低射频损耗硅基氮化镓高电子迁移率晶体管及其制作方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115863392A(43)申请公布日2023.03.28(21)申请号202211656341.5(22)申请日2022.12.22(71)申请人西安电子科技大学地址710071陕西省西安市太白南路2号(72)发明人薛军帅孙文博吴冠霖姚佳佳袁金渊郭壮张进成郝跃(74)专利代理机构陕西电子工业专利中心61205专利代理师王品华(51)Int.Cl.H01L29/06(2006.01)H01L21/335(2006.01)H01L29/778(2006.01)H01L29/20(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称低射频损耗硅基氮化镓高电子迁移率晶体管及其制作方法(57)摘要本发明公开了一种低射频损耗硅基氮化镓高电子迁移率晶体管，主要解决现有硅衬底上氮化镓材料与硅衬底界面漏电及器件射频损耗大的问题。其自下而上包括硅衬底、射频损耗抑制层、沟道层、AlN插入层、势垒层，该势垒层上依次设有绝缘栅介质层和栅电极，两侧为源、漏电极。该射频损耗抑制层为AlN与过渡金属氮化物ScYAlN复合叠层结构，过渡金属氮化物层组分沿生长方向从AlN渐变到与沟道层面内晶格常数匹配的组分。本发明能避免硅衬底上采用MOCVD高温生长AlN成核层时铝原子与硅衬底的回熔刻蚀，抑制异质外延界面漏电和器件射频功率损耗，提高硅基氮化镓器件击穿电压和可靠性，可用于微波毫米波射频集成电路和高能效功率开关。CN115863392ACN115863392A权利要求书1/2页1.一种低射频损耗硅基氮化镓高电子迁移率晶体管，自下而上，包括衬底(1)、沟道层(3)、AlN插入层(4)、势垒层(5)，其特征在于：所述衬底(1)采用硅材料，且与沟道层(3)之间设有射频损耗抑制层(2)；所述射频损耗抑制层(2)由AlN与过渡金属氮化物ScwYxAlyN的复合叠层结构构成，其单个叠层内AlN层厚度为0.5nm‑5nm，ScwYxAlyN层厚度为0.5nm‑10nm，总厚度为50nm‑900nm；该过渡金属氮化物ScwYxAlyN层的每层内组分保持不变，不同层之间的组分沿着生长方向从AlN渐变到与沟道层面内晶格常数匹配的组分，每层内的组分0≤w≤0.35、0≤x≤0.25、0<y<1，且w+x+y＝1；所述势垒层(5)的上部依次设有绝缘栅介质层(6)和栅电极，两侧为源电极和漏电极。2.如权利要求1所述的晶体管，其特征在于：所述沟道层(3)，采用GaN、或InGaN、或AlGaN，其厚度为10nm‑2000nm。3.如权利要求1所述的晶体管，其特征在于：所述AlN插入层(4)，其厚度为1nm‑2nm。4.如权利要求1所述的晶体管，其特征在于：所述势垒层(5)，采用AlGaN、InAlN、AlN、InAlGaN、ScAlN、YAlN、BAlN、AlPN、BPN中的任意一种，其厚度为3nm‑30nm。5.如权利要求1所述的晶体管，其特征在于：所述绝缘栅介质层(6)，采用Al2O3、或HfO2、或HfAlO介质层，其厚度为5nm‑20nm。6.一种低射频损耗硅基氮化镓高电子迁移率晶体管的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在衬底基片(1)上，利用分子束外延方法生长厚度为50nm‑900nm的射频损耗抑制层(2)；2)用金属有机物化学气相淀积方法，在射频损耗抑制层(2)上生长厚度为10nm‑2000nm的沟道层(3)；3)用金属有机物化学气相淀积方法，在沟道层(3)上生长厚度为1nm‑2nm的AlN插入层(4)；4)用金属有机物化学气相淀积方法，在AlN插入层(4)上生长厚度为3nm‑30nm的势垒层(5)；5)在势垒层(5)上以光刻胶为掩膜，采用干法刻蚀方法，刻蚀势垒层至沟道层表面，形成源电极和漏电极区域凹槽；6)采用电子束蒸发工艺，在源电极和漏电极区域凹槽中淀积Ti/Al/Ni/Au金属组合，并在830℃氮气气氛下退火，形成源电极和漏电极；7)采用原子层淀积工艺，在势垒层(5)上方源漏电极之间区域生长5nm‑20nm的绝缘栅介质层(6)；8)采用光刻工艺在绝缘栅介质层(6)表面定义栅电极图形，再采用电子束蒸发工艺，在绝缘栅介质层(6)上淀积Ni/Au金属组合，形成栅电极，完成器件制作。7.如权利要求6所述的制作方法，其特征在于：所述步骤1)中的分子束外延方法，其工艺条件如下：温度为550℃‑750℃；氮气流量为0.6sccm‑3.0sccm；铝束流平衡蒸气压为0.6×10‑7Torr‑3.2×10‑7Torr；2CN115863392A权利要求书2/2页钪束流平衡蒸气压为0.9×10‑8Torr‑2.5×10‑8Torr；钇束流平衡蒸气压为0.6×10‑8Torr‑1.8×10‑8Torr；氮气射频源功