復合階梯場板槽柵hemt高壓器件及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于微電子技術領域，涉及半導體器件制作，具體的說是一種復合階梯柵浮空場板AlGaN/GaN HEMT器件結構及制作方法，可用于制作耐高溫、高擊穿電壓、低導通電阻和高頻率特性的AlGaN/GaN高電子迀移率晶體管。
技術背景
[0002]近年來以SiC和GaN為代表的第三帶寬禁帶半導體以其禁帶寬度大、擊穿電場高、熱導率高、飽和電子速度大和異質結界面二維電子氣濃度高等特性，使其受到廣泛關注。在理論上，利用這些材料制作的高電子迀移率晶體管HEMT、發光二極管LED、激光二極管LD等器件比現有器件具有明顯的優越特性，因此近些年來國內外研究者對其進行了廣泛而深入的研究，并取得了令人矚目的研究成果。
[0003]AlGaN/GaN異質結高電子迀移率晶體管HEMT在高溫器件及大功率微波器件方面已顯示出了得天獨厚的優勢，追求器件高頻率、高壓、高功率吸引了眾多的研究。近年來，制作更高頻率高壓AlGaN/GaN HEMT成為關注的又一研究熱點。由于AlGaN/GaN異質結生長完成后，異質結界面就存在大量二維電子氣2DEG，并且其迀移率很高。在提高AlGaN/GaN異質結電子迀移率晶體管擊穿電壓方面，人們進行了大量的研究，發現AlGaN/GaN HEMT器件的擊穿主要發生在柵極靠近漏極一側，因此要提高器件的擊穿電壓，必須使柵漏區域的電場重新分布，尤其是降低柵極邊緣的電場，為此，人們提出了采用場板結構的方法；在提高AlGaN/GaN異質結電子迀移率晶體管頻率特性方面，使用槽柵結構，讓柵電極對2DEG有更好的控制效果。
[0004](1)場板結構具體參見Yuji Ando, Ak1 Wakejima,Yasuhiro Okamoto等的NovelAlGaN/GaN dual-f ield-plate FET with high gain, increased linearity andstability, IEDM 2005，pp.576-579，2005。在 AlGaN/GaN HEMT 器件中采用場板結構，可以將器件的擊穿電壓大幅度的提高，并且能降低柵漏電容，提高了器件的線性度和穩定性。
[0005](2)槽棚.結構具體參見W.B.Lanford, T.Tanaka, Y.0toki等的Recessed-gateenhancement-mode GaN HEMT with high threshold voltage,ELECTR0NICSLETTERS2005,Vol.41，N0.7，2005。在AlGaN/GaN HEMT器件中采用槽柵結構能夠有效的增加器件的頻率特性。
[0006]但是，目前的AlGaN/GaN HEMT器件在耐壓、導通電阻和頻率特性等方面性能還不能滿足實際應用的需要，并且距離GaN材料的理想物理極限。

【發明內容】

[0007]本發明的目的在于提供一種復合階梯柵浮空場板AlGaN/GaNHEMT器件，實現高壓、低導通電阻和高頻率特性器件結構及其制作方法。
[0008]本發明是這樣實現的:一種復合階梯場板槽柵HEMT高壓器件，其特征在于，包括從下至上依次復合的襯底、GaN緩沖層、A1N隔離層、GaN溝道層、AlGaN本征層和AlGaN摻雜層，在AlGaN摻雜層之上設有漏電極、源電極、有機絕緣介質層、LiF階梯層、I TO階梯場板和鈍化層，在摻雜層之上的兩端分別設有源電極和漏電極，在漏電極與源電極之間設有有機絕緣介質層，在有機絕緣介質層與源電極之間的有機絕緣介質層的旁邊的AlGaN摻雜層的上面設有柵極凹槽，在該柵極凹槽內和有機絕緣介質層的上面設有IT0場板;在靠近漏電極處設有LiF階梯層，LiF階梯場板的階梯自源電極至漏電極的方向依次升高，在LiF階梯場板的上面設有浮空階梯柵場板;在AlGaN摻雜層上面的其余區域淀積有鈍化層。
[0009]所述的襯底的材質包括藍寶石、SiC、GaN或MgO。
[0010]所述的AlGaN摻雜層中A1與Ga的組分范圍依據AlxGal-xN進行調節，其中χ=0~1。
[0011]所述的有機絕緣介質層為PTFE。
[0012]所述的鈍化層的材質包括SiN、A1203或Hf02。
[0013]所述的有機絕緣介質層采用PTFE材料，以降低器件的2DEG濃度。
[0014]一種所述的復合階梯柵浮空場板槽柵HEMT器件的制作方法，其特征在于，包括以下工藝步驟:(1)清洗；(2)刻蝕有源區臺面:(3)制備源、漏電極；(4)刻蝕柵極凹槽；(5)制備有機絕緣介質層；(6)制備柵場板；(7)階梯LiF層的制備；(8)制備階梯浮空場板；(9)制備SiN鈍化膜;(10 )刻蝕SiN薄膜;(11)加厚電極。
[0015]具體工藝如下:
(1)清洗:對外延生長的AlGaN/GaN材料進行有機清洗，用流動的去離子水清洗并放入HC1: H20=l:l的溶液中進行腐蝕30?60s，最后用流動的去離子水清洗并用高純氮氣吹干；
(2)刻蝕有源區臺面:對清洗干凈的AlGaN/GaN材料進行光刻和干法刻蝕，形成有源區臺面；
(3)制備源、漏電極:對制備好有源區臺面的AlGaN/GaN材料進行光刻，形成源漏區，放入電子束蒸發臺中淀積歐姆接觸金屬Ti/Al/Ni/Au=(20/120/45/50nm)并進行剝離，最后在氮氣環境中進行850°C 35s的快速熱退火，形成歐姆接觸；
(4)刻蝕柵極凹槽:對完成歐姆接觸的器件進行光刻，形成柵極刻蝕區域，放入ICP干法刻蝕反應室中，工藝條件為:上電極功率為200W，下電極功率為20W，反應室壓力為1.5Pa，C12的流量為10sccm，N2的流量為lOsccm，將AlGaN勢皇層刻蝕掉5?10nm，然后將器件放入HC1:H20=1:1溶液中處理30s，去除刻蝕殘留物；
(5)制備有機絕緣介質層:對完成槽柵刻蝕的器件進行光刻，形成有機絕緣介質PTFE淀積區域，然后放入氧等離子處理室中對AlGaN表面進行輕度氧化處理，然后放入電子束蒸發臺中:反應室真空抽至4.0X10-3帕，緩慢加電壓使控制PTFE蒸發速率為0.lnm/s，淀積lOOnm厚的PTFE薄膜，將淀積好PTFE介質的器件放入丙酮溶液中浸泡30?60min，進行超聲剝離(意義)；
(6)制備柵場板:對完成PTFE剝離的器件進行光刻，形成柵以及柵場板區，放入電子束蒸發臺中淀積200nm厚的IT0柵金屬，將淀積好柵電極和柵場板的器件放入丙酮溶液中浸泡30?60min，進行超聲剝離，形成柵場板結構；
(7)階梯LiF層的制備:將完成柵極制備的器件進行光刻，光刻分三次進行，從柵極到漏極方向依次按照長度200nm、150nm、lOOnm進行遞減，形成絕緣介質LiF層的階梯淀積區域，然后放入電子束反應室真空抽至4.0 X 10-3帕，緩慢加電壓使控制LiF蒸發速率為0.5nm/s，淀積100?200nm厚的LiF薄膜，將淀積好LiF薄膜的器件放入丙酮溶液中浸泡30?60min，進行超聲剝離，形成階梯LiF層；
(8)階梯浮空場板的制備:將完成LiF層制備的器件放入電子束蒸發臺中淀積200nm厚的A1金屬，將淀積好A1金屬的器件放入丙酮溶液中浸泡30?60min，進行超聲剝離，形成階梯柵浮空場板結構；
(9 ) S iN鈍化膜的制備:將完成的器件放入PECVD反應室淀積S iN鈍化膜，具體工藝條件為:SiH4的流量為40sccm，NH3的流量為lOsccm，反應室壓力為1?2Pa，射頻功率為40W，淀積200nm~300nm厚的SiN鈍化膜；
(10)SiN薄膜的刻蝕:將器件再次進行清洗、光刻顯影，形成SiN薄膜的刻蝕區，并放入ICP干法刻蝕反應室中，工藝條件為:上電極功率為200W，下電極功率為20W，反應室壓力為1.5Pa，CF4的流量為20sccm，Ar氣的流量為lOsccm，刻蝕時間為lOmin，將源極、漏極上面覆蓋的SiN薄膜刻蝕掉；
(11)加厚電極:將器件進行清洗、光刻顯影，并放入電子束蒸發臺中淀積Ti/Au=20/200nm的加厚電極，完成整體器件的制備。
[0016]與現有技術相比，本發明的優點是:
(1)本器件使用了PTFE和ITO形成的偶極子層，降低了該區域正下方2DEG的濃度，改變了柵漏區域的電場分布，提高了器件的擊穿電壓；
(2)本器件使用了階梯LiF和A1形成的偶極子層，提高了該區域正下方的2DEG濃度，減小了器件正常導通時柵漏之間的導通電阻，并且調制了溝道電場分布，在耐壓時形成三個電場峰值，進一步提高期間的擊穿電壓。
[0017](3)本器件使用了槽柵結構，增加了柵電極對柵下的2DEG濃度的控制能力，提高了器件的頻率特性。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明器件的剖面結構示意圖；
圖2是本發明器件的制作工藝流程示意圖。
【具體實施方式】
[0019]參照圖1，本發明的一種復合階梯柵浮空場板AlGaN/GaNHEMT器件結構，包括襯底
1、GaN緩沖層2、A1N隔離層3、GaN溝道層4、AlGaN本征層5、AlGaN摻雜層6、PTFE有機絕緣介質層7、LiF階梯層8、IT0場板9、鈍化層10、A1浮空階梯柵場板11、漏電極12、源電極13。器件結構從下往上分別是:襯底l、GaN緩沖層2、A1N隔離層3、GaN溝道層4、AlGaN本征層5、AlGaN摻雜層6，在AlGaN摻雜層6之上設有漏電極12、源電極13、有機絕緣介質層7、LiF階梯層8、IT0階梯場板9和鈍化層10，漏電極12和源電極13設在AlGaN摻雜層6之上的兩端，有機絕緣介質層7設在漏電極12與源電極13之間(大約在中部)，在緊鄰有機絕緣介質層7的旁邊(與源電極13之間)的AlGaN摻雜層6的上面設有柵極凹槽14，在該柵極凹槽14內和有機絕緣介質層7的上面設有ΙΤ0場板9，ΙΤ0場板9相當于常規柵極延伸到有機絕緣介質層7的上面(呈Γ形)，在工藝中與柵電極制作在一起;在靠近漏電極12處設有LiF階梯層8，LiF階梯場板8的階梯自源電極13至漏電極12的方向依次升高，在