能理解為對本專利的限制；為了更好說明本實(shí)施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實(shí)際產(chǎn)品的尺寸；對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。附圖中描述位置關(guān)系僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制。
[0022]本實(shí)驗(yàn)組在Si襯底異質(zhì)外延生長GaN的相關(guān)研宄工作中對雜質(zhì)過濾層功能已有驗(yàn)證:如在圖13中(a)曲線為加入薄層AlGaN雜質(zhì)過濾層后GaN外延結(jié)構(gòu)中的Si雜質(zhì)濃度，圖13中(b)曲線為去掉薄層鋁鎵氮雜質(zhì)過濾層生長的外延結(jié)構(gòu)中的Si雜質(zhì)濃度。顯然，加入AlGaN雜質(zhì)過濾層后，外延結(jié)構(gòu)中Si雜質(zhì)濃度相比無雜質(zhì)過濾層外延結(jié)構(gòu)降低了約一個(gè)量級水平，說明AlGaN雜質(zhì)過濾層可以顯著抑制Si元素向上擴(kuò)散至外延結(jié)構(gòu)中。雜質(zhì)過濾層功能的實(shí)現(xiàn)主要是由于其晶格常數(shù)較GaN層小，從而限制了雜質(zhì)原子的擴(kuò)散能力。
[0023]實(shí)施例1
如圖9所示為本實(shí)施例的器件結(jié)構(gòu)示意圖，該器件包括柵極、源極、漏極、絕緣層、導(dǎo)電GaN襯底和其上的外延層，所述外延層包括一次外延生長的η型輕摻雜GaN層和其上的選擇區(qū)域生長的二次外延層，所述二次外延層自下至上為雜質(zhì)過濾層1、電子阻擋層、雜質(zhì)過濾層2、非摻雜外延GaN層和異質(zhì)結(jié)構(gòu)勢皇層，二次外延生長后形成凹槽溝道，凹槽溝道和異質(zhì)結(jié)構(gòu)勢皇層的表面覆蓋絕緣層，柵極覆蓋于絕緣層上的凹槽溝道處，刻蝕絕緣層兩端形成源極區(qū)域，源極區(qū)域處蒸鍍歐姆金屬形成與異質(zhì)結(jié)勢皇層接觸的源極，漏極歐姆接觸金屬置于導(dǎo)電GaN襯底背面。
[0024]上述縱向?qū)ǖ腉aN常關(guān)型MISFET器件的制作方法如圖1_圖9所示，包括以下步驟:
51、利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積方法，在導(dǎo)電GaN襯底I上生長一層η型輕摻雜GaN層2，如圖1所示；
52、通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積一層S12作為掩膜層12，如圖2所示；
53、通過光刻方法選擇區(qū)域刻蝕，保留柵極區(qū)域之上的掩膜層12，如圖3所示；
54、利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積方法，選擇區(qū)域二次外延生長第一雜質(zhì)過濾層3、電子阻擋層4、第二雜質(zhì)過濾層5、非摻雜GaN層6和異質(zhì)結(jié)構(gòu)勢皇層7，形成凹槽柵極，如圖4所示;
55、采用腐蝕方法，去除柵極區(qū)域之上的掩膜層12，如圖5所示；
56、用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法，在異質(zhì)結(jié)勢皇層7和凹槽柵極區(qū)域表面沉積一層高K介質(zhì)絕緣層10，如圖6所示；
57、利用ICP完成器件隔離，同時(shí)在異質(zhì)結(jié)勢皇層7上的絕緣層10刻蝕出源極歐姆接觸區(qū)域，如圖7所示；
58、采用蒸鍍工藝，在源極區(qū)域蒸鍍上Ti/Al/Ni/Au合金作為源極8的歐姆接觸，在導(dǎo)電GaN襯底I背面也蒸鍍上Ti/Al/Ni/Au合金作為漏極9的歐姆接觸，如圖8所示；
S9、在凹槽柵極區(qū)域的絕緣層上蒸鍍Ni/Au合金作為柵極11，如圖9所示。
[0025]至此，即完成了整個(gè)器件的制備過程。圖9即為實(shí)施例1的器件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]實(shí)施例2
如圖10所示為本實(shí)施例的器件結(jié)構(gòu)示意圖，其與實(shí)施例1結(jié)構(gòu)類似，區(qū)別僅在于η型輕摻GaN層2上插入厚度為10-100 nm的η型重?fù)诫sGaN層13。該η型重?fù)诫sGaN層13與柵極溝道直接接觸，可有效擴(kuò)散柵極溝道電流，亦可分散分布在柵極附近較集中的電場，從而增大器件的最大擊穿電壓。
[0027]實(shí)施例3
如圖11所示為本實(shí)施例的器件結(jié)構(gòu)示意圖，其與實(shí)施例1結(jié)構(gòu)類似，區(qū)別僅在于在非摻雜GaN層6和異質(zhì)結(jié)構(gòu)勢皇層7插入一層AlN層14，該AlN層可以改善異質(zhì)結(jié)構(gòu)溝道處2DEG迀移率。
[0028]實(shí)施例4
如圖12所示為本事實(shí)例的器件結(jié)構(gòu)示意圖，其與實(shí)施例1類似，區(qū)別僅在于利用低阻硅襯底或低阻碳化硅15和導(dǎo)電緩沖層16代替導(dǎo)電GaN襯底1，使用價(jià)格低廉的硅襯底可以減少器件的成本，上述低阻是指硅襯底的電阻率P〈 20 Ω.cm。
[0029]此外，需要說明的是，以上實(shí)施例的附圖僅是為了示意的目的，因此沒有必要按比例繪制。
[0030]顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種縱向?qū)ǖ腉aN常關(guān)型MISFET器件，包括柵極、源極、漏極、絕緣層、導(dǎo)電GaN襯底和其上的外延層，所述外延層包括一次外延生長的η型輕摻雜GaN層和其上的選擇區(qū)域生長的二次外延層，所述二次外延層自下至上為第一雜質(zhì)過濾層、電子阻擋層、第二雜質(zhì)過濾層、非摻雜外延GaN層和異質(zhì)結(jié)構(gòu)勢皇層，二次外延生長后形成凹槽溝道，凹槽溝道和異質(zhì)結(jié)構(gòu)勢皇層的表面覆蓋絕緣層，柵極覆蓋于絕緣層上的凹槽溝道處，刻蝕絕緣層兩端形成源極區(qū)域，源極區(qū)域處蒸鍍歐姆金屬形成與異質(zhì)結(jié)勢皇層接觸的源極，漏極歐姆接觸金屬置于導(dǎo)電GaN襯底背面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種縱向?qū)ǖ腉aN常關(guān)型MISFET器件，其特征在于:所述的凹槽呈U型或梯型結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種縱向?qū)ǖ腉aN常關(guān)型MISFET器件，其特征在于:所述的導(dǎo)電GaN襯底(I)為重?fù)诫sGaN襯底，所述導(dǎo)電GaN襯底(I)也可以由低阻娃襯底或低阻碳化硅(15)和導(dǎo)電緩沖層(16)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種縱向?qū)ǖ腉aN常關(guān)型MISFET器件，其特征在于:所述的η型輕摻雜GaN層(2)的厚度為1-50 μπι。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種縱向?qū)ǖ腉aN常關(guān)型MISFET器件，其特征在于:所述的η型輕摻雜GaN層(2)和二次外延層之間還含有η型重?fù)诫sGaN層(14)，其厚度為10-100nmD
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種縱向?qū)ǖ腉aN常關(guān)型MISFET器件，其特征在于:所述第一雜質(zhì)過濾層(3)和第二雜質(zhì)過濾層(5)材料為含銷氮化物，可為AlGaN、AlInN、AlInGaN, AlN中的一種或任意幾種的組合，厚度為1_500 nm，且鋁組分濃度可變化。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種縱向?qū)ǖ腉aN常關(guān)型MISFET器件，其特征在于:所述的電子阻擋層(4)材料為P型摻雜的GaN層或者摻雜高阻GaN層，亦可為p型摻雜的AlGaN層或者摻雜高阻AlGaN層，所述摻雜高阻GaN層和高阻AlGaN層的摻雜元素為碳或鐵；所述電子阻擋層(4)厚度為10-500 nm ;所述非摻雜GaN層(6)的厚度為10-500 nm ； 所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)勢皇層(7)材料為AlGaN、AlInN, InGaN, AlInGaN, AlN中的一種或任意幾種的組合，所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)勢皇層(7)厚度為5-50 nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種縱向?qū)ǖ腉aN常關(guān)型MISFET器件，其特征在于:在所述非摻雜GaN層(6)與所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)勢皇層(7)之間還生長一 AlN層(14)，所述AlN層(14)厚度為1-10 nm ；所述絕緣層(10)材料為 5丨02、5丨隊(duì)、六1203、六1隊(duì)!1?)2、]\%0、5(3203、6&203、六1!1?)!￡或 HfS1N，所述絕緣層(10)厚度為1-100 nm ;所述源極(8)和漏極(9)材料為Ti/Al/Ni/Au合金、Ti/Al/Ti/Au合金或Ti/Al/Mo/Au合金；所述柵極(11)材料為Ni/Au合金、Pt/Al合金或Pd/Au合金。
9.一種權(quán)利要求1所述縱向?qū)ǖ腉aN常關(guān)型MISFET器件的制作方法，其特征在于，包括以下步驟: 51、在導(dǎo)電GaN襯底(I)上一次外延生長η型輕摻雜GaN層(2); 52、在η型輕摻雜GaN層(2)上生長一層S1jl，作為掩膜層(12); 53、通過光刻的方法，保留形成柵極區(qū)域之上的掩膜層(12); 54、選擇區(qū)域二次外延生長第一雜質(zhì)過濾層(3)、電子阻擋層(4)、第二雜質(zhì)過濾層(5)、非摻雜GaN層(6)和異質(zhì)結(jié)構(gòu)勢皇層(7)，形成凹槽柵極； 55、去除柵極區(qū)域之上的掩膜層(12); 56、在異質(zhì)結(jié)勢皇層(7)和凹槽部位沉積柵極的絕緣層(10); 57、干法刻蝕完成器件隔離，同時(shí)在絕緣層(10)刻蝕出源極歐姆接觸區(qū)域； 58、在源極區(qū)域蒸鍍上源極歐姆接觸金屬(8)，在導(dǎo)電GaN襯底(I)背面蒸鍍上漏極歐姆接觸金屬(9)； 59、在凹槽處絕緣層上柵極區(qū)域蒸鍍柵極金屬(11)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種縱向?qū)ǖ腉aN常關(guān)型MISFET器件的制作方法，其特征在于:所述步驟SI中的η型輕摻雜GaN層(2)和步驟S4中的第一雜質(zhì)過濾層(3)、電子阻擋層(4)、第二雜質(zhì)過濾層(5)、非摻雜GaN層(6)及異質(zhì)結(jié)構(gòu)勢皇層(7)的生長方法為金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法或分子束外延法； 所述步驟S2中掩膜層(12)以及步驟S5中絕緣層(10)的生長方法為等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法、原子層沉積法、物理氣相沉積法或磁控濺射法。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種縱向?qū)ǖ腉aN常關(guān)型MISFET器件及其制作方法，外延層包括一次外延生長的n型輕摻雜GaN層和其上的選擇區(qū)域生長的二次外延層，所述二次外延層自下至上為第一雜質(zhì)過濾層、電子阻擋層、第二雜質(zhì)過濾層、非摻雜外延GaN層和異質(zhì)結(jié)構(gòu)勢壘層，二次外延生長后形成凹槽溝道，凹槽溝道和異質(zhì)結(jié)構(gòu)勢壘層的表面覆蓋絕緣層，柵極覆蓋于絕緣層上的凹槽溝道處，刻蝕絕緣層兩端形成源極區(qū)域，源極區(qū)域處蒸鍍歐姆金屬形成與異質(zhì)結(jié)勢壘層接觸的源極，漏極歐姆接觸金屬置于導(dǎo)電GaN襯底背面。本發(fā)明器件結(jié)構(gòu)簡單，工藝重復(fù)性和可靠性高，能有效抑制二次生長界面處或電子阻擋層中雜質(zhì)的擴(kuò)散，以優(yōu)化電子阻擋層和異質(zhì)結(jié)構(gòu)溝道2DEG的電學(xué)特性。
【IPC分類】H01L21-336, H01L29-06, H01L29-78
【公開號】CN104681620
【申請?zhí)枴緾N201510029558
【發(fā)明人】劉揚(yáng), 何亮, 楊帆, 姚堯, 倪毅強(qiáng)
【申請人】中山大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年1月21日