[发明专利]一种高阈值电压常关型高电子迁移率晶体管及其制备方法

权利要求书

1.一种高阈值电压常关型高电子迁移率晶体管，其特征在于，包括：衬底、成核层、外延层、势垒层、钝化层、栅极盖帽层、复合栅介质插入层、栅极、源极和漏极，在所述衬底上依次生长成核层和外延层，所述外延层上方为势垒层、源极和漏极，所述势垒层和外延层形成异质结结构，二者接触界面由极化电荷诱导产生二维电子气，所述势垒层上方为钝化层，栅区势垒层上方为栅极盖帽层，所述栅极盖帽层上方为复合栅介质插入层，所述复合栅介质插入层完全覆盖栅极盖帽层，且所述复合栅介质插入层不与钝化层接触；所述复合栅介质插入层上方为栅极，所述栅极与所述钝化层接触，在所述钝化层上、所述栅极向所述漏极方向延伸有场板；

制备方法如下：

S1、晶片生长；

采用金属有机物化学气相沉积或分子束外延方法在衬底上依次生长成核层、外延层、势垒层、栅极盖帽层；

或者

采用MOCVD设备衬底上依次成核层、外延层、势垒层、栅极盖帽层；

S2、外延层结构刻蚀；

利用半导体光刻法和刻蚀法制作器件台面，通过半导体刻蚀方法对表面刻蚀，实现台面隔离；重复该步骤，在源、漏极区域刻蚀掉势垒层形成凹槽；进一步刻蚀掉栅极区域外面的栅极盖帽层；

或者

将样品均匀旋涂光刻胶；样品放置在热板上加热，进行软烘；把样品放置在曝光机中持续曝光；在显影液中进行显影；在热板上加热坚膜；通过Cl基等离子体ICP刻蚀方法，刻蚀外延层结构，形成台面隔离，然后样品通过丙酮溶液清洗去胶；重复该步骤，在源、漏极区域刻蚀掉势垒层形成凹槽；重复该步骤，刻蚀掉栅极区域外面的盖帽层，形成栅极盖帽层；

S3、源、漏电极制作；

通过半导体光刻法定义出源、漏极所需区域，并通过金属沉积法沉积器件的源、漏极金属，通过高温退火，使复合金属结构变为合金，形成欧姆接触；利用等离子体增强化学气相沉积法、低压化学气相沉积法、磁控溅射法、电子束蒸发法中的任意一种方法进行沉积，形成器件表面钝化层；

或者

通过半导体光刻法定义出源、漏极所需区域，通过电子束蒸发法沉积器件的源、漏极金属，然后样品在丙酮溶液中剥离、清洗去胶；通过在氮气高温环境中退火，使复合金属结构变为合金，形成欧姆接触；利用PECVD技术沉积法进行沉积，形成器件表面钝化层；

S4、栅介质插入层制备；

通过半导体光刻法定义出栅极区域，对栅极盖帽层进行表面氧化，处理形成栅介质插入层；或者采用PECVD、LPCVD、MOCVD、ALD、磁控溅射法中的任意方法进行沉积，形成单层或者复合多重栅介质插入层；

或者

通过半导体光刻法定义出栅极区域，对栅极盖帽层表面进行低功率氧离子预处理，后采用LPCVD进行沉积，形成栅介质插入层；

S5、栅电极制作；

通过半导体光刻法定义出栅极和场板区域，通过金属沉积法沉积器件的栅极金属和向漏极延伸的场板金属，最后在器件表面沉积钝化层，然后采用半导体光刻法定义出源极、栅极和漏极所需的开口区域，将定义区域的钝化层去除，暴露出金属电极表面，最后沉积金属薄膜制作引线，完成电极制作，得到最后器件结构；

或者

通过半导体光刻法定义出栅极和场板区域，通过电子束蒸发技术沉积器件的栅极和延伸场板金属，然后样品在丙酮溶液中剥离、清洗去胶；在器件表面采用PECVD沉积钝化层，采用半导体光刻法定义出源极、栅极和漏极所需的开口区域，将定义区域的钝化层去除，暴露出金属电极表面，通过磁控溅射法沉积电极金属，得到最后器件结构。

2.如权利要求1所述的高阈值电压常关型高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述衬底是硅、蓝宝石、碳化硅、金刚石、GaN自支撑衬底中的任意一种；所述成核层是AlN或者AlGaN超晶格；所述外延层是GaN或者GaAs；所述势垒层是AlGaN、InAlN、AlN、AlGaAs中的任意一种；所述钝化层是SiO₂、Si₃N₄或者二者的复合结构。

3.如权利要求1所述的高阈值电压常关型高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述栅极盖帽层是p-GaN或者p-InGaN或者p-AlGaN。

4.如权利要求1所述的高阈值电压常关型高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述复合栅介质插入层是氧化镓、二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化铪中的任意材料形成的单层结构、或者是由上述材料任意组合的复合多重结构。