[发明专利]一种提高氮化镓基场效应晶体管性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及宽禁带半导体材料器件制作技术领域，尤其涉及一种提高氮化镓基场效应晶体管性能的方法。

背景技术

氮化镓(GaN)作为第三代宽禁带半导体材料，以其禁带宽度大(3.4eV)、击穿电压高(3.3MV/cm)、二维电子气浓度高(＞10¹³cm²)、饱和电子速度大(2.8×10⁷cm/s)等特性在国际上受到广泛关注。目前，氮化镓基场效应晶体管(AlGaN/GaN HEMT)器件的高频、高压、高温以及大功率特性，使之在微波功率器件方面有着巨大的应用前景。

虽然铝镓氮/氮化镓(AlGaN/GaN)HEMT器件的性能近年来得到了长足的进展，尤其在高频大功率方面，但是仍有很多问题没有解决，关键的两个问题是电流崩塌效应和栅反向漏电增大。电流崩塌效应成为迈向实用化和产业化的瓶颈问题。因此，在AlGaN/GaN HEMT制作过程中，采用PECVD淀积Si₃N₄对器件表面进行钝化，对抑制电流崩塌效应有一定的功效。

采用常规钝化方法制作的GaN基HEMT器件，通常的工艺步骤为：

步骤1、电子束直写光刻或者普通光学光刻，形成电子束对准标记，蒸发标记金属；

步骤2、电子束直写或者直接普通光学光刻源漏图形，并蒸发源漏金属，退火，使源漏金属与衬底材料形成良好的欧姆接触；

步骤3、有源区隔离；

步骤4、电子束直写制作栅线条，蒸发栅金属；

步骤5、PECVD淀积氮化硅钝化；

步骤6、金属布线；

步骤7、制作空气桥。

研究发现，AlGaN/GaN HEMT电流崩塌效应和栅反向泄漏电流都和AlGaN的表面状况有直接的关系。由于材料生长的限制以及AlGaN表面裸露情况，AlGaN表面的表面态问题和表面原始氧化层问题，在理论上和实践过程中一直都没有得到有效的改善和抑制，这严重影响了GaN基HEMT的功率特性和可靠性，成为向实用化迈进的瓶颈。

目前的表面钝化方法存在以下几个严重的问题：

1、AlGaN表面存在表面态和表面原始氧化层，并没有因为氮化硅钝化而消除或者降低表面态浓度，PECVD淀积氮化硅钝化，在AlGaN和氮化硅界面存在的表面态和原始氧化层，使得依然存在一定程度的电流崩塌效应。

2、AlGaN表面存在的原始氧化层，使得氮化硅钝化之后，栅金属边缘的电场有较大幅度增大，从而使得氮化硅钝化后栅反向泄漏电流出现较大程度的增加，这将严重影响器件的击穿电压，并可能使器件的功率增益有较大程度的降低。

3、钝化后在AlGaN和氮化硅界面存在的原始氧化层和表面态具有不稳定性的特点，在长时间高频高电场应力作用下，严重影响器件的稳定性和可靠性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于一种提高氮化镓基场效应晶体管性能的方法，以解决AlGaN表面长期存在的表面原始氧化层，消除表面氧化层诱生的AlGaN表面态，并解决AlGaN和氮化硅界面存在的表面态和表面原始氧化层诱生的电流崩塌效应以及常规钝化引起的栅反向漏电大幅度增加的问题，提高GaN基HEMT的稳定性和可靠性。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种提高氮化镓基场效应晶体管性能的方法，该方法包括：在制作氮化镓基场效应晶体管的过程中，在对氮化镓基场效应晶体管进行钝化之前，采用混合预处理溶液对器件表面进行表面预处理，然后在进行表面预处理后的器件表面淀积氮化硅和富氧氮化硅复合介质层，对氮化镓基场效应晶体管进行钝化。

上述方案中，所述采用混合预处理溶液对器件表面进行表面预处理的步骤包括：采用由氢氟酸、盐酸和水形成的预处理混合溶液，在室温条件下，利用密闭容器对氮化镓基场效应管进行表面预处理。

上述方案中，所述预处理混合溶液中氢氟酸、盐酸和水的化学配比为1∶4∶20。

上述方案中，所述在室温条件下进行表面预处理的时间为1至2分钟。

上述方案中，所述对氮化镓基场效应管进行表面预处理在密闭容器中进行。

上述方案中，所述淀积氮化硅和富氧氮化硅复合介质层的步骤包括：采用PECVD方法在进行表面预处理后的器件表面淀积一层厚度为的氮化硅，然后在该氮化硅层上淀积一层厚度为的富氧氮化硅。

上述方案中，所述氮化硅中硅氮化学配比为1∶0.82，所述富氧氮化硅中硅氧氮化学配比为1∶0.42∶0.83。