[发明专利]基于负电容介质的GaN基凹槽绝缘栅增强型高电子迁移率晶体管

权利要求书

1.基于负电容介质的GaN基凹槽绝缘栅增强型高电子迁移率晶体管，自下而上包括衬底(1)、AlN成核层(2)、GaN缓冲层(3)、AlN插入层(4)、AlGaN势垒层(5)、GaN帽层(6)和SiN钝化层(7)，GaN缓冲层(3)上的两端设有源电极(10)和漏电极(11)，源电极(10)和漏电极(11)上设有金属互联层(13)，SiN钝化层(7)中设有凹型结构，凹型结构的内壁及SiN钝化层(7)表面设有栅介质层(8)，且栅介质层采用具有负电容特性的HfZrO介质，该栅介质层的凹型结构上设有栅电极(12)，栅电极(12)和钝化层(7)表面上的栅介质层(8)上覆盖有SiN保护层(9)，其特征在于：

栅电极(12)的下方设有深度至AlN插入层(4)的一个凹槽(14)，以形成阈值电压更正的增强型器件。

2.根据权利要求1所述的晶体管，其特征在于SiN钝化层(7)的厚度为60nm～80nm。

3.根据权利要求1所述的晶体管，其特征在于AlGaN势垒层(5)中的凹槽(14)，其深度为15nm～23nm。

4.一种基于负电容介质的GaN基凹槽绝缘栅增强型高电子迁移率晶体管的制作方法，其步骤包括如下：

1)选用已形成衬底(1)、AlN成核层(2)、GaN缓冲层(3)、AlN插入层(4)、AlGaN势垒层(5)和GaN帽层(6)的外延基片；

2)在外延基片的GaN缓冲层(3)的两端制作源电极(10)和漏电极(11)；

3)在外延基片的GaN帽层(6)上光刻有源区的电隔离区域，利用感应耦合等离子刻蚀ICP工艺或离子注入工艺制作器件有源区的电隔离；

4)在源电极(10)、漏电极(11)和有源区的GaN帽层(6)上，利用等离子增强化学气相沉积PECVD工艺生长SiN钝化层(7)；

5)在SiN钝化层(7)上光刻栅槽区域，并利用ICP工艺对该栅槽区域内的SiN钝化层(7)、GaN帽层(6)和AlGaN势垒层(5)进行刻蚀，刻蚀深度至AlN插入层(4)；

6)在栅槽区域的GaN帽层(6)和栅槽区域以外的SiN钝化层(7)上，利用原子层沉积ALD工艺制备栅介质层(8)，且栅介质层采用具有负电容特性的HfZrO介质；

7)在栅介质层(8)上光刻栅电极区域，并利用电子束蒸发工艺制作栅电极(12)；

8)在栅电极(12)和栅电极区域以外的SiN钝化层(7)上，利用PECVD工艺生长SiN保护层(9)；

9)在SiN保护层(9)上光刻金属互联开孔区，并利用ICP工艺依次刻蚀掉互联开孔区的SiN保护层(9)、栅介质层(8)和SiN钝化层(7)；

10)在金属互联开孔区和未开孔刻蚀的SiN保护层(9)上光刻金属互联区域，并利用电子束蒸发工艺制作金属互联层(13)，用于把源电极(10)和漏电极(11)引到器件表面，完成器件制作。

5.根据权利要求4所述的方法，其中步骤6)中利用ALD工艺制备栅介质层(8)，其步骤如下：

5a)将制作完栅槽刻蚀的样品放入化学溶液中进行清洗，去除栅槽区域的GaN帽层(6)和栅槽区域以外的SiN钝化层(7)表面的杂质；

5b)将样品放入等离子增强原子层沉积PEALD设备中，利用远程等离子体对栅槽区域的GaN帽层(6)表面进行原位预处理；

5c)在栅槽区域的GaN帽层(6)和栅槽区域以外的SiN钝化层(7)上，利用等离子增强原子层沉积PEALD工艺生长厚度为20nm～30nm的HfZrO栅介质层(8)；

5d)利用快速热退火工艺对样品进行退火处理，改善栅介质层的质量和器件界面特性。

6.根据权利要求4所述的方法，其中利用感应耦合等离子刻蚀工艺ICP制作步骤3)中器件有源区的电隔离和步骤5)中的凹槽，其工艺条件如下：

Cl₂作为反应气体，

Cl₂流量25sccm，

上电极和下电极的射频功率分别为100W和10W，

反应腔室压力为10mTorr。