SiC基HEMT器件的制備方法技術

一種基于SiC材料的HEMT器件的制備方法，包括：清洗SiC襯底；將AlN薄膜淀積到SiC襯底上；將AlxGa1-xN薄膜淀積到AlN薄膜上；將GaN薄膜淀積到AlxGa1-xN薄膜上；對所述的AlN薄膜、AlxGa1-xN薄膜、GaN薄膜的兩側進行ICP干法刻蝕，形成臺面；在臺面上制作Ti/Al/Ni/Au的4層金屬，退火，形成基片；在基片上面淀積第一Si3N4鈍化層；光刻蝕出窗口，在窗口內淀積柵金屬電極；在第一Si3N4鈍化層和柵金屬電極上再次淀積第二Si3N4鈍化層；刻蝕掉Ti/Al/Ni/Au的4層金屬和柵金屬電極上的第一Si3N4鈍化層和第二Si3N4鈍化層，互連金屬完成器件制備。本發明專利技術具有高介電常數、高自發極化、高臨界電場和晶格匹配的異質材料。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種在SiC材料中獲取二維電子氣的方法，具體涉及一種SiC基高迀 移率晶體管（HEMT)器件的制備方法。
技術介紹
第三代半導體碳化硅（SiC)具有優越的物理和電學特性，如寬帶隙、高擊穿場強、 高熱導率等特點。因而SiC基開關器件超越Si功率器件的極限，并在高功率、高頻、高溫電 力電子領域占據絕對優勢。 SiC是目前唯一可以氧化形成Si〇d9化合物半導體，然而在SiC和SiO2界面存在 著很高的界面態密度，它們不僅減少了SiC基M0S器件溝道中導電載流子，同時會形成散射 中心進一步降低溝道迀移率，使得器件的導通電阻高，工作頻率低。即使存在如JFET類的 器件來避免M0S界面，但由于SiC中雜質的擴散系數非常低，多采用離子注入的方法對其摻 雜，注入離子的激活溫度相當高，這都會造成較大的晶體損傷因而迀移率并不是足夠高。無 論如何，為了降低SiC基功率開關器件通態損耗，必須提高導電載流子的迀移率或者增大 導電載流子的密度。這就需要尋找一種新的基于SiC的載流子導電界面，從而制備出具有 高面電導的SiC基功率場效應晶體管。
技術實現思路
本專利技術的目的在于，提供一種，具有高介電常數、高自 發極化、高臨界電場和晶格匹配的異質材料。使得該材料與SiC之間通過極化產生二維電 子氣，制備出具有高面電導的SiC基場效應晶體管。 本專利技術提供一種基于SiC材料的HEMT器件的制備方法，包括以下步驟： 步驟1 :清洗SiC襯底，去除表面氧化層，該SiC襯底的厚度為2-4ym; 步驟2:利用化學氣相沉積或物理氣相沉積將A1N薄膜淀積到清洗后的SiC襯底 上； 步驟3 :利用化學氣相沉積或物理氣相沉積將AlxGahN薄膜淀積到A1N薄膜上； 步驟4:利用化學氣相沉積或物理氣相沉積將GaN薄膜淀積到AlxGai_xN薄膜上； 步驟5:通過光刻，采用氯基氣體對所述的A1N薄膜、AlxGai_xN薄膜、GaN薄膜的兩 偵琎行ICP干法刻蝕，刻蝕深度到達SiC襯底的表面，形成臺面； 步驟6 :在刻蝕形成的臺面上制作自上而下的Ti/Al/Ni/Au的4層金屬，退火，形 成源、漏歐姆接觸，形成基片； 步驟7 :采用PECVD的方法，在基片上面淀積第一Si3N4鈍化層，用以保護所述的 源、漏歐姆接觸； 步驟8 :在GaN薄膜4上的第一Si3N4鈍化層上光刻蝕出窗口，在窗口內淀積柵金 屬電極； 步驟9 :在第一Si3N4鈍化層和柵金屬電極上再次淀積第二Si3N4鈍化層； 步驟10:刻蝕掉Ti/Al/Ni/Au的4層金屬和柵金屬電極上的第一Si3N4鈍化層和 第二Si3N4鈍化層，互連金屬完成器件制備。 本專利技術的有益效果是： a、與AlN、AlxGai_xN與SiC晶格常數匹配度高，可以降低SiC基開關器件介質層與 碳化硅的界面態密度，從而降低對載流子輸運的散射，提高載流子迀移率。 b、由于SiC襯底以及沉積的A1N、AlxGai_xN薄膜均為纖鋅礦結構，且具有很強的自 發極化，結合壓電極化可以在界面處產生高濃度的二維電子氣。由于量子阱的限制作用，進 一步提升了導電溝道載流子的迀移率。 c、A1N、AlxGai_xN和GaN薄膜的沉積速率比熱氧化SiC得到Si02要高，因此，可以 提高器件的制備效率，降低成本。 d、避免了傳統SiC功率器件中常用到的離子注入摻雜及高溫激活工藝，從而降低 了對半導體材料的晶格損傷，提高迀移率。 e、AlN、AlxGai_xN和GaN三種材料的介電常數與Si02ffl比較高，從而可以減小介質 層的厚度，同時上述三種材料的臨界擊穿電場，特別是GaN的都非常高，所以可以提高SiC 基功率器件的抗擊穿能力與穩定性。【附圖說明】 為進一步說明本專利技術的
技術實現思路
，以下結合實施例及附圖詳細說明如后，其中： 圖1是本專利技術的制備流程圖； 圖2-7是本專利技術SiC基HEMT器件制作流程結構示意圖。【具體實施方式】 請參閱圖1并結合參閱圖2-圖7,本專利技術提供一利基于SiC材料的HEMT器件的制 備方法，包括以下步驟： 步驟1 :清洗SiC襯底1，具體為：a.依次用丙酮和乙醇超聲清洗3遍，再用去離子水沖洗。 b.將有機超聲后的SiC襯底1放在濃硫酸和雙氧水溶液中至少煮lOmin。 c.將煮過濃硫酸的襯底1依次用一號液和二號液分別煮lOmin以上，再用去離子 水沖洗干凈后用氮氣吹干待用，一號液為氨水、過氧化氫和去離子水的混合液，按體積比氨 水：過氧化氫：去離子水=1 : 2 : 5,二號液為鹽酸、過氧化氫和去離子水的混合液，按體 積比鹽酸：過氧化氫：去離子水=1 : 2 : 5。 d.將沖洗后的襯底1放入氫氟酸內浸泡至少lmin，去除表面氧化層。 去除表面氧化層，該的厚度為2-4ym，所述的SiC襯底1是具有六方纖鋅礦的結 構，晶面方向為，該晶面為零偏角的晶面，該SiC襯底1為半絕緣襯底，可選擇的將 SiC襯底1分為兩層，一層為半絕緣的襯底，一層為低濃度的n型或者P型摻雜襯底； 步驟2 :利用化學氣相沉積或物理氣相沉積或其他外延生長材料的方法將A1N薄 膜2沉積到清洗后的SiC襯底1上（參閱圖2)，所述的沉積A1N薄膜2的A1源溫度為 1000-1100°C，所述的A1N薄膜2的厚度為l-2nm，該A1N薄膜2與SiC晶格常數匹配度高， 從而提高了界面二維電子氣的面電導； 步驟3:利用化學氣相沉積或物理氣相沉積或其他外延生長材料的方法將 AlxGai_xN薄膜3淀積到A1N薄膜2上（參閱圖2)，所述的沉積AlxGai_xN薄膜3的Ga源溫度 為900-1000°C，所述的AlxGai_xN薄膜3的A1組分x的范圍為0. 2-0. 4,所述的AlxGai_xN薄膜 3分為兩層，一層的厚度為3-5nm，作為非摻雜的隔離層，另一層的厚度為15-25nm，作為勢 皇層，另一層為n型摻雜，可選擇的為Si摻雜，摻雜濃度為1X1018cm3-3X1018cm3,所述的 沉積隔離層的A1源溫度為1000-1100°C，所述的沉積勢皇層的A1源溫度為1150-1250°C，； 步驟4:利用化學氣相沉積或物理氣相沉積或其他外延生長材料的方法將GaN 薄膜4淀積到AlxGai_xN薄膜3上（參閱圖2)，所述的沉積GaN薄膜4的Ga源溫度為 900-1000°C，所述的GaN薄膜4的n型摻雜濃度為4X1018cnT3-6X1018cnT3,厚度為3-4nm; 步驟5:通過光刻形成掩膜圖形，采用氯基氣體對所述的A1N薄膜2、AlfahN薄當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于SiC材料的HEMT器件的制備方法，包括以下步驟：步驟1：清洗SiC襯底，去除表面氧化層，該SiC襯底的厚度為2?4μm；步驟2：利用化學氣相沉積或物理氣相沉積將AlN薄膜淀積到清洗后的SiC襯底上；步驟3：利用化學氣相沉積或物理氣相沉積將AlxGa1?xN薄膜淀積到AlN薄膜上；步驟4：利用化學氣相沉積或物理氣相沉積將GaN薄膜淀積到AlxGa1?xN薄膜上；步驟5：通過光刻，采用氯基氣體對所述的AlN薄膜、AlxGa1?xN薄膜、GaN薄膜的兩側進行ICP干法刻蝕，刻蝕深度到達SiC襯底的表面，形成臺面；步驟6：在刻蝕形成的臺面上制作自上而下的Ti/Al/Ni/Au的4層金屬，退火，形成源、漏歐姆接觸，形成基片；步驟7：采用PECVD的方法，在基片上面淀積第一Si3N4鈍化層，用以保護所述的源、漏歐姆接觸；步驟8：在GaN薄膜4上的第一Si3N4鈍化層上光刻蝕出窗口，在窗口內淀積柵金屬電極；步驟9：在第一Si3N4鈍化層和柵金屬電極上再次淀積第二Si3N4鈍化層；步驟10：刻蝕掉Ti/Al/Ni/Au的4層金屬和柵金屬電極上的第一Si3N4鈍化層和第二Si3N4鈍化層，互連金屬完成器件制備。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：申占偉，張峰，趙萬順，王雷，閆果果，劉興昉，孫國勝，曾一平，
申請(專利權)人：中國科學院半導體研究所，
類型：發明
國別省市：北京;11