本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及氮化鎵基電子器件制備

背景技術(shù)：

gan材料以其禁帶寬度大、飽和電子漂移速度高、臨界擊穿電場強、熱導(dǎo)率高等優(yōu)越性能而備受關(guān)注。相比于其它三五族半導(dǎo)體材料，gan基異質(zhì)結(jié)因其在不摻雜時通過強自發(fā)極化效應(yīng)能產(chǎn)生極高濃度的二維電子氣，更是使其成為第三代半導(dǎo)體材料中的首選。gan材料優(yōu)越的性能使其在射頻微波和電力電子領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

gan基電子器件主要基于algan/gan異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。如前所述，在常規(guī)的algan/gan異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)中，由于強自發(fā)極化效應(yīng)，在異質(zhì)結(jié)界面存在高濃度的二維電子氣，亦即常規(guī)的氮化鎵基高電子遷移率晶體管(ganhemt)。

由于受生長條件限制，在(al)gan材料生長時表面會產(chǎn)生一些缺陷和懸掛鍵，雖然表面鈍化技術(shù)能夠在一定程度上減小缺陷和懸掛鍵密度，但鈍化作用并不徹底，當器件工作在關(guān)態(tài)時，電子會通過柵極注入到靠近漏極的表面，當器件從關(guān)態(tài)切換到開態(tài)時，器件表面俘獲的電子來不及釋放，會在二維電子氣溝道中形成附加耗盡區(qū)，導(dǎo)致電流崩塌。

為了提高表面鈍化效果，降低電流崩塌，需要在鈍化層淀積之前，得到一個完美的氮化鎵表面，完美的表面是沒有任何有機和無機污染，沒有任何氧化物，沒有任何由于高溫工藝引起分解的表面，這樣的表面才能和鈍化層形成良好的界面，提高鈍化表面的效果。目前業(yè)界常用的方法，有基于氮氣、氨氣、氧氣等離子體的表面處理，但是等離子體會在氮化鎵表面產(chǎn)生損傷，進一步加重電流崩塌；而且上述表面并不能移除氮化鎵表面的缺陷層，可能在氮化鎵的表面新生成一層薄膜，降低表面鈍化左右；氮化鎵的表面氮化、氧化具有自停止性，一次處理處理并不能完全移除氮化鎵表面的缺陷?；谏鲜龃嬖诘膯栴}，一方面考慮降低表面處理技術(shù)帶來的損傷，一方面要徹底移除表面的缺陷層，發(fā)明了多周期基于臭氧氧化、鹽酸腐蝕的表面處理技術(shù)，能夠在不損傷氮化鎵表面和溝道二維電子氣的基礎(chǔ)上，徹底移除表面的缺陷，在鈍化層淀積前得到完美的表面，顯著提高表面鈍化效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明從電流崩塌最根本的機理出發(fā)，表面缺陷的陷阱效應(yīng)是電流崩塌的根本原因，表面鈍化技術(shù)只在一定程度上減少了表面的懸掛鍵密度，從氮化鎵表面到體內(nèi)，幾個原子層范圍內(nèi)的缺陷仍然存在，引起電流崩塌，只有徹底把這一層不完美的表面移除掉，與鈍化層形成一個良好的界面，這不僅對制備的器件的直流特性，而且對器件的動態(tài)、微波特性都有顯著的提高，能夠制備出高性能、高穩(wěn)定的氮化鎵基電子器件。

本發(fā)明的技術(shù)思路，傳統(tǒng)的表面處理技術(shù)都是通過一些表面處理在氮化鎵的表面生成一層薄膜，但該種方法從某些程度上可以提高器件的性能，但表面的缺陷仍然存在，并沒有從根本上解決電流崩塌；另一方面，表面處理技術(shù)必須在對氮化鎵表面無損傷的前提下進行，由于氮化鎵是強極化材料，表面性質(zhì)變化嚴重影響器件的性能，所以傳統(tǒng)的基于等離子體處理的方法會對氮化鎵的表面產(chǎn)生不可逆的損傷，引起器件的性能衰退；臭氧是一種強氧化劑，能夠把氮化鎵表面一些含碳的頑固有機物氧化，在高溫下變成氣體揮發(fā)掉，能夠在徹底清洗表面的同時又不會在氮化鎵表面引入新的損傷；雖然臭氧是強氧化劑，但其對氮化鎵材料的氧化非常有限，因為新生成的氧化物會阻擋氧化劑進一步氧化下層材料，每一次氧化的深度在若干個原子層之內(nèi)，進行完一次氧化以后需要使用鹽酸等酸性溶液把生成的氧化物移除掉，從原子力顯微鏡結(jié)果看出，經(jīng)過一次表面處理的氮化鎵表面就會出現(xiàn)明顯的原子臺階，說明該表面處理技術(shù)具有原子層面的清洗特性；由于每一周期的臭氧氧化、鹽酸腐蝕對氮化鎵表面的缺陷移除非常有限，所以需要多周期臭氧氧化、鹽酸腐蝕才能徹底移除氮化鎵表面含有缺陷的非完美層。

依據(jù)上述技術(shù)思路，一種基于臭氧氧化、鹽酸腐蝕的多周期表面處理技術(shù)，所述技術(shù)包括在硅、藍寶石、碳化硅襯底上外延的algan/gan異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的材料，外延材料結(jié)構(gòu)包括gan溝道層，aln插入層，algan勢壘層，gan蓋帽層，表面沒有進行任何半導(dǎo)體工藝或者表面已經(jīng)完成歐姆和肖特基電極工藝。使用臭氧處理樣品表面，每次處理時間20分鐘到60分鐘，溫度50到100攝氏度，臭氧處理完成后，樣品放入飽和濃鹽酸(38％)或者飽和濃鹽酸比水1比10或者飽和濃鹽酸比水1比5的溶液中，腐蝕時間為1到5分鐘，溫度為室溫，一次臭氧氧化和一次鹽酸腐蝕定位一個周期，在鈍化層淀積之前對樣品進行表面處理5個周期，鈍化層為氮化硅、氧化硅、氧化鋁、氮化鋁等，淀積方式為等離子體增強化學(xué)氣相沉積、低壓化學(xué)氣相沉積、原子層沉積等。

該結(jié)構(gòu)中各層組成成分及材料種類如下所示：

所述襯底材料為以下材料中的一種：硅、碳化硅、藍寶石。

所述的algan層中al的組分在0和1之間。

所述的algan層的厚度在0和25nm之間。

所述的aln溝道層的厚度在0和3nm之間。

所述的gan溝道層的厚度在0和5μm之間。

所述的gan蓋帽層的厚度在0和3nm之間。

所述的鈍化層的材料可以為：si3n4、sio2、sion、aln、al2o3。

這種新型表面處理技術(shù)包括以下具體步驟：

(1)在襯底上按照一定的生長條件依次生長gan溝道層，aln插入層、algan勢壘層，gan蓋帽層；

(2)對生長好的gan/algan/aln/gan材料進行光刻和刻蝕(或者離子注入)，形成有源區(qū)臺面；

(3)對制備好有源區(qū)臺面的gan/algan/aln/gan材料進行光刻，刻蝕出源漏歐姆接觸區(qū)，通過電子束蒸發(fā)或者磁控濺射制備歐姆接觸金屬并進行剝離，最后在氮氣環(huán)境中于800℃～900℃之間快速熱退火(一般30s)，形成歐姆接觸；

(4)形成源漏歐姆接觸之后，使用上述臭氧氧化、鹽酸腐蝕的表面處理技術(shù)處理樣品2到10周期，完成表面處理工藝；

(5)完成樣品表面處理后，立即在樣品表面gan蓋帽層或者algan勢壘層上用pecvd、icpcvd或者lpcvd生長鈍化層；

(6)光刻刻蝕出柵電極區(qū)域，用電子束蒸發(fā)或者磁控濺射生長如前所述的合金柵電極材料，隨后對器件進行剝離工藝處理形成柵電極，最后在氮氣環(huán)境下對整個晶元進行退火處理，完成整體器件的制備；

表面處理工藝(4)和鈍化層淀積工藝(5)也可以在材料生長(1)完成之后進行。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

(1)通過無損傷強氧化劑把材料表面的污染物、富含缺陷的表面層轉(zhuǎn)變成可以被濕法腐蝕的物質(zhì)；

(2)因為強氧化劑對(al)gan的氧化具有自停止性，每一次氧化的深度僅為幾個原子層，所以每一次氧化、腐蝕的厚度穩(wěn)定，工藝穩(wěn)定性高，易于控制，避免了用其他氧化、腐蝕方法來解薄(al)gan時的速率過快帶來對溝道二維電子氣的損傷。

(3)該表面處理方法具有的多周期、穩(wěn)定刻蝕速率、高可靠性的特點，能夠在工業(yè)化生產(chǎn)中得到廣泛使用。

附圖說明

通過參照附圖能更加詳盡地描述本發(fā)明以及本發(fā)明的示例性實施例，在附圖中：

圖1～圖5是本發(fā)明技術(shù)應(yīng)用于肖特基柵ganhemt器件制備工藝過程示意圖，反應(yīng)了本發(fā)明工藝的技術(shù)要點。

具體實施方式

在下文中，將參照附圖更充分地描述本發(fā)明，以使本發(fā)明的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、工作流程、使用方法達成目的與功效易于明白了解。所描述的實施例僅僅是本發(fā)明中的一種實現(xiàn)形式，即本發(fā)明不應(yīng)該解釋為局限于在此闡述的實施例?；谠搶嵤├?，將本發(fā)明的范圍充分地傳達給本領(lǐng)域技術(shù)人員。

在下文中，將參照附圖更詳細地描述本發(fā)明的示例性實施例。其制備方法包括以下具體步驟：

(1)如圖1所示，在si襯底上(襯底也可以是sic或者藍寶石)，首先用mocvd生長一層gan溝道層，在其之上生長一層aln插入層，再生長24nm的algan，最后生長gan表面蓋帽層。

(2)在以上結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，通過光刻形成有源區(qū)臺面，然后在有源區(qū)區(qū)域中光刻出源漏電極圖形，通過電子束蒸發(fā)ti/au/ni/au四種金屬，采用剝離工藝制備出源區(qū)和漏區(qū)的金屬電極，并在900℃氮氣氛圍中進行快速退火30秒，形成歐姆接觸，其剖面圖如圖2所示；

(3)形成源漏歐姆接觸之后，使用臭氧清洗機處理樣品表面20分鐘，腔體溫度80攝氏度，如圖3所示；

(4)臭氧處理完成后，接下來用鹽酸腐蝕臭氧生成的氧化物，所用鹽酸與水的比例為1∶10，浸泡時間為1分鐘，如圖5所示，重復(fù)臭氧氧化、鹽酸腐蝕5周期，如圖3所示；

(5)完成樣品表面處理后，立即在樣品表面gan蓋帽層或者algan勢壘層上用pecvd、icpcvd或者lpcvd生長鈍化層，如圖4所示；

(6)光刻刻蝕出柵電極區(qū)域，用電子束蒸發(fā)或者磁控濺射生長如前所述的合金柵電極材料，隨后對器件進行剝離工藝處理形成柵電極，最后在氮氣環(huán)境下對整個晶元進行退火處理，完成整體器件的制備，如圖5所示；

(7)表面處理工藝(3)～(4)和鈍化層淀積工藝(5)也可以在材料生長(1)完成之后進行。