多沟道鳍式结构的绝缘栅AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的制作方法_2

文档序号:9599249阅读:来源:国知局

[0034]本发明采用的鳍式结构使得栅电极不仅从上端对沟道电子进行控制,而且lOOnm以内的栅鳍宽度使得栅电极能从侧面对沟道电子进行控制,明显加强了栅控能力,提高了器件跨导和增益。
[0035]3)降低了栅泄漏电流
[0036]本发明通过绝缘栅介质分担了部分栅压,减少了 AlGaN势皇层的压降,从而降低了栅泄漏电流和器件的静态功耗,提高了器件的击穿特性。
【附图说明】
[0037]图1是本发明整体结构示意图;
[0038]图2是图1的侧视图;
[0039]图3是本发明器件的制作工艺流程示意图。
【具体实施方式】
[0040]参照图1,本发明器件包括蓝宝石或SiC衬底1、第一层AIGaN/GaN异质结2、第二层AIGaN/GaN异质结3、SiN钝化层4、绝缘栅介质层5及源电极、漏电极、栅电极。其中最下层为蓝宝石或SiC衬底1 ;衬底上为厚度为1.5?2.5 μπι的本征GaN层,本征GaN层上为20?30nm厚、A1组份为30?40%的AlGaN势皇层,形成第一层AIGaN/GaN异质结2 ;该第一层AIGaN/GaN异质结2上依次设有厚度为25?35nm的GaN层和厚度为20?30nm,Al组份为30?40%的AlGaN势皇层,形成第二层AIGaN/GaN异质结3 ;第二层AIGaN/GaN异质结3的上面即顶层是AlGaN势皇层;源电极和漏电极分别位于AlGaN势皇层,即顶层的两侧,源电极与漏电极之间淀积有厚度为75?125nm的SiN钝化层4 ;SiN钝化层4的中间淀积有厚度为2?4nm的绝缘栅介质层5,该介质层覆盖在第二层异质结的顶部并包裹第一层及第二层异质结的两个侧壁,形成一个半开口的矩形框,如图2所示;绝缘栅介质层上淀积有栅电极。
[0041]参照图3,本发明器件的制作给出以下三种实施例。
[0042]实施例1:制作栅鳍宽度为lOOnm的双沟道鳍式结构的绝缘栅AIGaN/GaN高电子迀移率晶体管。
[0043]步骤1.利用M0CVD工艺,外延生长双异质结。
[0044]1.1)在SiC衬底基片上,生长厚度为1.5 μ m的本征GaN层;
[0045]1.2)在本征GaN层上生长20nm厚的AlGaN势皇层,其中Al组份为40%,在本征GaN层与AlGaN势皇层的接触位置形成二维电子气,得到第一层AIGaN/GaN异质结;
[0046]1.3)在20nm厚的AlGaN势皇层上再生长第二层厚度为25nm的本征GaN层;
[0047]1.4)在第二层本征GaN层上生长第二层20nm厚的AlGaN势皇层,其中A1组份为40%,得到第二层AIGaN/GaN异质结。
[0048]本步骤的工艺条件是:以順3为N源,M0源为Ga源,生长温度为1000°C。
[0049]步骤2.制作栅鳍和有源区。
[0050]2.1)先采用甩胶机在3500转/min的转速下甩胶,得到光刻胶掩模;再采用电子束E-beam光刻机进行曝光,形成台面有源区和lOOnm宽栅鳍的掩模图形;
[0051]2.2)将做好掩模的基片采用ICP98c型感应耦合等离子体刻蚀机在(:12等离子体中以lnm/s的刻蚀速率进行台面隔离和栅鳍刻蚀,刻蚀深度为150nm。
[0052]步骤3.电极制作和器件钝化。
[0053]3.1)源漏电极制作:
[0054]首先,采用甩胶机在5000转/min的转速下甩胶,得到光刻胶掩模厚度0.8 μ m ;
[0055]接着,在温度为80°C的高温烘箱中烘lOmin,采用NSR1755I7A光刻机进行曝光,形成源、漏区域掩模图形;
[0056]然后,采用0hmiker-50电子束蒸发台以0.lnm/s的蒸发速率进行源漏电极制作,源漏金属依次选用Ti/Al/Ni/Au,其中Ti厚度为20nm,Al厚度为120nm,Ni厚度为45nm,Au厚度为55nm ;源漏欧姆接触金属蒸发完成后进行金属剥离;
[0057]最后,再用RTP500快速热退火炉,在870°C的N2气氛中进行30s的快速热退火,对欧姆接触金属进行合金,完成源、漏电极的制作;
[0058]3.2)采用PECVD790淀积设备以ΝΗ3*Ν源,SiH4源为Si源,在最上层AlGaN势皇层上淀积厚度为125nm的SiN钝化层,淀积温度为250°C ;
[0059]3.3)制作栅槽:
[0060]首先,以5000转/min的转速在外延材料表面甩正胶,得到厚度为0.8 μ m的光刻胶掩模,再在温度为80°C的高温烘箱中烘lOmin,然后采用NSR1755I7A光刻机光刻获得栅电极图形;
[0061]接着,采用ICP98c型感应耦合等离子体刻蚀机在CF4等离子体中以0.5nm/s的刻蚀速率刻蚀去除栅区域125nm厚的SiN层,形成槽栅结构;
[0062]3.4)淀积绝缘栅介质:
[0063]采用原子层淀积技术,在反应腔体中投入TMA和H20作为反应源,淀积温度为300 °C,在槽栅区域淀积2nm厚的A1203绝缘栅介质,使其覆盖在第二层异质结的顶部并包裹第一层及第二层异质结的两个侧壁;
[0064]3.5)制作栅电极:
[0065]首先,采用甩胶机在5000转/min的转速下甩胶,得到光刻胶掩模厚度为0.8 μ m ;
[0066]接着,在温度为80°C的高温烘箱中烘lOmin,采用NSR1755I7A光刻机进行曝光,光刻对准形成覆盖整个槽栅的栅区域掩模图形;
[0067]最后,采用0hmiker-50电子束蒸发台以0.lnm/s的蒸发速率进行栅金属的蒸发,栅金属依次选用Ni/Au,其中Ni厚度为20nm,Au厚度为200nm ;蒸发完成后进行金属剥离,得到完整的栅电极,使其覆盖在绝缘栅介质层上。
[0068]步骤4.制作互联引线。
[0069]先采用甩胶机在5000转/min的转速下甩正胶;再采用NSR1755I7A光刻机进行曝光,形成电极引线掩模图形;接着采用0hmiker-50电子束蒸发台以0.3nm/s的蒸发速率对制作好掩模的基片进行引线电极金属蒸发,金属选用Ti厚度为20nm,Au厚度为200nm ?’最后在引线电极金属蒸发完成后进行剥离,得到完整的引线电极。
[0070]实施例2:制作栅鳍宽度为50nm的三沟道鳍式结构的绝缘栅AIGaN/GaN高电子迀移率晶体管。
[0071]步骤一.利用MOCVD工艺,外延生长三异质结。
[0072]la)在蓝宝石衬底基片上,以順3为N源,M0源为Ga源,生长温度为1000°C,生长厚度为2 μ m的本征GaN层;
[0073]lb)在本征GaN层上,生长25nm厚的AlGaN势皇层,其中Al组份为35%,在本征GaN层与AlGaN势皇层的接触位置形成二维电子气,得到第一层AIGaN/GaN异质结;
[0074]lc)在第一层25nm厚的AlGaN势皇层上生长第二层厚度为30nm的本征GaN层;
[0075]Id)在第二层本征GaN层上生长第二层25nm厚的AlGaN势皇层,其中A1组份为35%,得到第二层AIGaN/GaN异质结;
[0076]le)在第二层25nm厚的AlGaN势皇层上生长第三层厚度为30nm的本征GaN层;
[0077]If)在第三层本征GaN层上生长第三层25nm厚的AlGaN势皇层,其中A1组份为35 %,得到第三层AIGaN/GaN异质结。
[0078]上述步骤lb)?If)的工艺条件与la)相同。
[0079]步骤二.制作栅鳍和有源区。
[0080]2a)先采用甩胶机在3500转/min的转速下甩胶,得到光刻胶掩模;再采用电子束E-beam光刻机进行曝光,形成台面有源区和50nm宽栅鳍的掩模图形;
[0081]2b)将做好掩模的基片采用ICP98c型感应耦合等离子体刻蚀机在Cl2等离子体中以lnm/s的刻蚀速率进行台面隔离和栅鳍刻蚀,刻蚀深度为175nm。
[0082]步骤三.电极制作和器件钝化。
[0083]3a)源漏电极制作:
[0084]3al)采用甩胶机在5000转/min的转速下甩胶,得到光刻胶掩模厚度0.8 μ m ;
[0085]3a2)在温度为80°C的高温烘箱中烘lOmin,采用NSR1755I7A光刻机进行曝光,形成源、漏区域掩模图形;
[0086]3a3)采用0hmiker_50电子束蒸发台以0.lnm/s的蒸发速率进行源漏电极制作,源漏金属依次选用Ti/Al/Ni/Au,其中Ti厚度为20nm,Al厚度为120nm,Ni厚度为45nm,Au厚度为55nm ;源漏欧姆接触金属蒸发完成后进行金属剥离;
[0087]3a4)用RTP500快速热退火炉,在870°C的N2气氛中进行30s的快速热退火,对欧姆接触金属进行合金,完成源、漏电极的制作;
[0088]3b)采用PECVD790淀积设备以NH3为N源,SiH 4源为Si源,在最上层AlGaN势皇层上淀积厚度为lOOnm的SiN钝化层,淀积温度为250°C ;
[0089]3c)制作栅槽:
[0090]3cl)以5000转/min的转速在外延材料表面甩正胶,得到厚度为0.8 μ m的光刻胶掩模,再在温度为80°C的高温烘箱中烘lOmin,然后采用NSR1755I7A光刻机光刻获得栅电极图形;
[0091]3c2)采用ICP98c型感应耦合等离子体刻蚀机在CF4等离子体中以0.5nm/s的刻蚀速率刻蚀去除栅区域lOOnm厚的SiN层,形成槽栅结构;
[0092]3d)绝缘栅介质淀积:
[0093]采用原子层淀积技术,在反应腔体中投入TEMAH和H20作为反应源,淀积温度为300°C,在槽栅区域淀积3nm Hf02绝缘栅介质,使其覆盖在第三层异质结的顶部并包裹第一层、第二层及第三层异质结的两个侧壁;
[0094]3e)制作栅电极:
[0095]3el)采用甩胶机在5000转/min的转速下甩胶,得到光刻胶掩模厚度为0.8 μ m ;
[0096]3e2)在温度为80°C的高温烘箱中烘lOmin
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