一种基于自停止刻蚀的pGaN栅极GaN HEMT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CN115938941A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202310016178.4(22)申请日2023.01.06(71)申请人北京大学地址100871北京市海淀区颐和园路5号(72)发明人魏进余晶晶(74)专利代理机构北京万象新悦知识产权代理有限公司11360专利代理师李稚婷(51)Int.Cl.H01L21/335(2006.01)H01L29/778(2006.01)H01L29/06(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图4页(54)发明名称一种基于自停止刻蚀的pGaN栅极GaNHEMT及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种基于自停止刻蚀的pGaN栅极GaNHEMT及其制备方法，采用特定的晶圆外延结构，在栅极pGaN帽层中靠近势垒层的部分插入了一层AlN层，形成pGaN/AlN/pGaN帽层结构；在制备时首先利用AlN与pGaN之间的高刻蚀选择比，在刻蚀上层pGaN时实现AlN表面的自停止刻蚀，然后刻蚀AlN层与下层pGaN，完成晶体管有源区pGaN/AlN/pGaN帽层结构的均匀刻蚀。该方法可以精确控制pGaN栅极GaNHEMT器件有源区pGaN/AlN/pGaN帽层结构的刻蚀深度，并且能有效避免损伤pGaN帽层与势垒层的界面，最终制备得到器件特性一致性好的高性能pGaN栅极氮化镓高电子迁移率晶体管。CN115938941ACN115938941A权利要求书1/2页1.一种pGaN栅极氮化镓高电子迁移率晶体管，基于自停止刻蚀的方法制备得到，其特征在于，在栅极pGaN帽层中靠近势垒层的部分插入了一层AlN层，形成pGaN/AlN/pGaN帽层结构；在制备时首先利用AlN与pGaN之间的高刻蚀选择比，在刻蚀上层pGaN时实现AlN表面的自停止刻蚀，然后刻蚀AlN层和下层pGaN，完成晶体管有源区pGaN/AlN/pGaN帽层结构的均匀刻蚀，得到器件特性一致性好的高性能pGaN栅极氮化镓高电子迁移率晶体管。2.如权利要求1所述的pGaN栅极氮化镓高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述晶体管包括衬底以及在衬底上由下往上依次层叠的缓冲层、沟道层、势垒层，源极、漏极和帽层结构位于势垒层上，栅极位于帽层结构之上；所述帽层结构为pGaN/AlN/pGaN三层结构，其中下层为第一栅极p型GaN帽层，中间为AlN插入层，上层为第二栅极p型GaN帽层，栅极位于第二栅极p型GaN帽层上；源极、栅极和漏极之间覆盖钝化层。3.如权利要求2所述的pGaN栅极氮化镓高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述第一栅极p型GaN帽层的厚度为10～300nm，所述AlN插入层的厚度为0.5～5nm，所述第二栅极p型GaN帽层的厚度为2～50nm。4.如权利要求2所述的pGaN栅极氮化镓高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述衬底为Si衬底、SiC衬底、蓝宝石衬底或GaN衬底；所述缓冲层选自下列材料中的一种或多种：GaN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN。5.如权利要求2所述的pGaN栅极氮化镓高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述沟道层的材料为GaN、InGaN、AlGaN或InAlGaN。6.如权利要求2所述的pGaN栅极氮化镓高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述势垒层选自下列材料中的一种或多种：GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InAlGaN。7.如权利要求2所述的pGaN栅极氮化镓高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述钝化层采用SiO2或Si3N4。8.权利要求1～7任一所述pGaN栅极氮化镓高电子迁移率晶体管的制备方法，包括以下步骤：1)在衬底上依次生长缓冲层、沟道层、势垒层、第一栅极p型GaN帽层、AlN插入层和第二栅极p型GaN帽层；2)采用电感耦合等离子体刻蚀技术，利用含氟的刻蚀气体干法刻蚀第二栅极p型GaN帽层，刻蚀界面自停止在AlN插入层的表面；3)刻蚀AlN插入层和第一栅极p型GaN帽层，形成pGaN/AlN/pGaN帽层结构；4)在势垒层和帽层结构上生长钝化层；5)刻蚀势垒层上的钝化层，形成用于淀积源漏的凹槽，然后淀积电极金属，形成源极和漏极；6)形成器件隔离；7)刻蚀帽层结构上的钝化层，形成用于淀积栅极金属的凹槽，然后生长栅极金属，形成栅极。9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在步骤2)中，干法刻蚀后将样品放入碱性溶液中浸泡，去除刻蚀之后AlN表面可能存在的氟化物。10.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤6)实现器件隔离的方法是：在器件侧面的钝化层区域进行离子注入形成器件隔离区，注入离子选自F、N、B、Ar、Fe离子中的一2CN115938941A权利要求书2/2页种或多种的组合，使该区域的钝化层及其下方的势垒层和沟道