[发明专利]一种氮化镓MIS-HEMT钝化设计及其制备方法

说明书

本发明属于半导体器件技术领域，公开了一种氮化镓MIS‑HEMT钝化设计及其制备方法，其中，钝化结构包括两次叠层的掺硅氧化铪HfSiO材料以及P型CuO。优选的，MIS‑HEMT器件采用凹槽栅结构；栅介质采用高介电常数掺硅氧化铪材料；源漏电极制备采用低温无金接触工艺。本发明通过对钝化结构的关键组成、具体构造，配合氮化镓MIS‑HEMT器件的栅介质材料进行改进，利用两次叠层高介电常数材料(HfSiO)与低介电常数P型氧化物材料(CuO)构建钝化结构，本发明与现有技术相比能够实现更好的电学性能。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，更具体地，涉及一种氮化镓MIS-HEMT(即，包含金属-绝缘体-半导体结构MIS的高电子迁移率晶体管HEMT；其中，MIS表示metal-insulator-semiconductor，HEMT表示High Electron Mobility Transistor)钝化设计及其制备方法，能够得到具有优越电学性能的氮化镓MIS-HEMT器件。

背景技术

自金属氧化物半导体场效应晶体管问世以来，硅材料盘踞半导体产业主导地位，这主要是由于硅半导体成本低，其表面有高质量的自然氧化层。然而硅的禁带宽度窄，限制了其在功率电子方向的发展，寻找更好性能的半导体材料是发展的必然。氮化镓作为第三代半导体，较传统的硅半导体具有高临界击穿电场(3.3MV/cm)，高饱和速度(2.7×10⁷cm/s)，宽禁带(3.4eV)诸多优势。除此之外，氮化镓做功率电子器件时，和AlGaN形成异质结结构，界面处可以产生高迁移率(2×10³cm²/V·s)的2DEG沟道。

目前氮化镓功率器件面临以下问题：

1.常规方式的氮化镓电子器件是耗尽型的，零偏压下器件会导通，造成在电力电子应用中存在安全隐患。

2.氮化镓器件的欧姆接触引入了金，且退火温度很高，这与现有的CMOS工艺不相兼容。寻求低温、无金，低接触电阻的欧姆接触工艺也是目前研究的方向。

3.氮化镓器件从关态切换到开态，会出现饱和电流降低，导通电阻增加的现象，即电流坍塌现象，这极大影响了氮化镓器件应用的可靠性。

4.目前氮化镓器件耐压水平相比硅器件取得可喜的成绩，但距离其自身理论值还有很大的提升空间。

发明内容

针对现有技术的以上问题，本发明的目的在于提供一种氮化镓MIS-HEMT钝化设计及其制备方法，其中通过对钝化结构的关键组成、内部构造，配合氮化镓MIS-HEMT器件的细节结构及材料(如栅介质材料)等进行改进，利用二次叠层高介电常数材料(HfSiO)与低介电常数P型氧化物材料(CuO)构建钝化结构，与现有技术相比能够实现更好的电学性能。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种氮化镓MIS-HEMT钝化结构，其特征在于，该钝化结构包括两次叠层的掺硅氧化铪HfSiO材料以及P型CuO；

该钝化结构用于氮化镓基、且包含金属-绝缘体-半导体结构MIS的HEMT器件上，对HEMT器件进行钝化；并且，所述HEMT器件的栅介质是采用掺硅氧化铪HfSiO材料。

作为本发明的进一步优选，所述钝化结构中的掺硅氧化铪HfSiO材料与栅介质掺硅氧化铪HfSiO材料直接接触，能够平缓沟道内电场分布，提高器件耐压。

作为本发明的进一步优选，所述HEMT器件具有凹槽栅结构，通过降低极化强度，减小栅极下方电子浓度，从而实现器件从耗尽型到增强型的转变。

按照本发明的又一方面，本发明提供了一种具有钝化结构的氮化镓MIS-HEMT器件的制备方法，其特征在于，所述氮化镓MIS-HEMT器件为氮化镓基、且包含金属-绝缘体-半导体结构MIS的HEMT器件，所述钝化结构为如上述氮化镓MIS-HEMT钝化结构；