一种具有高介电常数栅介质叠层的槽栅增强型MISHEMT器件及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116031293A(43)申请公布日2023.04.28(21)申请号202310208052.7H01L21/28(2006.01)(22)申请日2023.03.07H01L21/335(2006.01)(71)申请人华南师范大学地址510000广东省广州市天河区中山大道西55号(72)发明人李述体贺宇浩石宇豪高芳亮(74)专利代理机构北京清控智云知识产权代理事务所(特殊普通合伙)11919专利代理师仵乐娟(51)Int.Cl.H01L29/423(2006.01)H01L29/51(2006.01)H01L29/06(2006.01)H01L29/778(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图1页(54)发明名称一种具有高介电常数栅介质叠层的槽栅增强型MISHEMT器件及其制备方法(57)摘要本发明涉及一种具有高介电常数栅介质叠层的槽栅增强型MISHEMT器件及其制备方法，包括外延叠层和位于外延叠层上的高介电常数栅介质层、源极和漏极，外延叠层包括依次层叠的缓冲层、GaN通道层、AlN空间层、AlGaN势垒层和GaN帽层，栅极凹槽沿GaN帽层的表面延伸至AlGaN势垒层中一定深度；栅介质层包括依次层叠的AlON介质层、HfAlON介质层和HfTaO介质层，HfTaO介质层中，Ta组分为40％～45％。该器件结构实现了更高水平的界面层，减小了栅极漏电和亚阈值摆幅，增大了栅压摆幅，保证高k材料的非晶相，减少高k材料结晶所引起的器件电学特性的恶化。CN116031293ACN116031293A权利要求书1/2页1.一种具有高介电常数栅介质叠层的槽栅增强型MISHEMT器件，包括，衬底，位于衬底上的外延叠层，位于外延叠层上的高介电常数栅介质层、源极和漏极，位于栅介质层上的凹槽栅极，其特征在于，所述外延叠层包括依次层叠的缓冲层、GaN通道层、AlN空间层、AlGaN势垒层和GaN帽层，所述外延叠层包括一栅极凹槽，所述栅极凹槽沿所述GaN帽层的表面延伸至所述AlGaN势垒层中一定深度，所述高介电常数栅介质层沿所述GaN帽层的表面延伸至所述凹槽中；所述高介电常数栅介质层包括依次层叠的AlON栅介质层、HfAlON栅介质层和HfTaO栅介质层，所述AlON栅介质层设置于所述GaN帽层以及所述AlGaN势垒层的表面，其中所述HfTaO栅介质层中，Ta的组分为40％～45％。2.根据权利要求1的所述槽栅增强型MISHEMT器件，其特征在于，所述高介电常数栅介质层的厚度为9～26nm。3.根据权利要求1或2的所述槽栅增强型MISHEMT器件，其特征在于，所述凹槽的深度为12～28nm，其宽度为1～3μm。4.根据权利要求1或2的所述槽栅增强型MISHEMT器件，其特征在于，所述AlON栅介质层的厚度为2～7nm；所述HfAlON栅介质层的厚度为1～4nm；所述HfTaO栅介质层的厚度为6～15nm。5.根据权利要求4的所述槽栅增强型MISHEMT器件，其特征在于，所述AlGaN势垒层的Al含量为15％～30％；所述GaN帽层的厚度为1nm～5nm。6.根据权利要求1或2的所述槽栅增强型MISHEMT器件，其特征在于，所述缓冲层为碳掺杂的高阻GaN缓冲层，其厚度为1.2～3μm。7.根据权利要求4的所述槽栅增强型MISHEMT器件，其特征在于，所述源极和所述漏极设置于所述栅介质层的两端，与所述AlGaN势垒层接触；所述衬底与所述缓冲层之间还设置有一AlN成核层，所述AlN成核层的厚度为10～30nm。8.根据权利要求2、5或7的所述槽栅增强型MISHEMT器件，其特征在于，所述GaN通道层的厚度为20nm～200nm；所述AlN空间层的厚度为1～2nm。9.一种具有高介电常数栅介质叠层的槽栅增强型MISHEMT器件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：在衬底上依次外延生长AlN成核层、缓冲层、通道层、AlN空间层、AlGaN势垒层和GaN帽层形成外延叠层；刻蚀所述GaN帽层的预定区域，形成源、漏区域；在所述源、漏区域沉积金属层，退火后形成欧姆接触的源极和漏极；采用干法刻蚀工艺刻蚀预定区域的GaN帽层和部分AlGaN势垒层；进行热氧化处理，随后以GaN帽层作为掩模，采用热的碱性溶液刻蚀所述AlGaN势垒层，形成延伸至所述AlGaN势垒层中一定深度的栅极凹槽；在所述栅极凹槽中以及所述GaN帽层的表面沉积高k材料AlON作为第一栅介质层；在所述第一栅介质层上沉积高k材料HfAlON作为第二栅介质层；在所述第二栅介质层上沉积高k材料HfTaO作为第三栅介质层，其中Ta组分为40％～45％，随后在N2氛围中快速热退火；2CN116031293A权利要求书2/2页沉积栅金属层，形成凹槽栅