本發(fā)明涉及一種含ingan插入層的增強型gan_hemt制備方法，屬于集成電路制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

gan材料以其較寬的禁帶寬度使其為基底的ganhemt器件具備高的擊穿電壓、高的電流密度、低的導(dǎo)通電阻，是現(xiàn)代電力傳輸系統(tǒng)的核心器件。ganhemt作為電力電子器件的首要條件是增強型工作模式，但是由于algan、gan異質(zhì)結(jié)的特性，在材料生長完成后溝道中具備高濃度二維電子氣，使之成為天然的耗盡型器件。要實現(xiàn)ganhemt從耗盡型到增強型的轉(zhuǎn)變，常規(guī)的方法主要有柵極區(qū)域的氟離子注入，柵極刻蝕，p型gan柵極結(jié)構(gòu)以及串聯(lián)增強型si基mos來使ganhemt器件的閾值電壓達到0v以上。但是以上方法都有很大的局限性，其工藝過程復(fù)雜，可控性低，重復(fù)性難而使gan材料本征的優(yōu)異特性無法實現(xiàn)。在工業(yè)界常使用含p型gan柵極的ganhemt結(jié)構(gòu)，通過革新材料設(shè)計在普通ganhemt結(jié)構(gòu)上生長一層p型gan層，從而抬高algan、gan異質(zhì)結(jié)的三角形勢壘至費米能級之上，實現(xiàn)ganhemt結(jié)構(gòu)由常開型向常關(guān)型的轉(zhuǎn)變。但是在上述結(jié)構(gòu)上制備場效應(yīng)晶體管，需要移除柵極區(qū)域以外的p型gan層，而gan的性質(zhì)較為穩(wěn)定很難通過濕法腐蝕的方法實現(xiàn)，通常使用干法刻蝕的方法移除p型gan層，但是干法刻蝕的低可控性以及等離子體轟擊對異質(zhì)結(jié)溝道帶來不可逆的損傷，造成器件性能大幅度下降。

為了實現(xiàn)增強型ganhemt器件，業(yè)界常用的方法有以下四種：1.在柵極下方勢壘層中注入強電負性的氟離子，從而使二維電子氣溝道耗盡，實現(xiàn)器件的增強型工作狀態(tài)，該方法的優(yōu)點是工藝過程簡單，能實現(xiàn)柵極自對準工藝，缺點是通過該方法制備的增強型器件的閾值電壓熱穩(wěn)定性差，氟離子的注入會對溝道帶來損傷導(dǎo)致器件電流較小導(dǎo)通電阻較大，阻礙該項技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進程。2.使用一支硅基增強型mos管與普通耗盡型ganhemt串聯(lián)，從而實現(xiàn)增強型工作模式，該方法廣泛運用于商用電力電子器件中，但該方法的柵極是輸入端為硅基mos管，因此輸入信號的頻率會大幅度降低。3.柵極刻蝕技術(shù)，移除柵極下方的algan勢壘層來實現(xiàn)對二維電子氣溝道的截止，再用介質(zhì)層去填充經(jīng)過刻蝕的區(qū)域，從而形成一個混合的ganmoshemt，混合ganmoshemt在導(dǎo)通的時候，柵極下方的載流子的輸運脫離了二維電子氣溝道，且在輸運過程中受到介質(zhì)層和被刻蝕后的gan界面很強的散射作用，載流子的遷移率衰減嚴重，雖然該類器件的閾值電壓達到0v以上，但是相比于耗盡型器件具有更大的導(dǎo)通電阻和較低的輸出電流密度，這使作為電力電子開關(guān)器件的輸出功率和轉(zhuǎn)化效率大幅度下降，gan材料高電子遷移率、高二維電子氣濃度的優(yōu)勢無法充分體現(xiàn)。4.p型gan柵極實現(xiàn)增強型工作的方法也是業(yè)界常用的一種方法，原理為通過p型gan柵和溝道之間的內(nèi)建電勢來耗盡二維電子氣溝道，實現(xiàn)增強型工作狀態(tài)。該方法優(yōu)點是電導(dǎo)調(diào)制，缺點是工藝實現(xiàn)難度較大需要準確移除柵極區(qū)域之外的p型gan層和避免對溝道的損傷。綜上所述，通過進一步革新外延層結(jié)構(gòu)設(shè)計和制備工藝來實現(xiàn)高性能增強型ganhemt是有其必要和緊急性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決傳統(tǒng)的ganhemt器件制造工藝中存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于ingan插入層的增強型ganhemt結(jié)構(gòu)及工藝方法，其特征在于：在p型gan和algan勢壘層中插入薄層ingan層作為氧化腐蝕自停止層。

所述薄層ingan氧化腐蝕自停止層比其下方的algan層更易氧化，在氧化過程中氧化能夠自動停止在ingan層，所生成的氧化物能夠在濕法腐蝕液中溶解，在溶解的過程中能夠帶動其上方的p型gan剝離，從而達到移除p型gan的目的，而且濕法腐蝕中的側(cè)向腐蝕有助于制備細柵長的p型gan柵極，對于提高增強型器件的工作頻率有重要意義

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種含ingan插入層的增強型gan_hemt制備方法，包括如下步驟：

步驟1：在襯底上生長ganhemt異質(zhì)結(jié)構(gòu)，從下至上包括成核層、緩沖層、插入層和勢壘層；

步驟2：在上述異質(zhì)結(jié)構(gòu)之上繼續(xù)生長ingan氧化層，作為后續(xù)工藝的氧化腐蝕自停止層；

步驟3：在氧化層上繼續(xù)生長gan層，和氧化層配合抬高下方異質(zhì)結(jié)中二維電子氣溝道至內(nèi)部費米能級之上，至此完成外延結(jié)構(gòu)生長；

步驟4：通過光刻顯影方式和剝離工藝，在上述外延結(jié)構(gòu)上形成p型柵極氧化保護掩膜，并打開p型柵極以外的區(qū)域，通過氧等離子和熱氧化方法對該區(qū)域進行氧化；

步驟5：在上述經(jīng)過氧化的晶圓上進行濕法腐蝕，溶解ingan的氧化物進而移除p型柵極區(qū)域以外的p型gan層，最后去除p型柵極保護掩膜；

步驟6：在上述完成p型柵極制備的ganhemt結(jié)構(gòu)的晶圓上，進行g(shù)anhemt器件工藝制備，依次進行有源區(qū)隔離，源、漏極歐姆金屬制備，柵極金屬制備，表面鈍化層制備及其開孔，電極加厚，金屬互聯(lián)等相關(guān)工藝。

優(yōu)選地，所述步驟1和步驟2所采用的生長方式包括mocvd，mbe和hvpe。

優(yōu)選地，所述ingan層厚度為5-20n，in組分含量在5％-40％之間，摻雜類型為p型。

優(yōu)選地，所述gan層為p型gan外延，厚度為5-100nm。

優(yōu)選的，所述步驟4中氧化溫度為600℃以下，氧化時間1-60分鐘。

優(yōu)選的。所述濕法腐蝕的腐蝕溶液腐蝕溶可以是koh，hcl和有機溶液，濕法腐蝕溫度低于100℃，濕法腐蝕時間30-120分鐘。

區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的情況，本發(fā)明的有益效果是：利用ingan的易氧化性，將其插入到p型gan與algan/gan異質(zhì)結(jié)之間，能夠通過較為簡便的方法準確移除部分區(qū)域的p型gan層，避免了常規(guī)干法刻蝕對algan/gan異質(zhì)結(jié)表面及內(nèi)部溝道的損傷，直接提高了所制備的增強型器件的性能。該方法具有高可靠性，可重復(fù)性，對于大規(guī)模生產(chǎn)具有重要的意義。同時濕法腐蝕移除的是p型柵極以外的區(qū)域，濕法腐蝕的過刻蝕可以用來制備小柵長器件，對提高器件的工作頻率有非常重要的意義。

附圖說明

圖1所示在襯底上外延生長ganhemt異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)1；

圖2所示在上述晶圓上外延生長ingan氧化自停止層2；

圖3所示在上述晶圓上外延生長p型gan柵極層3完成材料生長；

圖4所示在完成外延生長的晶圓上制備氧化柵極保護掩膜4；

圖5所示氧化5上述晶圓使ingan插入層形成ingan的氧化物6；

圖6所示濕法腐蝕7前一步形成的ingan的氧化物6進而剝離其上方的p型gan層完成柵極區(qū)域制備；

圖7所示在制備好柵極區(qū)域的晶圓上制備增強型ganhemt器件完成整套工藝。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

參見圖1-圖7提供的一種含ingan插入層的增強型gan_hemt制備方法，包括如下步驟：

步驟1：在襯底上生長ganhemt異質(zhì)結(jié)構(gòu)，從下至上包括成核層、緩沖層、插入層和勢壘層；

步驟2：在上述異質(zhì)結(jié)構(gòu)之上繼續(xù)生長ingan氧化層，作為后續(xù)工藝的氧化腐蝕自停止層；

具體而言，上述兩個步驟所采用的生長方式方式包括mocvd，mbe和hvpe。

步驟3：在氧化層上繼續(xù)生長gan層，和氧化層配合抬高下方異質(zhì)結(jié)中二維電子氣溝道至內(nèi)部費米能級之上，至此完成外延結(jié)構(gòu)生長，其中，所述gan層為p型gan外延，厚度為5-100nm；

步驟4：通過光刻顯影方式和剝離工藝，在上述外延結(jié)構(gòu)上形成p型柵極氧化保護掩膜，并打開p型柵極以外的區(qū)域，通過氧等離子和熱氧化方法對該區(qū)域進行氧化，具體的，在完成制備p型柵極保護層的晶圓上，氧化柵極區(qū)域以外p型gan下方的ingan，氧化方式包含但不限定于氧等離子體，爐管氧化，氧化溫度包含但不限定于室溫至600攝氏度，氧化時間包含但不限于1-60分鐘；

步驟5：在上述經(jīng)過氧化的晶圓上進行濕法腐蝕，溶解ingan的氧化物進而移除p型柵極區(qū)域以外的p型gan層，最后去除p型柵極保護掩膜，具體的，在上述經(jīng)過氧化輔助的晶圓上，通過濕法腐蝕并移除表面p型gan層，腐蝕溶液包含但不限定于koh，hcl等無機或有機溶液，濕法腐蝕溫度包含但不限定于室溫至100攝氏度，濕法腐蝕時間包含但不限于30-120分鐘，至此完成柵極以外區(qū)域的p型gan層移除；

步驟6：在上述完成p型柵極制備的ganhemt結(jié)構(gòu)的晶圓上，進行g(shù)anhemt器件工藝制備，依次進行有源區(qū)隔離，源、漏極歐姆金屬制備，柵極金屬制備，表面鈍化層制備及其開孔，電極加厚，金屬互聯(lián)等相關(guān)工藝。

以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。