[发明专利]基于表面处理及氧化工艺的GaN器件及其制备方法

说明书

本发明提供一种基于表面处理及氧化工艺的GaN器件及其制备方法，制备包括：提供半导体衬底，形成外延结构，形成器件隔离结构，形成源极欧姆电极及漏极欧姆电极以及形成自然氧化层及原位沉积形成栅氧接触层。本发明在外延结构表面形成自然氧化层，可以作为钝化层，同时对外延结构表面进行清洁，可以有效去除残留的光刻胶层以及工艺过程中不必要的碳和有机物等。采用原位沉积形成栅氧介质层，可以避免器件表面暴露于空气中造成的表面污染风险，对栅氧介质层成膜质量有益。自然氧化层及栅氧介质层均可以基于同一工艺腔室，均基于臭氧形成，使用O3作为栅氧介质层的氧源气体的ALD化学方法可以减少羟基杂质和残留氢，减少氧化层体内和界面陷阱。

技术领域

本发明属于半导体功率电子器件领域，特别是涉及一种基于表面处理及氧化工艺的GaN器件及其制备方法。

背景技术

如今，人类的生产生活离不开电力，而随着人们节能意识的提高，高转换效率的功率半导体器件已经成为国内外研究的热点。功率半导体器件应用广泛，如家用电器、电源变换器和工业控制等，不同的额定电压和电流下采用不同的功率半导体器件。高电子迁移率晶体管（HEMT，High Electron Mobility Transistor）是国内外发展热点，且已经在诸多领域取得突破，尤其在高温、高功率以及高频等方面具有广阔应用前景。

GaN晶体管因其出色的材料性能，例如：带隙宽，临界电场大，电子迁移率高，饱和速度高和自发和压电极化效应引起的高密度二维电子气（2DEG），在功率开关和射频领域有很好应用。但器件（如，AlGaN/GaN异质结场效应晶体管，HFET）功率性能受到肖特基栅极结构的限制，肖特基栅极结构遭受高栅极结构泄漏，漏极电极电流崩溃和长期稳定性差的困扰。用金属氧化物半导体（MOS）结构代替肖特基栅极结构可以抑制栅极结构泄漏。使用各种电介质的表面钝化技术通过降低表面态的密度而改善了电流崩塌。但仍然需要解决几个挑战。特别是优化介电材料，如减少漏电流，消除电流崩塌，减小电容-电压（CV）滞后等。

因此，如何提供一种基于表面处理及氧化工艺的GaN器件及其制备方法以解决现有技术中的上述问题实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于表面处理及氧化工艺的GaN器件及其制备方法，用于解决现有技术中栅介质材料性能有待优化及存在漏电流等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于表面处理的GaN器件的制备方法，所述制备方法包括：

提供半导体衬底；

在所述半导体衬底上形成外延结构，所述外延结构包括GaN沟道层；

在所述外延结构中形成若干个间隔排布的器件隔离结构，所述器件隔离结构的底部低于GaN沟道层内形成的二维电子气，相邻所述器件隔离结构之间定义出器件区；

于所述器件区的所述外延结构上形成源极欧姆电极及漏极欧姆电极；

于所述器件区的源极欧姆电极及漏极欧姆电极周围的外延结构上形成自然氧化层；

于所述自然氧化层上进行原位沉积形成栅氧介质层。

可选地，形成所述栅氧介质层之后还包括步骤：于所述源极欧姆电极与所述漏极欧姆电极之间的所述栅氧介质层上形成栅极金属电极。

可选地，所述外延结构还包括过渡层、缓冲层及势垒层，其中，所述过渡层、所述缓冲层、所述GaN沟道层以及所述势垒层自下而上依次设置。