[发明专利]基于氮化镓外延异质结的常开型HEMT器件及其制备方法

权利要求书

1.一种基于氮化镓外延异质结的常开型HEMT器件，其特征在于，包括GaN外延、SiN钝化层、源漏电极、栅电极、第一SiO₂钝化层、源场板、第二SiO₂钝化层；所述GaN外延位于最底层，所述SiN钝化层、源漏电极均位于GaN外延表面，第一SiO₂钝化层位于SiN钝化层表面、源漏电极之间并覆盖栅电极；所述源场板位于第一SiO₂钝化层和源电极表面，所述第二SiO₂钝化层位于最顶层并覆盖源场板。

2.如权利要求1所述的一种基于氮化镓外延异质结的常开型HEMT器件，其特征在于，还包括台面隔离层，所述台面隔离层位于不同器件单元区域边缘，实现不同器件单元的电学隔离。

3.一种基于氮化镓外延异质结的常开型HEMT器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)准备GaN外延；

(b)在所述GaN外延上生长SiN钝化层；

(c)在所述SiN钝化层进行标记光刻；

(d)离子注入完成器件隔离；

(e)欧姆接触在样品上生长源漏电极；

(f)栅工艺在样品上生长栅电极；

(g)在生长栅电极后的样品表面生长第一SiO₂钝化层；

(h)在所述生长第一SiO₂钝化层后的样品上生长场板金属；

(i)在所述生长场板金属后的样品表面生长第二SiO₂钝化层，即完成该基于氮化镓外延异质结的常开型HEMT器件。

4.如权利要求3所述的一种基于氮化镓外延异质结的常开型HEMT器件的制备方法，其特征在于，所述步骤(a)包括样品的减薄以及准备工作；

所述步骤(b)中采用采用低压力化学气相沉积法生长SiN钝化层；

所述步骤(c)中使用光刻键合对准机完成标记光刻；

所述步骤(e)中在所述样品上进行普通光刻标记出源漏电极生长区域，然后采用RIE对所述SiN钝化层进行刻蚀，刻蚀结束后在对应区域完成金属淀积源漏，最后进行金属剥离/PDA；

所述步骤(f)中采用电子束光刻完成栅电极标记，通过金属淀积以及剥离完成栅金属的生长工艺，形成栅电极；

所述步骤(g)中采用PECVD工艺在所述样品表面生长第一SiO₂钝化层，在所述第一SiO₂钝化层上光刻标记处源漏栅电极图形，并采用RIE设备刻蚀开窗口；

所述步骤(h)中在所述样品表面光刻标记出源漏金属位置，通过金属淀积、金属剥离完成场板以及源漏开窗口工艺；

所述步骤(i)在所述样品表面采用PECVD工艺淀积第二SiO₂钝化层，在所述第二SiO₂钝化层上光刻标记处源漏电极图案，然后使用RIE实现刻蚀开窗口。

5.如权利要求3所述的一种基于氮化镓外延异质结的常开型HEMT器件的制备方法，其特征在于，

步骤(a)中样品的减薄以及准备工作具体包括以下步骤：

(a1)减薄：将样品剪薄到400um，然后将样品用高温胶带固定在支架上；

(a2)样品清洗：将晶圆样品置于含有丙酮的烧杯中，然后加入异丙醇(IPA)，所有有机溶剂清洗均在超声波水浴中进行，去除和清洗样品表面的有机污染物；用去离子水冲洗样品，用氮气、氮气枪吹干，完成清洗程序；

步骤(b)采用采用低压力化学气相沉积法生长SiN钝化层的具体步骤为：

(b1)使用HCl:10H₂O溶液清洗样品；

(b2)以SiH₂Cl₂和氨气作为反应气体，通入反应设备中；

(b3)在特定温度的环境下沉积；

步骤(c)中使用光刻键合对准机完成标记光刻的具体步骤为：

(c1)涂胶：使用正胶作为光刻胶均匀旋涂于样品表面；

(c2)烘烤：将样品放置在的热板上烘烤，除去抗蚀剂膜上的溶剂，增加抗蚀剂对晶圆片的附着力；

(c3)光刻：使用光刻键合对准机，将样品放置其中在紫外下曝光；

(c4)显影：将样品放置在显影液中浸泡一段时间，然后使用DI水冲洗样品，最后将样品用N₂枪干燥；

(c5)金属：在样品光刻区域溅射TiW金属；

(c6)剥离：使用丙酮+异丙酮混合溶液进行剥离，剥离后用DI冲洗样品，使用显影液去除光刻胶，将样品用DI冲洗，最后进行N₂干燥；

步骤(d)中进行离子注入的具体步骤为：

(d1)涂胶：在样品表面均匀旋涂光刻胶；

(d2)烘烤：将样品放置在热板上烘烤；

(d3)光刻：用光刻键合对准机将样品暴露在紫外线下，以形成所需的图案；

(d4)显影：使用显影液浸泡样品，然后用DI水冲洗样品，最后用N₂枪干燥；

(d5)离子注入：注入氟离子；

步骤(e)中，具体包括以下步骤：

(e1)光刻：

(e1.1)涂胶：将正胶均匀旋涂于样品表面；

(e1.2)烘烤：将样品放置在热板上烘烤，除去抗蚀剂膜上的溶剂，增加抗蚀剂对晶圆片的附着力；

(e1.3)光刻：使用光刻键合对准机，将样品放置其中在紫外下曝光；

(e1.4)显影：将样品在显影液中浸泡，然后使用DI水冲洗样品，最后使用N₂枪干燥；

(e2)刻蚀：

(e2.1)钝化层刻蚀：采用RIE技术刻蚀SiN；

(e2.2)帽层及势垒层刻蚀：采用ICP技术刻蚀GaN帽层和部分势垒层；

(e3)源漏电极生长：

(e3.1)去氧化层：刻蚀结束后，HCl漂洗样品，以去除样品表面氧化层；

(e3.2)金属淀积：使用电子束金属蒸发器沉积Ti/Al/Ni/Au；

(e3.3)金属剥离：使用丙酮和异丙酮混合溶液浸泡样品完成剥离，剥离结束后，使用DI冲洗样品，并最终用N₂枪干燥；

(e3.4)退火：在N₂氛围中快速热退火工艺，完成源漏电极的生长；

步骤(f)中，形成栅电极的具体步骤为：

(f1)电子束光刻：

(f1.1)涂胶：将光刻胶均匀旋涂在样品表面；

(f1.2)光刻：使用EBL设备完成光刻工艺，将样品放于光刻设备中，对掩模进行对准,当样品与掩模上的图案正确对齐后，样品与掩模接触，光刻胶暴露在紫外线下；

(f1.3)显影：将样品使用DI浸泡去导电胶，之后放入显影液四甲基异戊酮+异丙醇中浸泡，之后再放入异丙醇对样品进行清洗，用N₂吹干样品，最后采用O2plasama处理去除样品表面的残胶底模；

(f2)栅电极生长：

(f2.1)金属淀积：使用电子束金属蒸发器沉积Ni/Au；

(f2.2)剥离：将样品放置于丙酮中浸泡同时进行超声，然后将样品浸泡在丙酮+异丙醇混合溶液中完成金属剥离，将样品用DI浸泡同时超声波水浴，组后用N₂吹干样品；

步骤(g)中，具体步骤还包括：

(g1)生长钝化层：

(g1.1)以N₂O和SiH₄作为反应气体；

(g1.2)在特定温度设备环境下，生长所述钝化层；

(g2)光刻：

(g2.1)涂胶：将正胶均匀旋涂于样品表面；

(g2.2)显影：将样品在显影液中浸泡；

(g3)刻蚀开窗口：将样品放置于RIE设备中刻蚀；

(g4)样品清洗：将样品放置于丙酮溶液中浸泡同时进行超声以实现去胶，然后将样品放置于丙酮+异丙醇的混合溶液中浸泡去除杂质，之后用DI溶液浸泡同时超声波水浴清洗样品，最后用N₂吹干样品；

步骤(h)中，具体步骤还包括：

(h1)光刻：

(h1.1)涂胶：将正胶均匀旋涂于样品表面；

(h1.2)烘烤：将样品放置在热板上烘烤，除去抗蚀剂膜上的溶剂，增加抗蚀剂对晶圆片的附着力；

(h1.3)光刻：使用光刻键合对准机，将样品放置其中在紫外下曝光；

(h1.4)显影：将样品在显影液中浸泡，然后使用DI水冲洗样品，最后使用N₂枪干燥；

(h2)场板金属生长：

(h2.1)金属淀积：在所述样品表面使用电子束金属蒸发器沉积Ni/Au；

(h2.2)金属剥离：将所属样品浸泡在丙酮+异丙醇的混合溶液中，然后用DI冲洗，最后用N₂吹干样品，完成场板工艺；

步骤(i)中，具体步骤还包括：

(i1)SiO₂钝化层生长：

(i1.1)以N₂O和SiH₄作为反应气体；

(i1.2)在特定温度的设备环境下生长所述钝化层；

(i2)光刻：

(i2.1)涂胶：将正胶均匀旋涂于样品表面；

(i2.2)显影：将样品在显影液中浸泡，然后使用DI水冲洗样品，最后使用N₂枪干燥；

(i3)刻蚀开窗口：将样品放置于RIE设备中刻蚀；

(i4)样品清洗：将样品放置于丙酮溶液中浸泡同时进行超声以实现去胶，然后将样品放置于丙酮+异丙醇的混合溶液中浸泡去除杂质，之后用DI溶液浸泡同时超声清洗样品，最后用N₂吹干样品。