本發(fā)明涉及一種HEMT器件及其制作方法，特別涉及一種通過(guò)雙層蓋帽層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高性能Ⅲ族氮化物HEMT器件的方法，屬于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

HEMT器件是充分利用半導(dǎo)體的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)形成的二維電子氣而制成的，與Ⅲ-Ⅵ族(如AlGaAs/GaAs HEMT)相比，Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體由于壓電極化和自發(fā)極化效應(yīng)，在異質(zhì)結(jié)構(gòu)上(Heterostructure)，如：AlGaN/GaN，能夠形成高濃度的二維電子氣。所以在使用Ⅲ族氮化物制成的HEMT器件中，勢(shì)壘層一般不需要進(jìn)行摻雜。Ⅲ族氮化物具有大的禁帶寬度、較高的飽和電子漂移速度、高的臨界擊穿電場(chǎng)和極強(qiáng)的抗輻射能力等特點(diǎn)，能夠滿下一代電力電子系統(tǒng)對(duì)功率器件更大功率、更高頻率、更小體積和更高溫度的工作的要求。

然而，Ⅲ族氮化物HEMT器件仍然面臨諸多挑戰(zhàn)，如：電流崩塌，閾值穩(wěn)定及器件的可靠性等，電流崩塌指器件在高壓關(guān)態(tài)應(yīng)力后，器件的導(dǎo)通電阻增加的現(xiàn)象。導(dǎo)通電阻的增加會(huì)嚴(yán)重增加器件的功耗，甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)器件的開(kāi)啟，而這種現(xiàn)象的一個(gè)主要原因?yàn)棰笞宓颒EMT器件中較為嚴(yán)重的界面態(tài)或表面態(tài)，當(dāng)器件在關(guān)態(tài)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較多的熱電子，熱電子產(chǎn)生后會(huì)被界面態(tài)或表面態(tài)中的缺陷捕獲，當(dāng)器件需要由關(guān)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殚_(kāi)態(tài)時(shí)，器件溝道中的電子濃度由于缺陷的捕獲而降低，這種電子的捕獲和釋放如果發(fā)生在柵極下方，會(huì)造成器件的閾值電壓發(fā)生變化，影響器件的可靠性。

為降低器件的電流崩塌及提高器件的可靠性，生長(zhǎng)蓋帽層是一個(gè)有效的手段，例如對(duì)于AlGaN/GaN HEMT器件來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)在AlGaN表面生長(zhǎng)一層GaN，以防止AlGaN表面的氧化，從而降低器件表面態(tài)?；蛘?，也可以使用原位生長(zhǎng)SiN的方法來(lái)進(jìn)一步降低器件的表面態(tài)，并且獲得較低的界面態(tài)。但是，傳統(tǒng)的單一蓋帽層結(jié)構(gòu)對(duì)于電流崩塌的限制還是存在局限性，需要對(duì)其作進(jìn)一步的改善和提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于雙層蓋帽層結(jié)構(gòu)的Ⅲ族氮化物HEMT器件及其制作方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

為了實(shí)現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：

本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種基于雙層蓋帽層結(jié)構(gòu)的Ⅲ族氮化物HEMT器件，包括外延層以及與外延層配合的源極、漏極和柵極，所述外延層包括異質(zhì)結(jié)構(gòu)，所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)包括第一半導(dǎo)體和形成于第一半導(dǎo)體上的第二半導(dǎo)體，所述第二半導(dǎo)體具有寬于第一半導(dǎo)體的帶隙；進(jìn)一步的，所述外延層還包括依次形成在第二半導(dǎo)體上的第一蓋帽層和第二蓋帽層，所述第一蓋帽層能夠通過(guò)電離施主產(chǎn)生電荷以補(bǔ)償所述第二半導(dǎo)體的表面受主能級(jí)，所述第二蓋帽層能夠減少或防止所述外延層表面產(chǎn)生自然氧化層及懸掛鍵。

優(yōu)選的，所述第一蓋帽層電離產(chǎn)生的施主電荷密度至少接近所述第二半導(dǎo)體的受主態(tài)密度。

本發(fā)明實(shí)施例還公開(kāi)了一種基于雙層蓋帽層結(jié)構(gòu)的Ⅲ族氮化物HEMT器件的制作方法，包括生長(zhǎng)形成包含異質(zhì)結(jié)構(gòu)的外延層以及制作與異質(zhì)結(jié)構(gòu)配合的柵極、源極和漏極，所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)包括第一半導(dǎo)體和形成于第一半導(dǎo)體上的第二半導(dǎo)體，所述第二半導(dǎo)體具有寬于第一半導(dǎo)體的帶隙；進(jìn)一步的，所述制作方法還包括：在生長(zhǎng)形成所述外延層的過(guò)程中，于第二半導(dǎo)體上依次生長(zhǎng)形成第一蓋帽層和第二蓋帽層，所述第一蓋帽層能夠電離施主產(chǎn)生電荷以補(bǔ)償所述第二半導(dǎo)體的表面受主能級(jí)，所述第二蓋帽層能夠減少或防止所述外延層表面產(chǎn)生自然氧化層及懸掛鍵。

優(yōu)選的，所述第一蓋帽層電離產(chǎn)生的施主電荷密度至少接近所述第二半導(dǎo)體的受主態(tài)密度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)在HEMT器件結(jié)構(gòu)中設(shè)置雙層蓋帽層結(jié)構(gòu)，可以有效抑制器件的電流崩塌，同時(shí)還可以大幅提高器件的閾值穩(wěn)定性，真正實(shí)現(xiàn)高性能Ⅲ族氮化物HEMT器件。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一典型實(shí)施方案中一種基于雙層蓋帽層結(jié)構(gòu)的高性能Ⅲ族氮化物HEMT器件的原理圖；

圖2a是一種現(xiàn)有HEMT器件由關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)的局部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2b是一種現(xiàn)有HEMT器件由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)的局部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明一實(shí)施例中一種基于雙層蓋帽層結(jié)構(gòu)的HEMT器件的局部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明一實(shí)施例中一種基于雙層蓋帽層結(jié)構(gòu)的高性能GaN/AlGaN HEMT器件的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖標(biāo)記說(shuō)明：1—襯底，2—溝道層氮化鎵，3—二維電子氣，4—空間層氮化鋁，5—?jiǎng)輭緦愉X鎵氮，6—n型蓋帽層，7—防氧化蓋帽層，8—源極，9—漏極，10—柵極，11—n型蓋帽層電離出來(lái)的正電荷，12—柵介質(zhì)，13—非高摻雜蓋帽層氮化鎵，14作為溝道層的第一半導(dǎo)體，15—作為勢(shì)壘層的第二半導(dǎo)體，16—溝道耗盡區(qū)，17—負(fù)電荷積累區(qū)，18—空間層。

具體實(shí)施方式

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本案發(fā)明人經(jīng)長(zhǎng)期研究和大量實(shí)踐，得以提出本發(fā)明的技術(shù)方案。如下將對(duì)該技術(shù)方案、其實(shí)施過(guò)程及原理等作進(jìn)一步的解釋說(shuō)明。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于雙層蓋帽層結(jié)構(gòu)的Ⅲ族氮化物HEMT器件，包括外延層以及與外延層配合的源極、漏極和柵極，所述外延層包括異質(zhì)結(jié)構(gòu)，所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)包括第一半導(dǎo)體和形成于第一半導(dǎo)體上的第二半導(dǎo)體，所述第二半導(dǎo)體具有寬于第一半導(dǎo)體的帶隙。進(jìn)一步的，所述外延層還包括依次形成在第二半導(dǎo)體上的第一蓋帽層和第二蓋帽層，所述第一蓋帽層能夠通過(guò)電離施主產(chǎn)生正電荷以補(bǔ)償所述第二半導(dǎo)體的表面受主能級(jí)，所述第二蓋帽層能夠減少或防止所述外延層表面產(chǎn)生自然氧化層及懸掛鍵。

前述懸掛鍵的釋義如下：一般晶體因晶格在表面處突然終止，在表面的最外層的每個(gè)原子將有一個(gè)未配對(duì)的電子，即有一個(gè)未飽和的鍵，這個(gè)鍵稱為懸掛鍵。

進(jìn)一步的，所述第二蓋帽層與柵極之間還設(shè)置有介質(zhì)層和/或鈍化層。

優(yōu)選的，所述介質(zhì)層或鈍化層的材質(zhì)包括氧化鋁、氮化鋁、氧化硅或氮化硅等，且不限于此。

較為優(yōu)選的，所述第一蓋帽層電離產(chǎn)生的施主電荷密度在1E17cm^-3至1E20cm-³之間。

進(jìn)一步的，所述第一蓋帽層為n型蓋帽層。

更進(jìn)一步的，所述n型蓋帽層中施主雜質(zhì)的摻雜濃度在1E17cm^-3至1E20cm-³之間。

更為具體的，所述n型蓋帽層通過(guò)電離施主產(chǎn)生正電荷的密度至少需接近勢(shì)壘層15受主態(tài)密度。

優(yōu)選的，所述第一蓋帽層的厚度在以上。

進(jìn)一步的，所述第一蓋帽層的材質(zhì)包括AlN、GaN、AlGaN、AlInN、InGaN或AlInGaN，且不限于此。

前述第二蓋帽層亦可被命名為防止氧化蓋帽層。

優(yōu)選的，所述第二蓋帽層的厚度在以上。

進(jìn)一步的，所述第二蓋帽層的材質(zhì)包括Si₃N₄、SiO₂或Al₂O₃，且不限于此。

進(jìn)一步的，所述第一半導(dǎo)體的材質(zhì)包括GaN，且不限于此。

進(jìn)一步的，所述第二半導(dǎo)體的材質(zhì)包括Al_xGa_(1-x)N，0＜x≤1，且不限于此。

進(jìn)一步的，所述第一半導(dǎo)體與第二半導(dǎo)體之間設(shè)置有空間層。

進(jìn)一步的，所述空間層的材質(zhì)包括AlN；和/或，所述第二半導(dǎo)體與源極、漏極形成歐姆接觸，且不限于此。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于雙層蓋帽層結(jié)構(gòu)的Ⅲ族氮化物HEMT器件的制作方法，包括生長(zhǎng)形成包含異質(zhì)結(jié)構(gòu)的外延層以及制作與異質(zhì)結(jié)構(gòu)配合的柵極、源極和漏極，所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)包括第一半導(dǎo)體和形成于第一半導(dǎo)體上的第二半導(dǎo)體，所述第二半導(dǎo)體具有寬于第一半導(dǎo)體的帶隙。進(jìn)一步的，所述制作方法還包括：在生長(zhǎng)形成所述外延層的過(guò)程中，于第二半導(dǎo)體上依次生長(zhǎng)形成第一蓋帽層和第二蓋帽層，所述第一蓋帽層能夠電離施主產(chǎn)生正電荷以補(bǔ)償所述第二半導(dǎo)體的表面受主能級(jí)，所述第二蓋帽層能夠減少或防止所述外延層表面產(chǎn)生自然氧化層及懸掛鍵。

進(jìn)一步的，所述的制作方法還包括：采用原位生長(zhǎng)(in-situ)方式生長(zhǎng)形成所述第一蓋帽層和/或第二蓋帽層。

較為優(yōu)選的，所述第一蓋帽層、第二蓋帽層均采用in-situ方式生長(zhǎng)。

進(jìn)一步的，所述的制作方法包括：在第二半導(dǎo)體上生長(zhǎng)形成第一蓋帽層時(shí)，采用非故意摻雜或故意摻雜的方式對(duì)所述第一蓋帽層進(jìn)行摻雜。

進(jìn)一步的，所述第一蓋帽層電離產(chǎn)生的施主電荷密度在1E17cm^-3至1E20cm-³之間。

更進(jìn)一步的，所述第一蓋帽層為n型蓋帽層。

更進(jìn)一步的，所述n型蓋帽層中施主雜質(zhì)的摻雜濃度在1E17cm^-3至1E20cm-³之間。

更為具體的，所述n型蓋帽層通過(guò)電離施主產(chǎn)生正電荷的密度在1E17cm^-3至1E20cm-³之間。

優(yōu)選的，所述第一蓋帽層的厚度在以上。

進(jìn)一步的，所述第一蓋帽層的材質(zhì)包括AlN、GaN、AlGaN、AlInN、InGaN或AlInGaN，且不限于此。

優(yōu)選的，所述第二蓋帽層的厚度在以上。

進(jìn)一步的，所述第二蓋帽層的材質(zhì)包括Si₃N₄、SiO₂或Al₂O₃，且不限于此。

進(jìn)一步的，所述第一半導(dǎo)體的材質(zhì)包括GaN，且不限于此。

進(jìn)一步的，所述第二半導(dǎo)體的材質(zhì)包括Al_xGa_(1-x)N，0＜x≤1，且不限于此。

進(jìn)一步的，所述第一半導(dǎo)體與第二半導(dǎo)體之間設(shè)置有空間層。

進(jìn)一步的，所述空間層的材質(zhì)包括AlN，且不限于此。

進(jìn)一步的，所述第二半導(dǎo)體與源極、漏極形成歐姆接觸。

進(jìn)一步的，所述的制作方法還包括：在第二蓋帽層上形成柵介質(zhì)層和/或鈍化層，之后在所述柵介質(zhì)層和/或鈍化層上制作柵極。

進(jìn)一步的，所述介質(zhì)層或鈍化層的材質(zhì)包括氧化鋁、氮化鋁、二氧化硅或氮化硅，且不限于此。

進(jìn)一步的，在生長(zhǎng)所述外延層的過(guò)程中，可以通過(guò)調(diào)控外延生長(zhǎng)條件而實(shí)現(xiàn)對(duì)器件結(jié)構(gòu)、性能的條款。其中，所述外延生長(zhǎng)條件包括所述外延設(shè)備的功率、所述外延設(shè)備內(nèi)的氣壓、所述外延設(shè)備內(nèi)的氣體組合，以及所述外延設(shè)備內(nèi)的生長(zhǎng)頻率中的任意一者或兩種以上的組合，且不限于此。

在本發(fā)明的一些較為具體的實(shí)施方案中，一種基于雙層蓋帽層結(jié)構(gòu)的高性能Ⅲ族氮化物HEMT器件的制作方法可以包括：

S1、提供外延生長(zhǎng)樣品，所述外延生長(zhǎng)樣品的外延層包括；主要由作為溝道層的第一半導(dǎo)體14和作為勢(shì)壘層的第二半導(dǎo)體組成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)；

S2、在第二半導(dǎo)體上in-situ外延生長(zhǎng)n型蓋帽層，其摻雜濃度可通過(guò)非故意摻雜或故意摻雜進(jìn)行控制，至少需接近勢(shì)壘層界面態(tài)密度；

S3、在n型蓋帽層上in-situ外延生長(zhǎng)防氧化蓋帽層，使得在之后的工藝過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生自然氧化層，尤其是在之后生長(zhǎng)柵介質(zhì)或鈍化層時(shí)，能獲得低的界面態(tài)密度。

S4、繼續(xù)進(jìn)行HEMT器件制作工藝，得到高性能Ⅲ族氮化物HEMT器件，注意在生長(zhǎng)柵介質(zhì)或鈍化層之后的開(kāi)孔時(shí)注意考慮到對(duì)防氧化蓋帽層的刻蝕開(kāi)孔。

其中，前述防止氧化蓋帽層、n型蓋帽層的材質(zhì)可如前文所述，此處不再贅述。

進(jìn)一步的，在第二半導(dǎo)體上in-situ外延生長(zhǎng)n型蓋帽層時(shí)，其摻雜方式為δ摻雜，方便控制濃度及摻雜深度，但不限于此。

進(jìn)一步的，所述防止氧化蓋帽層以及n型蓋帽層均采用in-situ方式生長(zhǎng)。

本發(fā)明通過(guò)在HEMT器件外延層的最上層生長(zhǎng)防止氧化的蓋帽層(第二蓋帽層)，可以有效降低外延層表面的懸掛鍵，在之后生長(zhǎng)柵介質(zhì)或鈍化層時(shí)，可以進(jìn)一步減少界面的自然氧化層及懸掛鍵，獲得低界面態(tài)密度的器件結(jié)構(gòu)。以及，通過(guò)在防氧化蓋帽層的下方生長(zhǎng)n型蓋帽層(第一蓋帽層)，可以在減少氧化降低懸掛鍵的基礎(chǔ)上，利用n型蓋帽層的電離產(chǎn)生施主電荷，有效補(bǔ)償勢(shì)壘層表面受主能級(jí)，降低受主對(duì)電子的捕獲，通過(guò)從而降低電流崩塌，同時(shí)提高閾值穩(wěn)定性，進(jìn)一步提升器件性能。

另外，本發(fā)明提供的通過(guò)雙層蓋帽層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高性能Ⅲ族氮化物HEMT器件的方法過(guò)程簡(jiǎn)單，成本低廉，無(wú)二次外延的要求，與現(xiàn)有的器件制造工藝兼容性非常高，利于大規(guī)模實(shí)施。

請(qǐng)參閱圖1所示，在本發(fā)明的一典型實(shí)施方案中，一種基于雙層蓋帽層結(jié)構(gòu)的高性能Ⅲ族氮化物HEMT器件可以包括：主要由作為溝道層的第一半導(dǎo)體14和作為勢(shì)壘層的第二半導(dǎo)體15組成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，以及源8、漏9、柵極10。其中，源、漏極通過(guò)形成于異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的二維電子氣3電連接。

進(jìn)一步的，所述勢(shì)壘層15之上還設(shè)有防氧化蓋帽層7以及n型蓋帽層6組成的雙層蓋帽層結(jié)構(gòu)。其中，該n型蓋帽層6可電離產(chǎn)生施主電荷11(正電荷)。該雙層蓋帽層結(jié)構(gòu)之上還可設(shè)有柵介質(zhì)層12，柵極10設(shè)于柵介質(zhì)層上方。

進(jìn)一步的，所述第二半導(dǎo)體15與源極8和漏極9金屬形成歐姆接觸。

進(jìn)一步的，所述雙層蓋帽層結(jié)構(gòu)中的n型蓋帽層6是高摻雜的，摻雜濃度至少需接近勢(shì)壘層界面態(tài)密度。

進(jìn)一步的，在第一半導(dǎo)體14和第二半導(dǎo)體15之間可設(shè)置有空間層18。

在一些實(shí)施例中，前述異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以由GaN和Al_xGa_(1-x)N(0＜x≤1)半導(dǎo)體組成，源8、漏9電極位于Al_xGa_(1-x)N表面并且通過(guò)歐姆接觸與二維電子氣相連接，柵極設(shè)于源、漏極之間，在柵極10金屬和Al_xGa_(1-x)N表面之間存在防氧化蓋帽層7以及n型蓋帽層6的雙層蓋帽層結(jié)構(gòu)，雙層蓋帽層結(jié)構(gòu)可以減少界面的自然氧化層及懸掛鍵，以獲得低界面態(tài)密度，并且通過(guò)n型蓋帽層6電離產(chǎn)生的施主電荷11可以有效補(bǔ)償受主能級(jí)，降低受主對(duì)電子的捕獲。

下面將結(jié)合附圖及一些典型實(shí)施案例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。

如圖2a所示，在現(xiàn)有的一種HEMT器件(以AlGaN/GaN器件為例)中，電流崩塌現(xiàn)象的原因是：在器件關(guān)斷狀態(tài)下，在柵極10兩側(cè)AlGaN與柵介質(zhì)層12界面處會(huì)積累負(fù)電荷形成負(fù)電荷積累區(qū)17，由于靜電感應(yīng)作用，積累的負(fù)電荷會(huì)部分耗盡下方溝道區(qū)的二維電子氣，形成溝道耗盡區(qū)16。當(dāng)柵極電壓上升，使器件從關(guān)態(tài)向開(kāi)態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，負(fù)電荷積累區(qū)的電荷由于處于較深的陷阱能級(jí)中，不能及時(shí)被釋放，使得下方溝道中的二維電子氣仍然處于部分耗盡的狀態(tài)，使器件不能完全導(dǎo)通，導(dǎo)致導(dǎo)通電阻增加，隨著時(shí)間增加，負(fù)電荷積累區(qū)17的電荷逐漸被釋放，下方溝道的二維電子氣恢復(fù)，使得器件逐漸達(dá)到完全導(dǎo)通。根據(jù)目前的研究結(jié)構(gòu)，負(fù)電荷從深能級(jí)缺陷中被釋放出來(lái)的時(shí)間能達(dá)到微秒至秒的量級(jí)。

此外，如圖2b所示，在現(xiàn)有的HEMT器件(以AlGaN/GaN器件為例)中，閾值不穩(wěn)定的原因是：在器件關(guān)斷狀態(tài)下，在柵極10下方二維電子氣受柵壓控制被耗盡，同時(shí)界面態(tài)及缺陷等引起的受主能級(jí)中捕獲的電子也被釋放，沒(méi)有被電子填充。當(dāng)柵壓上升，器件從關(guān)斷態(tài)向?qū)☉B(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，柵極10下方二維電子氣受柵壓控制而上升，柵極下方溝道導(dǎo)通，器件導(dǎo)通，而在器件導(dǎo)通狀態(tài)下，由于界面態(tài)及缺陷等引起的受主能級(jí)也捕獲電子，被電子填充，當(dāng)柵壓下降，使器件從導(dǎo)通態(tài)向關(guān)斷態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，柵下勢(shì)壘層中的受主態(tài)中的電子由于處于較深的陷阱能級(jí)中，不能及時(shí)被釋放，使得柵下溝道中的二維電子氣提前被耗盡，閾值發(fā)生正向漂移，嚴(yán)重影響器件的穩(wěn)定性。

鑒于上述普通HEMT器件存在的缺陷，本案發(fā)明人提出了本發(fā)明的技術(shù)方案。

請(qǐng)繼續(xù)參閱圖1，在外延過(guò)程中，在襯底上外延生長(zhǎng)完作為溝道層的第一半導(dǎo)體14和作為勢(shì)壘層的第二半導(dǎo)體15之后，在勢(shì)壘層上方生長(zhǎng)n型蓋帽層6，通過(guò)非故意摻雜或故意摻雜的方式，控制其電離產(chǎn)生的施主電荷11的密度至少需接近勢(shì)壘層受主態(tài)密度，從而通過(guò)n型蓋帽層的電離產(chǎn)生施主電荷，有效補(bǔ)償勢(shì)壘層表面受主能級(jí)，降低受主對(duì)電子的捕獲；在n型蓋帽層上繼續(xù)外延生長(zhǎng)一層防氧化蓋帽層7，由于整個(gè)外延過(guò)程是in-situ方式的原位生長(zhǎng)，可以有效減少氧化降低懸掛鍵，而在之后的器件制造工藝中，對(duì)于生長(zhǎng)柵介質(zhì)或鈍化層時(shí)，有助于以獲得低界面態(tài)密度的器件結(jié)構(gòu)，利用兩種蓋帽層的結(jié)合，有效的抑制了器件的電流崩塌，同時(shí)提高了器件的閾值穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)高性能Ⅲ族氮化物HEMT器件。

再請(qǐng)參閱圖3所示，對(duì)于本發(fā)明的一實(shí)施例中一種具有雙層蓋帽層結(jié)構(gòu)的HEMT器件來(lái)說(shuō)，在器件關(guān)斷狀態(tài)下，在柵極10下方二維電子氣受柵壓控制被耗盡，而表面的懸掛鍵以及自然氧化層引起的界面態(tài)由于防止氧化蓋帽層7結(jié)構(gòu)，得到了明顯的減少，而且其引起的受主能級(jí)也由于n型蓋帽層6電離所產(chǎn)生的施主電荷11所補(bǔ)償，不會(huì)形成負(fù)電荷積累區(qū)，當(dāng)柵壓上升，器件從關(guān)斷態(tài)向?qū)☉B(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，柵極10下方二維電子氣受柵壓控制而上升，柵極下方溝道導(dǎo)通，器件導(dǎo)通，由于不存在處于陷阱能級(jí)的電荷，下方溝道中的二維電子氣完全導(dǎo)通，不存在或很大程度上減少電流崩塌；同時(shí)，而由于界面態(tài)引起的受主能級(jí)一直被n型蓋帽層6電離所產(chǎn)生的施主電荷11所補(bǔ)償，當(dāng)柵壓下降，使器件從導(dǎo)通態(tài)向關(guān)斷態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，柵下二維電子氣基本不受界面態(tài)引起的受主能級(jí)的影響，使得柵下溝道中的二維電子氣正常耗盡，閾值不發(fā)生漂移，提高器件的穩(wěn)定性。

以上對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行了概述，為了是公眾能更好的理解本發(fā)明的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，以下以基于AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)的HEMT器件為例進(jìn)一步闡述本發(fā)明的技術(shù)方案。

該實(shí)施例中的一種基于AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)的HEMT器件的制作方法可以包括：

請(qǐng)參閱圖4所示，該HEMT器件的初始外延層結(jié)構(gòu)包括襯底1上的溝道層2、空間層4和勢(shì)壘層5。當(dāng)然，實(shí)際外延層結(jié)構(gòu)還可包括其他外延結(jié)構(gòu)，如成核層、高阻層和過(guò)渡層等結(jié)構(gòu)(圖中未示出)，外延層結(jié)構(gòu)中形成有二維電子氣3。

之后，在初始外延層片上in-situ外延生長(zhǎng)一層高摻雜n型蓋帽層6，其摻雜方式可以但不限于δ摻雜，控制其摻雜濃度，使其與勢(shì)壘層界面態(tài)密度的偏差范圍不大于±40％，通過(guò)n型蓋帽層的電離產(chǎn)生施主電荷，有效補(bǔ)償勢(shì)壘層表面受主能級(jí)，生長(zhǎng)的n型蓋帽層的材料可以為AlGaN，但不限于此。

進(jìn)一步的，在n型蓋帽層上繼續(xù)外延生長(zhǎng)一層防氧化蓋帽層7，由于整個(gè)外延過(guò)程是in-situ方式的原位生長(zhǎng)，可以有效減少氧化降低懸掛鍵，生長(zhǎng)的防止氧化蓋帽層可以為Si₃N₄等，但不限于此。

in-situ外延結(jié)束后在樣品的表面制作源極8和漏極9，首先在樣品表面旋涂光刻膠，然后通過(guò)設(shè)計(jì)的掩膜版和光刻技術(shù)在樣品表面形成源、漏極的圖形化，之后要注意對(duì)防氧化蓋帽層的刻蝕開(kāi)孔，利用光刻膠作掩膜，其刻蝕方式可以但不限于RIE，然后再沉積金屬，一般選擇沉積鈦、鋁、鎳、金(Ti、Al、Ni、Au，厚度分別為20nm、130nm、50nm、150nm)等多層金屬，金屬沉積后將源、漏極外的金屬剝離干凈，然后進(jìn)行快速退火，條件為890℃退火30秒，退火后源極8和漏極9與二維電子氣3相連接。

然后在樣品表面生長(zhǎng)介質(zhì)層12，其生長(zhǎng)方式可以但不限于等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)、原子層沉積(ALD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)和感應(yīng)耦合等離子體化學(xué)氣相沉積等常用的半導(dǎo)體沉積技術(shù)。沉積的介質(zhì)可選但不限于氧化鋁、氮化鋁、氧化硅和氮化硅等半導(dǎo)體中常用的介質(zhì)薄膜。此時(shí)由于防氧化蓋帽層的存在，表面的自然氧化層減少，與之前的介質(zhì)層與勢(shì)壘層的界面，可以獲得更低的界面態(tài)密度。

沉積完成后再通過(guò)光刻的方法形成柵金屬的圖形，在樣品的勢(shì)壘層刻蝕區(qū)域的上方沉積柵金屬和剝離工藝，形成柵極10，最后將源、漏極上的介質(zhì)層刻蝕干凈。柵金屬一般選擇Ni、Au，厚度分別為50nm、150nm。

再請(qǐng)參閱圖4所示，藉由前述制作方法實(shí)現(xiàn)的高性能MISHEMT器件包括源8、漏9、柵極10、柵介質(zhì)12以及異質(zhì)結(jié)構(gòu)，源8、漏9電極通過(guò)形成于異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的二維電子氣3電連接，異質(zhì)結(jié)構(gòu)由GaN和AlxGa_(1-x)N半導(dǎo)體組成，源、漏極位于n型蓋帽層氮化鎵6表面并且通過(guò)歐姆接觸與二維電子氣3相連接，柵極24設(shè)于源、漏極之間，在柵極金屬和n型蓋帽層氮化鎵6表面之間存在柵介質(zhì)12，形成MISHEMT結(jié)構(gòu)，并與半導(dǎo)體表面形成肖基特接觸。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的高性能MISHEMT器件的工作原理為：在器件關(guān)斷狀態(tài)下，在柵極10下方二維電子氣受柵壓控制被耗盡，而表面的懸掛鍵以及自然氧化層引起的界面態(tài)由于防止氧化蓋帽層7結(jié)構(gòu)，得到了明顯的減少，其引起的受主能級(jí)也由于n型蓋帽層6電離所產(chǎn)生的施主電荷11所補(bǔ)償，基本不會(huì)形成負(fù)電荷積累區(qū)，當(dāng)柵壓上升，器件從關(guān)斷態(tài)向?qū)☉B(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，柵極10下方二維電子氣受柵壓控制而上升，由于幾乎不存在處于陷阱能級(jí)的電荷，下方溝道中的二維電子氣能夠完全導(dǎo)通，器件導(dǎo)通，不存在或很大程度上減少電流崩塌；同時(shí)，而由于界面態(tài)引起的受主能級(jí)一直被n型蓋帽層6電離所產(chǎn)生的施主電荷11所補(bǔ)償，當(dāng)柵壓下降，使器件從導(dǎo)通態(tài)向關(guān)斷態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，柵下二維電子氣基本不受界面態(tài)引起的受主能級(jí)的影響，使得柵下溝道中的二維電子氣正常耗盡，閾值不發(fā)生漂移，提高器件的穩(wěn)定性。

本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特征已揭示如上，然而熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員仍可能基于本發(fā)明的教示及揭示而作種種不背離本發(fā)明精神的替換及修飾，因此，本發(fā)明保護(hù)范圍應(yīng)不限于實(shí)施例所揭示的內(nèi)容，而應(yīng)包括各種不背離本發(fā)明的替換及修飾，并為本專利申請(qǐng)權(quán)利要求所涵蓋。