骤包括：

3.如权利要求2所述的p型栅增强型hemt器件制作方法，其特征在于，对位于栅极区外的所述势垒层的表面以及p型盖帽层进行高温脱附处理的步骤包括：

4.如权利要求1所述的p型栅增强型hemt器件制作方法，其特征在于，所述p型栅增强型hemt器件的数量包括多个，多个所述p型栅增强型hemt器件交叉设置，在对位于栅极区外的所述势垒层的表面以及p型盖帽层进行高温脱附处理的步骤之前，所述方法还包括：

5.如权利要求1所述的p型栅增强型hemt器件制作方法，其特征在于，对位于栅极区外的所述势垒层的表面以及p型盖帽层进行高温脱附处理的步骤包括：

6.如权利要求1所述的p型栅增强型hemt器件制作方法，其特征在于，定义栅极区，并基于所述栅极区的四周刻蚀隔离槽的步骤包括：

7.如权利要求6所述的p型栅增强型hemt器件制作方法，其特征在于，在设置掩膜层的条件下，基于设定的刻蚀选择比对所述p型盖帽层进行刻蚀，并利用所述势垒层作为刻蚀停止层的步骤包括：

8.如权利要求1所述的p型栅增强型hemt器件制作方法，其特征在于，基于所述栅极区的四周刻蚀隔离槽的步骤包括：

9.一种p型栅增强型hemt器件，其特征在于，所述p型栅增强型hemt器件通过如权利要求1至8任一项所述的方法制作而成，所述p型栅增强型hemt器件包括：

10.如权利要求9所述的p型栅增强型hemt器件，其特征在于，所述沟道层的厚度为200～300nm，所述势垒层的铝组分为20％～35％。

技术总结
本申请提供了一种P型栅增强型HEMT器件及其制作方法，涉及半导体技术领域。首先提供一衬底，再基于衬底的表面生长外延层，其中，外延层包括逐层设置的缓冲层、沟道层、势垒层以及P型盖帽层，接着定义栅极区，并基于栅极区的四周刻蚀隔离槽，其中，隔离槽延伸至势垒层；再基于隔离槽与位于栅极区的P型盖帽层的表面制作介质层；接着对位于栅极区外的势垒层的表面以及P型盖帽层进行高温脱附处理，以将位于栅极区外的P型盖帽层去除，并在势垒层的表面形成脱附层；最后基于介质层的表面制作栅极，并基于脱附层的表面制作源极与漏极。本申请提供的P型栅增强型HEMT器件及其制作方法具有提升了器件工艺稳定性和导通特性的优点。

技术研发人员：张康,何晨光,吴华龙,刘宁炀,刘云洲,李祈昕,赵维,陈志涛
受保护的技术使用者：广东省科学院半导体研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21