基于硅襯底的HEMT器件制造技術

本實用新型專利技術提供一種基于硅襯底的HEMT器件，在硅襯底上依次形成GaN外延層、第一AlxGa(1-x)N層、第二AlzGa(1-z)N層，采用AlGaN/AlGaN異質結的外延結構，利用AlGaN合金層相較于GaN更好的抗擊穿特性，提高了基于硅襯底的HEMT器件整體的耐壓能力。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及半導體制造
，特別涉及一種基于硅襯底的HEMT器件。
技術介紹
相比于第一、二代半導體材料而言，第三代半導體材料氮化鎵(GaN)因為具有更大的禁帶寬度(3.4eV)、更強的臨界擊穿場強以及更高的電子遷移速率，得到了國內外研究者們的廣泛關注。尤其是在電力電子高壓器件以及高頻功率器件方面具有巨大的優勢和潛力。具體而言，作為第三代半導體材料，氮化鎵(GaN)材料具有禁帶寬度寬、擊穿電場高、輸出功率大的優點，而且GaN材料在高壓下工作時的導通電阻小，使得GaN基功率器件也表現出更高的增益。同時，GaN基功率器件具有很高的電子遷移率和電子飽和速率，確保了該器件在Ka、Q甚至W波段的高增益。因此，GaN基的高電子遷移率晶體管(HighElectronMobilityTransistor，簡稱HEMT)技術已成為當前毫米波大功率器件領域研究的熱點。由于GaN晶體生長受到了客觀條件的制約，絕大多數研究者們都是選擇在異質襯底材料上外延生長GaN薄膜。常用的襯底包括硅(Si)、藍寶石(Al2O3)以及碳化硅(SiC)等。其中Si材料由于其低廉的成本、大尺寸以及完善的Si集成工藝等方面的優勢受到了各大研究機構的青睞。在電力電子高壓器件應用方面，抗擊穿特性是最重要的參數之一，但實踐發現，傳統的HEMT器件的抗擊穿能力不夠理想。此外，常規技術制作的基于硅襯底的HEMT器件均是采用AlGaN/GaN<br>異質結，由于內在的極化電場的調制作用，AlGaN/GaN異質結中在靠近AlGaN的一側會聚集大量的導電電子，形成二維電子氣(2DEG)?；谕庋咏Y構的限制。該電子氣被限制在狹窄的區域內，減低了它們受到散射的概率，從而提高其遷移能力，典型的遷移率為1500cm2/V.s。2DEG的濃度也可以高達1×1013/cm2。由于存在2DEG，常規技術制作的HEMT器件在零偏的時候都是導通的，也就是耗盡型(常開型)的器件。但耗盡型器件在電路應用中增加了功耗和設計復雜程度。同時在功率電子的應用中，增強型器件能夠提高電路工作的安全性，在柵失效的情況下器件可以實現關斷狀態，實現失效保護的功能，所以實現增強型HEMT器件是一個重要的研究方向。
技術實現思路
本技術的目的在于提供一種基于硅襯底的HEMT器件，以解決現有的HEMT器件耐壓能力差的問題。為解決上述技術問題，本技術提供一種基于硅襯底的HEMT器件，包括：硅襯底；形成于所述硅襯底上的GaN外延層、第一AlxGa(1-x)N層以及第二AlzGa(1-z)N層，其中，0<x<0.1，0.15≤z≤0.4；形成于所述第二AlzGa(1-z)N層上的柵極、源極和漏極?？蛇x的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，還包括形成于所述第一AlxGa(1-x)N層與第二AlzGa(1-z)N層之間的第三AlyGa(1-y)N層，其中，y<x?？蛇x的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，0.07≤x<0.1，0.05≤y<0.1，0.2≤z≤0.3。可選的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，所述柵極嵌入所述第二AlzGa(1-z)N層中?？蛇x的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，所述GaN外延層的厚度是100nm～500nm，所述第一AlxGa(1-x)N層的厚度是1μm～5μm，所述第二AlzGa(1-z)N層的厚度是15nm～40nm，所述第三AlyGa(1-y)N層的厚度是100nm-400nm?？蛇x的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，還包括形成于所述硅襯底和GaN外延層之間的成核層。所述成核層為AlN層，所述成核層的厚度為80nm～120nm。可選的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，還包括形成于所述硅襯底和GaN外延層之間的第一緩沖層?？蛇x的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，所述第一緩沖層為多層AlkGa(1-k)N層，所述多層AlkGa(1-k)N層的Al組分k逐層下降。所述第一緩沖層包括三層AlkGa(1-k)N層，所述三層AlkGa(1-k)N層中Al組分k依次為0.7～0.9、0.45～0.7和0.2～0.45。可選的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，所述第一緩沖層為多層AlkGa(1-k)N層，所述多層AlkGa(1-k)N層的生長厚度逐層增加。所述第一緩沖層包括三層AlkGa(1-k)N層，所述三層AlkGa(1-k)N層的厚度依次為150nm～200nm、200nm～250nm和250nm～300nm?？蛇x的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，還包括形成于所述GaN外延層與第一AlxGa(1-x)N層之間的超晶格層。所述超晶格層為5～15個周期的AlmGa(1-m)N/GaN層，其中，0.05≤m<1，所述超晶格層的厚度為80nm～240nm。可選的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，還包括第二緩沖層，所述第二緩沖層形成于所述第一AlxGa(1-x)N層與第三AlyGa(1-y)N層之間。可選的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，還包括第二緩沖層，所述第一AlxGa(1-x)N層分兩次形成，所述第二緩沖層插入到所述第一AlxGa(1-x)N層中?？蛇x的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，所述第二緩沖層為AlN層，所述第二緩沖層的厚度為2nm～10nm。可選的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，還包括：暴露出部分所述第一AlxGa(1-x)N層的臺面；覆蓋所述第二AlzGa(1-z)N層以及所述臺面暴露出的第一AlxGa(1-x)N層的第一鈍化層；貫穿所述第一鈍化層和第二AlzGa(1-z)N層的柵極開口；貫穿所述第一鈍化層的源極開口和漏極開口?？蛇x的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，還包括：形成于所述第一鈍化層上以及所述柵極開口底部的柵極介質層；形成于所述柵極開口的底部和側壁的勢壘阻擋層?？蛇x的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，所述柵極、源極和漏極為Ti/Al/Ti/TiN合金、Ti/Al/Ni/Au合金或Ti/Al/Ni/Cu合金，所述柵介質層為TiN、AlN或Si3N4?？蛇x的，在所述的基于硅襯底的HEMT器件中，還包括：覆蓋所述柵極、源極、漏極以及柵極介質層的第二鈍化層；貫穿所述第二鈍化層以暴露所述柵極、源極和漏極的通孔；與本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于硅襯底的HEMT器件，其特征在于，包括：硅襯底；形成于所述硅襯底上的GaN外延層、第一AlxGa(1?x)N層以及第二AlzGa(1?z)N層，其中，0<x<0.1，0.15≤z≤0.4；形成于所述第二AlzGa(1?z)N層上的柵極、源極和漏極。

【技術特征摘要】
1.一種基于硅襯底的HEMT器件，其特征在于，包括：
硅襯底；
形成于所述硅襯底上的GaN外延層、第一AlxGa(1-x)N層以及第二AlzGa(1-z)N層，其中，0<x<0.1，0.15≤z≤0.4；
形成于所述第二AlzGa(1-z)N層上的柵極、源極和漏極。
2.如權利要求1所述的基于硅襯底的HEMT器件，其特征在于，還包括形成于所述第一AlxGa(1-x)N層與第二AlzGa(1-z)N層之間的第三AlyGa(1-y)N層，其中，y<x，0.07≤x<0.1，0.05≤y<0.1，0.2≤z≤0.3。
3.如權利要求1所述的基于硅襯底的HEMT器件，其特征在于，所述柵極嵌入所述第二AlzGa(1-z)N層中。
4.如權利要求2所述的基于硅襯底的HEMT器件，其特征在于，所述GaN外延層的厚度是100nm～500nm，所述第一AlxGa(1-x)N層的厚度是1μm～5μm，所述第二AlzGa(1-z)N層的厚度是15nm～40nm，所述第三AlyGa(1-y)N層的厚度是100nm～400nm。
5.如權利要求1所述的基于硅襯底的HEMT器件，其特征在于，還包括形成于所述硅襯底和GaN外延層之間的成核層，所述成核層為AlN層，所述成核層的厚度為80nm～120nm。
6.如權利要求1所述的基于硅襯底的HEMT器件，其特征在于，還包括形成于所述硅襯底和GaN外延層之間的第一緩沖層，所述第一緩沖層為多層AlkGa(1-k)N層，其中，所述多層AlkGa(1-k)N層的Al組分k逐層下降，和/或，所述多層AlkGa(1-k)N層的生長厚度逐層增加。
7.如權利要求1所述的基于硅襯底的HEMT器件，其特征在于，還包括形成于所述GaN外延層與第一AlxGa(1-x)N層之間的超晶格層，所述超晶格層為...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張昊翔，陳興，江忠永，陳向東，
申請(專利權)人：杭州士蘭微電子股份有限公司，杭州士蘭明芯科技有限公司，
類型：新型
國別省市：浙江;33