[发明专利]一种具有高介电常数栅介质叠层的槽栅增强型MISHEMT器件及其制备方法

权利要求书

1.一种具有高介电常数栅介质叠层的槽栅增强型MISHEMT器件，包括，衬底，位于衬底上的外延叠层，位于外延叠层上的高介电常数栅介质层、源极和漏极，位于栅介质层上的凹槽栅极，其特征在于，所述外延叠层包括依次层叠的缓冲层、GaN通道层、AlN空间层、AlGaN势垒层和GaN帽层，所述外延叠层包括一栅极凹槽，所述栅极凹槽沿所述GaN帽层的表面延伸至所述AlGaN势垒层中一定深度，所述高介电常数栅介质层沿所述GaN帽层的表面延伸至所述凹槽中；

所述高介电常数栅介质层包括依次层叠的AlON栅介质层、HfAlON栅介质层和HfTaO栅介质层，所述AlON栅介质层设置于所述GaN帽层以及所述AlGaN势垒层的表面，其中所述HfTaO栅介质层中，Ta的组分为40％～45％。

2.根据权利要求1的所述槽栅增强型MISHEMT器件，其特征在于，所述高介电常数栅介质层的厚度为9～26nm。

3.根据权利要求1或2的所述槽栅增强型MISHEMT器件，其特征在于，所述凹槽的深度为12～28nm，其宽度为1～3μm。

4.根据权利要求1或2的所述槽栅增强型MISHEMT器件，其特征在于，所述AlON栅介质层的厚度为2～7nm；所述HfAlON栅介质层的厚度为1～4nm；所述HfTaO栅介质层的厚度为6～15nm。

5.根据权利要求4的所述槽栅增强型MISHEMT器件，其特征在于，所述AlGaN势垒层的Al含量为15％～30％；所述GaN帽层的厚度为1nm～5nm。

6.根据权利要求1或2的所述槽栅增强型MISHEMT器件，其特征在于，所述缓冲层为碳掺杂的高阻GaN缓冲层，其厚度为1.2～3μm。

7.根据权利要求4的所述槽栅增强型MISHEMT器件，其特征在于，所述源极和所述漏极设置于所述栅介质层的两端，与所述AlGaN势垒层接触；

所述衬底与所述缓冲层之间还设置有一AlN成核层，所述AlN成核层的厚度为10～30nm。

8.根据权利要求2、5或7的所述槽栅增强型MISHEMT器件，其特征在于，所述GaN通道层的厚度为20nm～200nm；所述AlN空间层的厚度为1～2nm。

9.一种具有高介电常数栅介质叠层的槽栅增强型MISHEMT器件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

在衬底上依次外延生长AlN成核层、缓冲层、通道层、AlN空间层、AlGaN势垒层和GaN帽层形成外延叠层；

刻蚀所述GaN帽层的预定区域，形成源、漏区域；

在所述源、漏区域沉积金属层，退火后形成欧姆接触的源极和漏极；

采用干法刻蚀工艺刻蚀预定区域的GaN帽层和部分AlGaN势垒层；

进行热氧化处理，随后以GaN帽层作为掩模，采用热的碱性溶液刻蚀所述AlGaN势垒层，形成延伸至所述AlGaN势垒层中一定深度的栅极凹槽；

在所述栅极凹槽中以及所述GaN帽层的表面沉积高k材料AlON作为第一栅介质层；

在所述第一栅介质层上沉积高k材料HfAlON作为第二栅介质层；

在所述第二栅介质层上沉积高k材料HfTaO作为第三栅介质层，其中Ta组分为40％～45％，随后在N2氛围中快速热退火；

沉积栅金属层，形成凹槽栅极。

10.根据权利要求9的所述制作方法，其特征在于，在栅介质层的沉积步骤中，选用磁控溅射工艺，在N₂和Ar气的混合气氛中，以Al₂O₃靶材作为溅射源沉积厚度为2nm～7nm的AlON栅介质层；在N₂和Ar气的混合气氛中，以HfO₂和Al₂O₃靶材作为共溅射源，沉积厚度为1nm～4nm的HfAlON栅介质层；

在Ar气的气氛中，以HfO₂和Ta₂O₅靶材作为共溅射源，沉积6nm～15nm的HfTaO栅介质层；

所述快速热退火工艺为在N₂气氛中，在700℃温度下退火30～50秒。