一种N面GaN基CMOS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CN114446892A(43)申请公布日2022.05.06(21)申请号202210013572.8(22)申请日2022.01.06(71)申请人西安电子科技大学地址710000陕西省西安市雁塔区太白南路2号(72)发明人武玫牛雪锐侯斌杨凌张濛朱青王冲马晓华郝跃(74)专利代理机构西安嘉思特知识产权代理事务所(普通合伙)61230专利代理师王萌(51)Int.Cl.H01L21/8252(2006.01)H01L27/092(2006.01)权利要求书4页说明书13页附图6页(54)发明名称一种N面GaN基CMOS器件及其制备方法(57)摘要本发明提供的一种N面GaN基CMOS器件及其制备方法，通过在Si衬底上外延生长GaN缓冲层以及p‑GaN/AlGaN/GaN异质结，通过光刻选区刻蚀固定区域的p‑GaN层，随即将p‑GaN刻蚀凹槽区用绝缘介质填充。完成上述处理后，将绝缘介质使用化学机械抛光后，键合在Si(100)衬底。反转外延层，在留有p‑GaN层的区域上制备n沟道器件，并使栅区域和p‑GaN区域对齐。同时制备p沟道器件，最后将n沟道器件和p沟道器件的漏电极互联，实现CMOS器件。与传统的Ga面p沟道器件制备工艺相比，本发明能够使p沟道器件有较高的空穴迁移率，制备的CMOS结构的特性更优化。CN114446892ACN114446892A权利要求书1/4页1.一种N面GaN基CMOS器件的制备方法，其特征在于，包括：步骤1：获取Si衬底；步骤2：采用MOCVD法在Si衬底上自下而上依次外延生长GaN缓冲层、GaN层、AlGaN势垒层以及p‑GaN层；步骤3：在所述p‑GaN层的n沟道器件部分以及p沟道器件部分进行刻蚀，以使在n沟道器件部分的所述p‑GaN层只保留n沟道栅下部分以及在p沟道刻蚀p‑GaN层，以在p沟道器件部分形成凹槽；步骤4：在步骤3所形成的样品上沉积SiN，以形成SiN层；步骤5：对步骤4所形成的样品进行抛光，并在SiN层上层键合一层Si(100)衬底；步骤6：将键合之后的样品反转，刻蚀掉Si衬底以及GaN缓冲层；步骤7：在刻蚀掉Si衬底以及GaN缓冲层的样品上旋涂光刻胶、曝光后，在n沟道以及p沟道之间刻蚀电隔离区；步骤8：在刻蚀电隔离区后的样品上的源电极区域蒸发第一欧姆金属形成源电极，在漏电极区域蒸发第一欧姆金属形成漏电极；其中，所述第一欧姆金属由自下向上依次由Ti/Al/Ni/Au四层呈堆叠结构的金属构成；步骤9：刻蚀掉显影区域的GaN层直到AlGaN层；步骤10：在AlGaN层外侧源电极区域和漏电极区域内的AlGaN层上蒸发第二欧姆金属；其中，第二欧姆金属由自下向上依次由Ni和Au两层呈堆叠结构的金属构成；步骤11：在步骤10完成的样品上沉积20nm的Al2O3层；步骤12：刻蚀掉除n沟道部分外的Al2O3层，露出p沟道部分的AlGaN、所有的源电极以及所有的漏电极；步骤13：在p沟道部分栅极刻蚀栅极凹槽，以使刻蚀的栅极凹槽与p‑GaN的凹槽对齐；步骤14：在栅极凹槽蒸发栅金属；其中，栅金属由自下向上依次由Ni和Au两层呈堆叠结构的金属构成；步骤15：在步骤14形成的样品上生长SiN保护层，并在SiN保护层确定金属互联开孔区域；步骤16：刻蚀移除互联开孔区域的SiN保护层，并在互联开孔区域蒸发互联金属，以形成N面GaN基CMOS器件；其中，互联金属由自下向上依次由Ti和Au两层呈堆叠结构的金属构成。2.根据权利要求1所述的N面GaN基CMOS器件的制备方法，其特征在于，所述步骤3包括：步骤31：将外延生长后的样品在200℃下烘烤，然后置于匀胶机上并在样品衬底表面滴取EPI621光刻胶；步骤32：设置匀胶机的匀胶条件为：转速为500rpm匀胶5秒；切换转速为3500rpm匀胶40秒，并在90℃下烘烤，显影；步骤33：显影之后，使用超纯水冲洗2分钟，并用氮气吹干；步骤34：使用氯基ICP在所述p‑GaN层进行部分刻蚀，以使在所述p‑GaN层的n沟道器件以及p沟道器件部分进行刻蚀，以使在n沟道器件部分的所述p‑GaN层只保留n沟道下部分以及在p沟道刻蚀至只余20nm的p‑GaN层，以在p沟道器件部分形成凹槽；其中，刻蚀条件为：上电极功率40～60W，下电极功率10～20W，压强5mTorr，Cl2/BCl3流2CN114446892A权利要求书2/4页量8/20sccm。3.根据权利要求1所述的N面GaN基CMOS器件的制备方法，其特征在于，所述步骤4包括：步骤41：对步骤3所形成的样品进行丙酮超声清洗，清洗时长为3min，超声强度为2.0；步骤42：使用乙醇超声清洗样品，清洗时长为2min，超声强度为2.0；步骤43：使用超纯水冲洗样品，冲