[发明专利]GaN器件结构及其制备方法

说明书

本发明的GaN器件结构及其制备方法，制备包括：提供衬底；制备GaN沟道层、势垒层、中间保护层、第一器件电极；在第一器件电极周围的中间保护层上制备第二栅极；制备栅氧层、In₂O₃沟道层以及第二源极和第二漏极。本发明在GaN器件的基础上，引入In₂O₃器件，利用In₂O₃MOSFET器件来控制常开耗尽型GaN器件开启，解决了GaN常开型器件局限，实现normally‑off(常关)功能；另外，解决了连接Si器件进行开关控制的工艺复杂问题，降低了成本，In₂O₃MOSFET相较于SiMOSFET，与后道工艺兼容，即无需复杂工艺制程，在完成GaN器件工艺前道制程后，额外增加几步非高温制程，即可完成，开关速度快。

技术领域

本发明属于集成电路制造技术领域，特别是涉及一种GaN器件结构及其制备方法。

背景技术

GaN材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点，是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料，被誉为是继第一代Ge、Si半导体材料、第二代GaAs、InP化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。它具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好(几乎不被任何酸腐蚀)等性质和强的抗辐照能力。

然而，对于常开耗尽型GaN器件，即栅极在零栅压情况下，沟道也是导通的，需要施加额外的负栅压才能关断沟道，阈值电压为负值，显然将这种器件应用在电力电子领域会加大电路设计的难度，增大转换功耗。

因此，如何提供一种GaN器件结构及其制备方法，以解决现有技术的上述问题实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种GaN器件结构及其制备方法，用于解决现有技术中常开耗尽型GaN器件的局限以及开关难以有效控制、工艺复杂等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种GaN器件结构的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

提供衬底；

在所述衬底上制备GaN沟道层及势垒层；

在所述势垒层上制备中间保护层；

制备第一器件电极，所述第一器件电极包括第一源极、第一漏极及第一栅极，所述第一源极、所述第一漏极及所述第一栅极贯穿所述中间保护层形成在所述势垒层表面；

在所述第一器件电极周围的所述中间保护层上制备第二栅极；

至少在所述第二栅极显露的表面制备栅氧层；

在所述栅氧层的表面形成In₂O₃沟道层；

在所述In₂O₃沟道层上制备第二源极和第二漏极，以得到所述GaN器件结构。

可选地，所述中间保护层的特征包括下列条件中的至少一者：A1)所述中间保护层包括高K介质层及SiN层中的任意一种；A2)所述中间保护层的厚度介于50-500nm之间。

可选地，形成所述第一源极和第一漏极之前包括步骤：去除对应位置的所述中间保护层，以显露所述势垒层；对显露的所述势垒层的表面进行改性处理，所述改性处理的方式包括依次进行臭氧处理、酸性试剂处理以及等离子体处理的工艺；和/或，形成所述第一栅极之前包括步骤：去除对应位置的所述中间保护层，以显露所述势垒层；对显露的所述势垒层的表面进行改性处理，所述改性处理的方式包括依次进行臭氧处理及酸性试剂处理的工艺。

可选地，所述栅氧层包括高K介质层。

可选地，所述栅氧层的厚度介于5-20nm之间。