一种具有阵列侧栅结构的HEMT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CN115881774A(43)申请公布日2023.03.31(21)申请号202211371590.XH01L21/335(2006.01)(22)申请日2022.11.03(71)申请人大连理工大学地址116023辽宁省大连市甘井子区凌工路2号(72)发明人黄火林孙楠代建勋李大卫刘艳红李书兴黄辉(74)专利代理机构大连智高专利事务所(特殊普通合伙)21235专利代理师马庆朝(51)Int.Cl.H01L29/06(2006.01)H01L29/10(2006.01)H01L29/423(2006.01)H01L29/778(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图5页(54)发明名称一种具有阵列侧栅结构的HEMT器件及其制备方法(57)摘要一种具有阵列侧栅结构的HEMT器件及其制备方法，属于半导体器件技术领域。技术方案：在衬底上依次生长缓冲层、沟道层、势垒层，源极和漏极设置在势垒层上方，栅极设置在势垒层上方、并延伸至沟道层；位于栅极区的沟道层、势垒层、栅金属形成阵列侧栅结构，阵列侧栅包括若干由沟道层和势垒层构成的纵向截面为等腰梯形的结构，侧栅结构在沟道层一侧的外角为钝角弧形。有益效果：本发明利用对沟道分区域进行浅刻蚀和深刻蚀与栅金属/半导体功函数差相结合的方式来调节沟道电子浓度，有效提升器件阈值电压和输出电流。同时可以通过优化侧栅倾角α以减小峰值电场，从而有效降低栅极漏电。CN115881774ACN115881774A权利要求书1/2页1.一种具有阵列侧栅结构的HEMT器件，其特征在于，包括：衬底、缓冲层、沟道层、势垒层、源极、漏极、栅极，在所述衬底上依次生长缓冲层、沟道层、势垒层，所述源极和漏极设置在所述势垒层上方，所述栅极设置在所述势垒层上方、并延伸至所述沟道层；位于栅极区的沟道层、势垒层、栅金属形成阵列侧栅结构，所述阵列侧栅结构包括若干由沟道层和势垒层构成的纵向截面为等腰梯形的侧栅结构，所述侧栅结构在所述沟道层一侧的外角为α，α为钝角弧形。2.如权利要求1所述的具有阵列侧栅结构的HEMT器件，其特征在于，所述衬底为硅、蓝宝石、碳化硅或GaN的任意一种。3.如权利要求1所述的具有阵列侧栅结构的HEMT器件，其特征在于，所述缓冲层为GaN，所述缓冲层的高度为2～10μm。4.如权利要求1所述的具有阵列侧栅结构的HEMT器件，其特征在于，所述沟道层为GaN，所述沟道层的高度为100nm。5.如权利要求1所述的具有阵列侧栅结构的HEMT器件，其特征在于，所述势垒层为AlGaN或可以与GaN的界面产生2DEG的材料，所述势垒层的高度为20～50nm。6.如权利要求1所述的具有阵列侧栅结构的HEMT器件，其特征在于，还包括1nm的AlN插入层，所述插入层位于所述沟道层和势垒层之间。7.一种具有阵列侧栅结构HEMT器件的制备方法，其特征在于，步骤如下：S1、外延生长：在衬底上通过金属有机化合物化学气相沉积法生长外延层；S2、台面刻蚀：通过光刻法和半导体刻蚀法或离子注入法将器件隔离；S3、源、漏欧姆接触电极制备：使用半导体光刻法定义源、漏电极区域后通过金属沉积方法沉积器件源、漏金属，将非电极区域金属剥离后通过高温快速热退火使金属合金化，形成欧姆接触；S4、沟道区刻蚀：使用半导体光刻法与半导体刻蚀工艺制作出所需的栅区浅刻蚀和沟道层深刻蚀区域，所述阵列侧栅包括若干由沟道层和势垒层构成的纵向截面为等腰梯形的结构，阵列侧栅结构在所述沟道层一侧的外角为α，α为钝角弧形；S5、栅介质层沉积：通过薄膜生长法沉积所需薄膜作为栅介质层；S6、栅电极制备：使用半导体光刻法定义栅电极区域后通过金属沉积方法沉积器件栅金属，将非电极区域金属剥离后形成栅电极；S7、器件钝化层沉积与电极开口：使用薄膜生长法沉积所需薄膜作为钝化层，然后通过光刻法定义源、漏和栅金属区域，通过半导体刻蚀技术，将暴露出的金属上方的钝化层刻蚀掉，形成电极开口方便随后封装引线。8.如权利要求7所述的具有阵列侧栅结构的HEMT器件制备方法，其特征在于，步骤S2中，采用电感耦合等离子体刻蚀或反应离子刻蚀设备，利用Cl基气体对样品进行800～1000nm的深刻蚀，实现器件隔离。9.如权利要求7所述的具有阵列侧栅结构的HEMT器件制备方法，其特征在于，步骤S3中，样品通过光刻显影后，暴露出源、漏电极区域，采用电子束蒸发沉积Ti/Al/Ni/Au复合金属结构，剥离非电极区域的金属后，在750℃氮气中退火35s，形成欧姆接触。10.如权利要求7所述的具有阵列侧栅结构的HEMT器件制备方法，其特征在于，步骤S6中，样品通过光刻显影后，暴露出栅电极区域，采用电子束蒸发沉积Ni/Au复合金属结构，栅2CN115881774A权利要求书2/2页