3]在上述方案中，GaN基材料HEMT作為平面器件，制作工藝相對簡單，原材料又可以依托現(xiàn)在龐大的LED照明產(chǎn)業(yè)，從而減低成本，因此更容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。未來具有常關(guān)型操作特點(diǎn)的高性能低損耗GaN基材料功率開關(guān)器件將占據(jù)可觀的市場份額。
[0074]傳統(tǒng)的AlGaN勢皇層刻蝕和氟離子注入方案分別造成柵極下面用于電流輸運(yùn)的2DEG溝道界面的破壞和溝道內(nèi)電子散射的增加，從而導(dǎo)致器件開啟導(dǎo)通電阻變大，導(dǎo)通電流降低，難以獲得常關(guān)型操作的大閾值電壓的同時獲得低的開啟導(dǎo)通電阻。而為了獲得目標(biāo)的大閾值電壓常關(guān)型操作類型，勢皇層刻蝕深度和氟離子注入劑量都要加強(qiáng)，從而導(dǎo)致器件大閾值電壓和大導(dǎo)通電流兩項(xiàng)主要指標(biāo)必須要有所取舍，實(shí)際器件制作中只能選擇一種折中的方案。另一方面，從器件工作在高溫、高壓等極端條件考慮，現(xiàn)有技術(shù)同樣還存在若干工作可靠性和穩(wěn)定性問題。
[0075]本發(fā)明實(shí)施例提供的具有三明治柵極介質(zhì)結(jié)構(gòu)的HEMT器件，采用部分刻蝕柵極勢皇層并沉積具有包裹氟離子儲存層的三明治柵極介質(zhì)結(jié)構(gòu)的新設(shè)計(jì)方案。通過部分刻蝕柵極勢皇層，在保證2DEG溝道界面不被損壞的前提下，減弱異質(zhì)界面處的極化效應(yīng)從而降低溝道的電子濃度，并縮短柵電極控制2DEG溝道電子濃度的有效距離，在減小柵極2DEG溝道電子濃度的同時不損傷2DEG溝道，使其同時保持良好的開關(guān)導(dǎo)通特性。由于柵極區(qū)域2DEG溝道沒有被損傷，HEMT器件能保持較小的柵極開啟電阻和較大的器件導(dǎo)通電流。通過設(shè)置將介質(zhì)層制作成三明治柵極介質(zhì)結(jié)構(gòu)，利用第二介質(zhì)層中氟離子負(fù)電荷進(jìn)一步排斥2DEG溝道中的電子，從而實(shí)現(xiàn)常關(guān)型操作的大閾值電壓。由于完全氟離子注入的介質(zhì)層位于三明治柵極介質(zhì)結(jié)構(gòu)的中間層，底層材料是高致密度的介質(zhì)層，因此即使在高溫或高壓等極端條件下，大部分氟離子將被束縛在中間的第二介質(zhì)層，不易進(jìn)入柵極下2DEG溝道，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有更好的性能穩(wěn)定性。三明治柵極介質(zhì)結(jié)構(gòu)頂層的第三介質(zhì)層可以顯著減小器件的柵極漏電流，提高柵極驅(qū)動電壓使用范圍。另外，在該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)下，朝漏極方向柵極邊緣的2DEG溝道電子濃度呈階梯狀分布，即柵極中心區(qū)域電子濃度最低，凹槽柵邊緣電子濃度相對較高，柵極外溝道電子濃度最高，因此在器件關(guān)斷并且漏極施加高壓狀態(tài)下，該結(jié)構(gòu)勢皇層表面具有更加均勻的電場強(qiáng)度分布，該器件設(shè)計(jì)因此將具有更大擊穿電壓。本發(fā)明通過減薄勢皇層減弱異質(zhì)界面處的極化效應(yīng)從而大幅減小溝道的電子濃度，聯(lián)合三明治柵極介質(zhì)結(jié)構(gòu)中間層高濃度氟離子的電子排斥作用，可以實(shí)現(xiàn)HEMT器件常關(guān)型操作的大閾值電壓。在器件關(guān)斷漏極施加高壓情況下，由于朝漏極方向柵極邊緣具有更加均勻的電場強(qiáng)度分布，該器件設(shè)計(jì)相對傳統(tǒng)器件結(jié)構(gòu)將具有更大擊穿電壓。
[0076]需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例中AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)材料可以延伸到AlGaAs/GaAs和AlGaAs/InGaAs等其他能產(chǎn)生2DEG的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)材料類型中；作為GaN表面的勢皇層，勢皇層可以是AlGaN，也可以是Α1Ν、Α1ΙηΝ或者它們的組合；襯底可以是S1、藍(lán)寶石或碳化娃等。
[0077]實(shí)施例二
[0078]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的具有三明治柵極介質(zhì)結(jié)構(gòu)的HEMT器件的制備方法的實(shí)現(xiàn)流程圖。如圖4所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的具有三明治柵極介質(zhì)結(jié)構(gòu)的HEMT器件的制備方法包括:
[0079]步驟101，形成依次由襯底、緩沖層、GaN層和勢皇層組成的疊層結(jié)構(gòu)。
[0080]圖5a是本發(fā)明實(shí)施例提供的具有三明治柵極介質(zhì)結(jié)構(gòu)的HEMT器件的制備方法在本步驟中對應(yīng)的結(jié)構(gòu)圖。參照圖5a，形成依次由襯底1、緩沖層2、GaN層3和勢皇層4組成的疊層結(jié)構(gòu)。提供襯底I ;在襯底I上形成緩沖層2 ;在緩沖層2上形成的GaN層3 ;在GaN層3上形成勢皇層4。
[0081]具體過程為:利用MOCVD或者M(jìn)BE設(shè)備在襯底上生長緩沖成核層，后生長I?10 μ m GaN層和10?30nm勢皇層，勢皇層可以是AlGaN、AlInN, AlN或者是它們的復(fù)合結(jié)構(gòu)，GaN層和勢皇層之間形成異質(zhì)結(jié)，GaN層和勢皇層異質(zhì)結(jié)界面形成2DEG溝道。在本實(shí)施例中勢皇層選為AlGaN，AlGaN材料中Al組分為0.25。本步驟中的疊層結(jié)構(gòu)可現(xiàn)場制備，也可直接采用生長好的2?8英寸襯底AlGaN/GaN外延片。
[0082]步驟102，在所述疊層結(jié)構(gòu)上形成源電極和漏電極。
[0083]圖5b是本發(fā)明實(shí)施例提供的具有三明治柵極介質(zhì)結(jié)構(gòu)的HEMT器件的制備方法在本步驟中對應(yīng)的結(jié)構(gòu)圖。參照圖5b，在所述疊層結(jié)構(gòu)上形成源電極5和漏電極6。在疊層結(jié)構(gòu)上刻蝕形成臺面后，再通過光刻技術(shù)分別刻蝕形成源電極窗口和漏電極窗口 ；分別在源電極窗口和漏電極窗口對應(yīng)的勢皇層4中刻蝕出源電極凹槽和漏電極凹槽；分別在源電極凹槽和漏電極凹槽中沉積歐姆接觸的源電極5和漏電極6。具體的過程為:先采取傳統(tǒng)GaN材料臺面刻蝕技術(shù)，利用ICP設(shè)備刻蝕300?500nm器件臺面隔離凹槽，在此基礎(chǔ)上光刻出源電極窗口和漏電極窗口并用氯基離子刻蝕掉源電極窗口和漏電極窗口對應(yīng)位置的勢皇層后，采用電子束蒸發(fā)法沉積Ti/Al/Ni/Au或者Ti/Al/W合金經(jīng)850°C退火后形成源電極5和漏電極6歐姆接觸。
[0084]步驟103，在源電極、漏電極以及勢皇層上形成鈍化層。
[0085]圖5c是本發(fā)明實(shí)施例提供的具有三明治柵極介質(zhì)結(jié)構(gòu)的HEMT器件的制備方法在本步驟中對應(yīng)的結(jié)構(gòu)圖。參照圖5c，在源電極5、漏電極6以及勢皇層4上形成鈍化層7。具體過程為:在制作了歐姆接觸的源電極5和漏電極6結(jié)構(gòu)上沉積100?300nm S12或者Si3N4介質(zhì)層形成器件表面鈍化層7，該鈍化層7同時作為柵極場板(field plate)結(jié)構(gòu)的有效介質(zhì)層。
[0086]步驟104，刻蝕鈍化層和勢皇層形成凹槽。
[0087]圖5d是本發(fā)明實(shí)施例提供的具有三明治柵極介質(zhì)結(jié)構(gòu)的HEMT器件的制備方法在本步驟中對應(yīng)的結(jié)構(gòu)圖。參照圖5d，刻蝕鈍化層7和勢皇層4形成凹槽，使凹槽的底面低于勢皇層4的頂面，凹槽中剩余勢皇層4的厚度為3?10nm。具體過程為:采用光刻技術(shù)刻蝕出長度為2?3 μπι的凹槽窗口，采用緩沖氫氟酸(BOE)腐蝕掉凹槽窗口處對應(yīng)的鈍化層7而裸露出對應(yīng)位置的勢皇層表面；利用ICP設(shè)備在30?10W低功率條件下刻蝕掉凹槽窗口對應(yīng)位置的部分勢皇層4，形成凹槽，使凹槽中剩余勢皇層的厚度為3?10nm。勢皇層剩余的厚度3?10nm，能夠保持底下2DEG溝道不被破壞。
[0088]步驟105，形成包覆凹槽表面和鈍化層表面的第一介質(zhì)層，并在第一介質(zhì)層的表面形成預(yù)第二介質(zhì)層。
[0089]圖5e是本發(fā)明實(shí)施例提供的具有三明治柵極介質(zhì)結(jié)構(gòu)的HEMT器件的制備方法在本步驟中對應(yīng)的結(jié)構(gòu)圖。參照圖5e，形成包覆凹槽表面和鈍化層表面的第一介質(zhì)層，并在第一介質(zhì)層8的表面形成預(yù)第二介質(zhì)層9。
[0090]具體過程為:先沉積生長高致密度的第一介質(zhì)層8，厚度為5?15nm，材料選擇致密的ZrO2或者Al 203，第一介質(zhì)層8作為氟離子注入的“阻擋層”;再沉積生長相對致密度較小的預(yù)第二介質(zhì)層14，厚度為10?30nm，材料選擇Si02、Si0N(氮氧化硅)或者HfO2，預(yù)第二介質(zhì)層14作為后續(xù)注入氟離子的“積累層”。實(shí)際器件制作過程三層介質(zhì)材料也可以選擇相同，但需要控制介質(zhì)層生長工藝，使第二介質(zhì)層9的致密度和硬度適當(dāng)小于第一介質(zhì)層8。
[0091]步驟106，在預(yù)第二介質(zhì)層中注入氟離子。
[0092]圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的具有三明治柵極介質(zhì)結(jié)構(gòu)的HEMT器件的制備方法在本步驟中對應(yīng)的結(jié)構(gòu)圖。參照圖5f，在預(yù)第二介質(zhì)層14中注入氟離子。具體過程為:利用RIE設(shè)備在預(yù)第二介質(zhì)層14中在30?50W低功率條件下注入氟離子，選擇的氟基氣源為0?4或者 CHF 3。
[0093]步驟107，去除部分預(yù)第二介質(zhì)層，剩余的預(yù)第二介質(zhì)層形成第二介質(zhì)層。
[0094]圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的具有三明治柵極介質(zhì)結(jié)構(gòu)的HEMT器件的制備方法在本步驟中對應(yīng)的結(jié)構(gòu)圖。參照圖5g，去除部分預(yù)第二介質(zhì)層14，剩余的預(yù)第二介質(zhì)層14形成第二介質(zhì)層9，使第二介質(zhì)層9在凹槽中的第一介質(zhì)層8之上，且第二介質(zhì)層9的兩端與凹槽側(cè)壁上的第一介質(zhì)層8不接觸。利用濕法腐蝕工藝去除部分預(yù)第二介質(zhì)層14，得到第二介質(zhì)層9 ;利用濕法腐蝕的側(cè)向腐蝕工藝使第二介質(zhì)層9的兩端與凹槽側(cè)壁上的第一介質(zhì)層8的距離為100?500nm。具體過程為:使用5214E正膠，采用二次曝光的光刻反轉(zhuǎn)技術(shù)，目的是用光刻膠保護(hù)器件柵極區(qū)域，顯影去掉其他區(qū)域光刻膠后，利用BOE濕法腐蝕工藝去除柵極區(qū)域表面以外的預(yù)第二層介質(zhì)層14，得到第二介質(zhì)層9，利用濕法腐蝕的側(cè)向腐蝕原理，通過控制腐蝕時間，控制剩余的第二介質(zhì)層9邊緣與原來柵極刻蝕凹槽中第一介質(zhì)層的邊緣之間的距離為100?500nm。