增强型GaN基MIS-HEMT器件及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111613668A(43)申请公布日2020.09.01(21)申请号202010489640.9H01L29/51(2006.01)(22)申请日2020.06.02H01L21/335(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)发明人孙慧卿夏凡夏晓宇谭秀洋马建铖张淼李渊(74)专利代理机构佛山粤进知识产权代理事务所(普通合伙)44463代理人耿鹏(51)Int.Cl.H01L29/778(2006.01)H01L29/06(2006.01)H01L29/205(2006.01)H01L29/423(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图4页(54)发明名称增强型GaN基MIS-HEMT器件及其制备方法(57)摘要本发明涉及一种增强型GaN基MIS-HEMT器件及其制备方法，该MIS-HEMT器件中，在薄AlGaN势垒层的基础上设置凹陷状的AlGaN势垒层提高通道迁移率和改善导通电阻，在此基础上，采用电子束蒸发法(EBE)生长掩模层结合SAG方法，与常规工艺中使用的PECVD掩模相比，采用EBE生长掩模完全消除了掩模工艺中的等离子体损伤，使得薄的AlGaN/GaN异质结保留了无损伤的晶格，同时AlGaN薄势垒与凹陷状AlGaN势垒层的Al组分不同，进一步提高了阈值电压和沟道电子迁移率。另外本发明器件中栅极介质层采用三种不同介电常数的氧化物材料堆叠而成，在增加介质层厚度保证一定的阈值电压的同时，也通过增加介电常数的方法增加栅极电容，从而使得跨导值不至于过低。CN111613668ACN111613668A权利要求书1/2页1.增强型GaN基MIS-HEMT器件，其特征在于，其包括，依次层叠于Si衬底上的GaN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN薄势垒层、凹陷状AlGaN势垒层，所述AlGaN薄势垒层的Al组分不同于所述凹陷状AlGaN势垒层；第一介质层和第二介质层，依次层叠于所述凹陷状AlGaN势垒层的凹陷之间，所述第一介质层与所述AlGaN薄势垒层接触；凹槽状第三介质层，层叠于所述凹陷状AlGaN势垒层和所述第二介质层表面；源极和漏极，分别位于所述凹陷状AlGaN势垒层表面的凹槽状第三介质层的两端，与所述凹陷状AlGaN势垒层接触；凹槽状栅极，位于所述第三介质层上；所述GaN沟道层和所述AlGaN薄势垒层形成异质结，其界面上形成二维电子气。2.根据权利要求1的所述器件，其特征在于，所述AlGaN薄势垒层中Al元素的摩尔含量为20％，其厚度为5～8nm。3.根据权利要求2的所述器件，其特征在于，所述凹陷状AlGaN势垒层中Al元素的摩尔含量为30％，其厚度为20～50nm。4.根据权利要求1-3之一的所述器件，其特征在于，所述第一介质层、所述第二介质层以及所述第三介质层的介电常数依次增大。5.根据权利要求2的所述器件，其特征在于，所述AlGaN薄势垒层与所述GaN沟道层之间设置有一AlN间隔层，所述AlN间隔层的厚度为0.3～0.5nm。6.根据权利要求4的所述器件，其特征在于，所述第一介质层和第二介质层的厚度为2～15nm，所述第三介质层的厚度为25～30nm。7.根据权利要求6的所述器件，其特征在于，所述凹槽状第三介质层的槽深为30～55nm。8.增强型GaN基MIS-HEMT器件的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：在Si衬底上依次外延GaN缓冲层、GaN沟道层以及AlGaN薄势垒层，其中所述AlGaN薄势垒层中Al元素的摩尔含量为20％；在所述AlGaN薄势垒层表面的预定栅极区域进行电子束蒸发法生长二氧化硅掩模构图；在所述二氧化硅掩模构图后的预定栅极区域之外的所述AlGaN薄势垒层表面外延生长Al元素摩尔含量为30％的凹陷状AlGaN势垒层；去除预定栅极区域的二氧化硅掩模构图，暴露AlGaN薄势垒层，并进行器件隔离；采用气相沉积法在暴露的AlGaN薄势垒层表面沉积厚度为2～15nm的第一介质层和第二介质层，所述第二介质层的介电常数大于第一介质层；采用原子层沉积法沉积厚度为25～30nm的第三介质层，并刻蚀所述第三介质层上的预定栅极区域，形成深度为30～55nm的凹槽；刻蚀所述第三介质层上的预定源/漏极区域，形成源/漏窗口；采用电子束蒸发法沉积源/漏金属，退火后形成欧姆接触源/漏极；刻蚀形成栅极窗口，采用电子束蒸发法沉积栅金属，形成金属绝缘体半导体栅极。9.根据权利要求8的所述方法，其特征在于，所述原子层沉积法沉积第三介质层的步骤中，其沉积温度为300℃，所述第三介质层的介电常数大于所述第二介质层。2CN111613668A权利要求书2/2页10.根据权利要求8或9的所述方法，其特