[发明专利]一种氮化镓增强型HEMT器件及其制备方法

说明书

本发明属于半导体材料技术领域，具体涉及一种氮化镓增强型HEMT器件及其制备方法。该方法采用ICP进行氧气等离子优化氮化镓导电通道，在沉积绝缘介电层之前先进行氧气等离子体处理，然后进行原位退火，在栅极区产生一种晶体GaON纳米相作为优化的通道层，该方法能够有效的降低凹槽内壁由于刻蚀工艺所以引入的高浓度杂质表面态以及粗糙的内壁形貌，提高器件的稳定性和可靠性，同时，器件的击穿电压和导通/关断电流比提高，进而提高器件工作性能。

技术领域

本发明属于半导体材料技术领域，具体涉及一种氮化镓增强型HEMT器件及其制备方法。

背景技术

基于AlGaN/GaN异质结的高电子迁移率晶体管(HEMT)具有低导通电阻、高击穿电压、高开关频率等独特优势，从而能够在各类电力转换系统中作为核心器件使用，在节能减耗方面有重要的应用前景，因此受到学术界、工业界的极大重视。然而耗尽型HEMT器件由于是常开器件，在应用耗尽型HEMT器件进行工作时，会额外损失大量能源。而增强型HEMT器件则不存在上述问题。常规的增强型HEMT器件是在耗尽型HEMT器件基础上，耗尽栅极下方的二维电子气，中断二维电子气的传输。在需要器件呈开启状态时，则加大正向偏压，栅极处半导体材料聚集大量电子，使源漏两级间的二维电子气重新导通。

目前，常规增强型HEMT器件的制备技术主要包括氟离子注入技术、槽栅技术(Recessed Gate Technology)，其中前者利用含氟的等离子体(如CF₄)对器件栅极区域进行处理，将带负电荷的氟离子注入至AlGaN势垒层，从而耗尽栅极下方的二维电子气，但其对氟离子在势垒层中的稳定性有很高要求，并且由于HEMT器件在导通状态时要求大电流、高电压，沟道处的局部高温将会导致氟离子的热移动，影响氟离子的空间分布，从而导致阈值电压偏移，此外，氟离子注入过程中，不可避免地会对势垒层造成损伤，故而必须在完成栅极制备后进行低温退火以对损伤进行恢复。后者主要通过干法刻蚀技术(主要是ICP、RIE)将栅极所在区域的AlGaN势垒层刻薄，从而耗尽栅极下方的二维电子气，但是，因过刻蚀或者欠刻蚀均无法实现增强型HEMT的制备，故需精确控制刻蚀深度，精度不好把握；此外刻蚀过程中不可避免会对势垒层表面造成损伤从而影响肖特基势垒，并且刻蚀沟道的内表面粗糙，会引入大量表面态，从而形成漏电沟道，增大器件能耗，降低器件性能，另外，沉积绝缘介电层所需温度较高，也会使得氮化镓表面退化和粗糙化，因此在完成栅极制备后也需要进行低温退火以对损伤进行恢复。因此，上述现有技术的缺点在于无法保证增强型HEMT器件的可靠性和稳定性，影响未来商业化所制造器件的性能评估，无法实现商业化应用。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中增强型HEMT器件的制备方法无法保证增强型HEMT器件的可靠性和稳定性缺陷，从而提供一种氮化镓增强型HEMT器件及其制备方法。

为此，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种氮化镓增强型HEMT器件的制备方法，包括如下步骤:

在器件栅极区刻蚀掉全部异质势垒层，生成凹槽；

对栅极区进行氧气等离子体氧化处理，然后进行原位退火，生成GaON纳米相。

进一步地，所述氧气等离子体氧化处理的功率为5-20W，氧气流量为20-80sccm，时间为10-60min。由于氮化镓氧气处理速度较慢，且处理到后面，即使增加处理时间和氧气流速也不会增加纳米相的厚度，所以避免能源浪费，处理时间定在这个区间。

进一步地，所述氧气等离子体氧化处理的功率为8-15W，氧气流量为30-60sccm，时间为20-50min。

进一步地，所述原位退火的温度为300-650℃，时间为5-30min。

进一步地，所述原位退火的温度为400-600℃，时间为10-20min。