一種基于硅襯底的hemt器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于硅襯底的HEMT器件。
【背景技術(shù)】
[0002]相比于第一、二代半導(dǎo)體材料而言，第三代半導(dǎo)體材料氮化鎵(GaN)因為具有更大的禁帶寬度(3.4eV)、更強(qiáng)的臨界擊穿場強(qiáng)以及更高的電子迀移速率，得到了國內(nèi)外研究者們的廣泛關(guān)注。尤其是在電力電子高壓器件以及高頻功率器件方面具有巨大的優(yōu)勢和潛力。
[0003]具體而言，作為第三代半導(dǎo)體材料，氮化鎵(GaN)材料具有禁帶寬度寬、擊穿電場高、輸出功率大的優(yōu)點，而且GaN材料在高壓下工作時的導(dǎo)通電阻小，使得GaN基功率器件也表現(xiàn)出更高的增益。同時，GaN基功率器件具有很高的電子迀移率和電子飽和速率，確保了該器件在Ka、Q甚至W波段的高增益。因此，GaN基的高電子迀移率晶體管(High ElectronMobility Transistor，簡稱HEMT)技術(shù)已成為當(dāng)前毫米波大功率器件領(lǐng)域研究的熱點。
[0004]由于GaN晶體生長受到了客觀條件的制約，絕大多數(shù)研究者們都是選擇在異質(zhì)襯底材料上外延生長GaN薄膜。常用的襯底包括硅(Si)、藍(lán)寶石(Al2O3)以及碳化硅(SiC)等。其中Si材料由于其低廉的成本、大尺寸以及完善的Si集成工藝等方面的優(yōu)勢受到了各大研究機(jī)構(gòu)的青睞。
[0005]對于半導(dǎo)體材料外延，結(jié)晶質(zhì)量是最重要的參數(shù)之一，結(jié)晶質(zhì)量的好壞直接影響著材料的電學(xué)特性。然而，不同于Si材料的拉晶技術(shù)，GaN材料一般都是在非GaN基本上異質(zhì)外延的，由于外延層和襯底層之間或多或少的存在晶格以及熱膨脹方面的失配，所以會不可避免產(chǎn)生位錯與缺陷，降低GaN外延層的結(jié)晶質(zhì)量，進(jìn)而影響器件的性能。
[0006]此外，常規(guī)技術(shù)制作的基于硅襯底的HEMT器件均是采用AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)，由于內(nèi)在的極化電場的調(diào)制作用，AI GaN/GaN異質(zhì)結(jié)中在靠近AI GaN的一側(cè)會聚集大量的導(dǎo)電電子，形成二維電子氣(2DEG)。基于外延結(jié)構(gòu)的限制。該電子氣被限制在狹窄的區(qū)域內(nèi)，減低了它們受到散射的概率，從而提高其迀移能力，典型的迀移率為1500cm2/V.S(32DEG的濃度也可以高達(dá)I X 11Vcm2。由于存在2DEG，常規(guī)技術(shù)制作的HEMT器件在零偏的時候都是導(dǎo)通的，也就是耗盡型(常開型)的器件。但耗盡型器件在電路應(yīng)用中增加了功耗和設(shè)計復(fù)雜程度。同時在功率電子的應(yīng)用中，增強(qiáng)型器件能夠提高電路工作的安全性，在柵失效的情況下器件可以實現(xiàn)關(guān)斷狀態(tài)，實現(xiàn)失效保護(hù)的功能，所以實現(xiàn)增強(qiáng)型HEMT器件是一個重要的研究方向。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]本實用新型的目的在于提高GaN外延層的結(jié)晶質(zhì)量，改善基于硅襯底的HEMT器件的性能。
[0008]本實用新型的另一目的在于，提供一種基于硅襯底的增強(qiáng)型的HEMT器件。
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種基于硅襯底的HEMT器件，包括:
[0010]硅襯底；
[0011]形成于所述娃襯底上的第一GaN外延層；
[0012]形成于所述第一GaN外延層上的圖形化的介質(zhì)層；
[0013]覆蓋所述第一GaN外延層和圖形化的介質(zhì)層的第二 GaN外延層；
[0014]形成于所述第二GaN外延層上的AlGaN勢皇功能層；以及
[0015]形成于所述AlGaN勢皇功能層上的柵極、源極和漏極。
[0016]進(jìn)一步的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，所述圖形化的介質(zhì)層是氮化硅或者二氧化硅，所述圖形化的介質(zhì)層為周期性陣列排布的六棱柱結(jié)構(gòu)，所述圖形化的介質(zhì)層的厚度為100?300nmo
[0017]進(jìn)一步的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，還包括形成于所述硅襯底和第一GaN外延層之間的AlN層，所述AlN層的形成溫度為1200?1300°C。
[0018]進(jìn)一步的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，還包括形成于所述硅襯底和第一GaN外延層之間的緩沖層。
[0019]進(jìn)一步的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，所述緩沖層為多層AlGaN層，所述多層AlGaN層中Al組分逐層下降。
[0020]進(jìn)一步的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，所述緩沖層為多層AlGaN層，所述多層AlGaN層中生長厚度逐層增加。
[0021 ]進(jìn)一步的，在所述的基于娃襯底的HEMT器件中，所述柵極嵌入所述AlGaN勢皇功能層中。
[0022]進(jìn)一步的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，還包括:
[0023]暴露出部分所述第二GaN外延層的臺面；
[0024]覆蓋所述AlGaN勢皇功能層以及所述臺面暴露出的第二GaN外延層的第一鈍化層；
[0025]貫穿所述第一鈍化層和AlGaN勢皇功能層的柵極開口，所述柵極通過所述柵極開口嵌入所述AlGaN勢皇功能層中；
[0026]貫穿所述第一鈍化層的源極開口和漏極開口。
[0027]進(jìn)一步的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，還包括:
[0028]形成于所述第一鈍化層上以及所述柵極開口底部的柵極介質(zhì)層；
[0029]形成于所述柵極開口的底部和側(cè)壁的勢皇阻擋層。
[0030]進(jìn)一步的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，所述柵極、源極和漏極為Ti/Al/Ti/TiN合金，所述勢皇阻擋層為TiN。
[0031 ]進(jìn)一步的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，還包括:
[0032]覆蓋所述柵極、源極、漏極以及柵極介質(zhì)層的第二鈍化層；
[0033]形成于所述第二鈍化層中并暴露所述柵極、源極和漏極的通孔；
[0034]與所述柵極電連接的柵極焊墊、與所述源極電連接的源極焊墊以及與所述漏極電連接的漏極焊墊。
[0035]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型具有以下優(yōu)點:
[0036]1、在娃襯底上先形成第一 GaN外延層，然后在第一 GaN外延層上形成圖形化的介質(zhì)層，再在第一 GaN外延層和圖形化的介質(zhì)層上覆蓋第二 GaN外延層，本實用新型通過在GaN生長中進(jìn)行圖形化的處理，形成生長窗口，利用ELOG(外延橫向過生長)改善機(jī)理來提高GaN材料的晶體結(jié)晶質(zhì)量，進(jìn)而改善基于娃襯底的HEMT器件的性能。
[0037]2、本實用新型形成AlGaN勢皇功能層后形成第一鈍化層，再采用深槽刻蝕技術(shù)在第一鈍化層中形成開口，形成與AlGaN勢皇功能層歐姆接觸的源極和漏極，并將柵區(qū)域下的AlGaN勢皇功能層刻蝕掉，使柵極嵌入到AlGaN勢皇功能層中，使得柵區(qū)域下的二維電子氣的密度減少，器件的轉(zhuǎn)移特性曲線會正向移動，因此可以實現(xiàn)基于硅襯底的增強(qiáng)型的HEMT器件。
[0038]3、本實用新型在形成第一 GaN外延層之前，先在所述硅襯底上生長AlN層，所述AlN層可作為后續(xù)的成核節(jié)點；另外，本實用新型還在AlN層上生長緩沖層，通過插入所述緩沖層緩解由于不匹配引起的應(yīng)力;進(jìn)一步的，所述緩沖層為多層AlGaN層，所述多層AlGaN層中Al組分逐層下降，隨著Al組分的降低，所述緩沖層的晶格結(jié)構(gòu)越來越接近后續(xù)在其上形成的第一GaN外延層，如此可獲得較佳的晶格匹配效果;更進(jìn)一步的，所述多層AlGaN層中生長厚度逐層增加；上述Al組分逐層下降并配以生長厚度逐漸增加的組合方式，可以獲得較佳的匹配效果。
【附圖說明】
[0039]圖1是本實用新型一實施例的基于硅襯底的HEMT器件的制造方法的流程示意圖；
[0040]圖2?18是本實用新型一實施例的基于硅襯底的HEMT器件的制造方法過程中各步驟的器件剖面示意圖。
【具體實施方式】
[0041]為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】做詳細(xì)的說明。
[0042]在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本實用新型，但是本實用新型還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實用新型內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本實用新型不受下面公開的具體實施例的限制。
[0043]其次，本實用新型結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本實用新型實施例時，為便于說明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會不依一般比例