CN116798869A - 一种Si离子注入掺杂制造的GaN HEMT器件的制造方法 - Google Patents
一种Si离子注入掺杂制造的GaN HEMT器件的制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116798869A CN116798869A CN202211089853.8A CN202211089853A CN116798869A CN 116798869 A CN116798869 A CN 116798869A CN 202211089853 A CN202211089853 A CN 202211089853A CN 116798869 A CN116798869 A CN 116798869A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ion implantation
- layer
- hemt device
- gan hemt
- algan barrier
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 title claims abstract description 71
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 115
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 52
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 44
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 41
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 41
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 32
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims abstract description 30
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 9
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 27
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 11
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 11
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 10
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 8
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 claims description 5
- 238000001883 metal evaporation Methods 0.000 claims description 5
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims description 5
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000007943 implant Substances 0.000 claims description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 4
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 abstract description 13
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 3
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 49
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 6
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 6
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66446—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET]
- H01L29/66462—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET] with a heterojunction interface channel or gate, e.g. HFET, HIGFET, SISFET, HJFET, HEMT
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
- H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
- H01L21/266—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation using masks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
- H01L21/3245—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering of AIIIBV compounds
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
本发明公开了一种Si离子注入掺杂制造的GaN HEMT器件的制造方法，属于半导体器件技术领域，包括以下步骤，生长GaN HEMT器件的基本结构GaNHEMT器件的基本结构包括衬底以及在衬底上依次外延生长的缓冲层、沟道层、AlGaN势垒层；在AlGaN势垒层外表面采用PECVD技术生长SiO2保护层；在AlGaN势垒层的上表面进行Si离子注入形成Si离子注入层；高温退火Si离子注入层至Si+激活；在AlGaN势垒层上沉积源漏欧姆接触金属；采用离子注入隔离的方式实现器件间隔离，在SiO2保护层上光刻出栅极图形，淀积栅金属，通过PECVD生长SiO2隔离保护层之后采用离子注入与高温退火的方式在AlGaN势垒层形成Si+掺杂，增加二维电子气的浓度，降低导通电阻，减小功耗，提高器件性能。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域，尤其涉及一种Si离子注入掺杂制造的GaN HEMT器件的制造方法。
背景技术
GaN HEMT器件作为三代半导体器件，其固有的物理性质使其非常适合高频、高功率等应用。氮化镓材料具备禁带宽度大、电子饱和速率高、临界击穿电场高和抗辐射能力强等优异特征，因此，基于氮化镓材料的高电子迁移率晶体管，被广泛应用于新一代高功率、高频率的固态微波功率器件制造。由于AlGaN材料具有比GaN材料更宽的带隙，在到达平衡时，异质结界面交界处能带发生弯曲，造成导带和价带的不连续，在异质结界面形成一个三角形的势阱。从图1中可以看到，在GaN一侧，导带底EC已经低于费米能级EF，所以会有大量的电子积聚在三角形势阱中。同时宽带隙AlGaN一侧的高势垒，使得电子很难逾越至势阱外，电子被限制横向运动于界面的薄层中，这个薄层被称之为二维电子气(2DEG)。
GaN-HEMTs优异的器件性能主要源于AlGaN/GaN界面二维电子气(2DEG)的存在：由于极化不连续和巨大的能带偏移，AlGaN/GaN界面势阱处可极化诱导形成高浓度高迁移率的2DEG，使得GaN-HEMTs在高压、高频、高功率应用领域表现出优良特性。HEMT器件特有的二维电子气结构可以获得低的导通电阻。基于强极化诱导作用和巨大能带偏移(bandoffset)，AlGaN/GaN异质结构界面的量子阱内可形成强量子局域化的高浓度二维电子气***，即使在不掺杂的情况下，也可感生高达～1013cm-2的2DEG。
加强对AlGaN/GaN界面2DEG的浓度和迁移率的调控对改善其功率电子器件的性能具有重要意义，尤其是对器件的阈值电压、导通电阻的大小的调控有重要作用。提高AlGaN/GaN界面2DEG浓度可减小GaN-HEMTs的导通电阻和功耗，目前有些做法会通过增加AlGaN厚度或增大AlGaN中Al组分来实现2DEG面密度增大，但发明人认为，2DEG面密度随AlGaN势垒层厚度逐渐饱和，载流子面密度增加有限。为此，需要设计出一种Si离子注入掺杂制造的GaN HEMT器件的制造方法。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强理解本公开的背景，并且因此可以包括不构成现有技术的信息。
发明内容
发明人通过研究发现，二维电子气的面密度存在随AlGaN势垒层厚度逐渐饱和，导致载流子面密度增加有限，不能充分发挥GaN HEMT器件性能的技术问题。
鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了的一种Si离子注入掺杂制造的GaN HEMT器件的制造方法，具体技术方案如下：
一种Si离子注入掺杂制造的GaN HEMT器件的制造方法，包括以下步骤，生长GaNHEMT器件的基本结构GaN HEMT器件的基本结构包括衬底以及在衬底上依次外延生长的缓冲层、沟道层、AlGaN势垒层；在AlGaN势垒层外表面采用PECVD技术生长SiO2保护层；在AlGaN势垒层的上表面进行Si离子注入形成Si离子注入层；高温退火Si离子注入层至Si+激活；在AlGaN势垒层上沉积源漏欧姆接触金属；采用离子注入隔离的方式实现器件间隔离，在SiO2保护层上光刻出栅极图形，淀积栅金属，通过PECVD生长SiO2隔离保护层之后采用离子注入与高温退火的方式在AlGaN势垒层形成Si+掺杂，由于Si是四价元素，Al是三价元素，两者结合可以有效增加二维电子气的浓度，降低导通电阻，减小功耗，提高器件性能。
在本公开的一些实施例中，所述HEMT器件的基本结构采用MOCVD或MBE方法生长。
在本公开的一些实施例中，所述缓冲层的厚度为20～30nm。
在本公开的一些实施例中，所述沟道层为GaN层，GaN层的厚度为1～4um。
在本公开的一些实施例中，所述AlGaN势垒层的厚度为10～20nm。
在本公开的一些实施例中，所述Si离子注入的能量为10～20KeV，注入剂量1014～1015/cm2。
在本公开的一些实施例中，所述高温退火激活Si+时的退火条件为温度1000～1200℃，时间为1～5min。
在本公开的一些实施例中，所述源漏欧姆接触金属为Ti/Al/Ni/Au四层合金结构，利用电子束蒸发方式进行金属沉积，各层金属厚度依次为10～30nm/100～200nm/50～100nm/50～100nm，蒸发过程中，根据蒸发厚度对金属蒸发速率按需调整，至所有金属都蒸发完成之后放入金属剥离液中进行剥离，形成欧姆接触图形，之后在快速退火炉中经800～900℃高温环境进行30～60s的高温退火形成漏极源极欧姆接触。
在本公开的一些实施例中，所述离子注入隔离为在HEMT器件的基本结构上注入He+、Ar+或N+中的至少一种，形成离子注入区，He+、Ar+或N+离子注入时的注入能量为20～200keV，注入剂量1014～1015cm2。
在本公开的一些实施例中，所述栅金属为镍、金、铂、钯中的至少一种。
相比较现有技术而言，本发明具有以下有益效果：
通过PECVD生长SiO2隔离保护层之后采用离子注入与高温退火的方式在AlGaN势垒层形成Si+掺杂，由于Si是四价元素，Al是三价元素，两者结合可以有效增加二维电子气的浓度，降低导通电阻，减小功耗，提高器件性能，工艺简单，重复性好，可以在现有GaNHEMT器件的高频、高击穿电压、高电流密度等特点。
附图说明
图1为GaN HEMT器件能带图；
图2为本发明方法中的GaN HEMT器件制造工艺流程图；
图3为本发明方法制造的GaN HEMT器件结构图。
图中标号说明：1、衬底；2、缓冲层；3、沟道层；4、AlGaN势垒层；5、SiO2保护层；6、Si离子注入层；7、源漏欧姆接触金属；8、栅金属；9、二维电子气；10、离子注入区。
具体实施方式：
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本文中为部件所编序号本身，仅用于区分所表述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本公开中所说“连接”，如无特殊具体说明，均包括直接和间接的“连接”。在本申请的描述中，需要理解的是，方位术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简要描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方位、以特定的方位构成和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
如附图部分的图1至图3所示，设计出一种Si离子注入掺杂制造的GaN HEMT器件的制造方法，包括以下步骤，生长GaN HEMT器件的基本结构，GaN HEMT器件的基本结构包括衬底1以及在衬底1上依次外延生长的缓冲层2、沟道层3、AlGaN势垒层4；在AlGaN势垒层4外表面采用PECVD技术生长SiO2保护层5；在AlGaN势垒层4的上表面进行Si离子注入形成Si离子注入层6；高温退火Si离子注入层6至Si+激活；在AlGaN势垒层4上沉积源漏欧姆接触金属7；采用离子注入隔离的方式实现器件间隔离，在SiO2保护层5上光刻出栅极图形，淀积栅金属8。
通过PECVD生长SiO2隔离保护层之后采用离子注入与高温退火的方式在AlGaN势垒层形成Si+掺杂，由于Si是四价元素，Al是三价元素，两者结合可以有效增加二维电子气9的浓度，降低导通电阻，减小功耗，提高器件性能，工艺简单，重复性好，可以在现有GaNHEMT器件的高频、高击穿电压、高电流密度等特点。
以上实施方式中，列举出3种实施例实现上述技术方案：
实施例1
本实施例是公开一种Si离子注入掺杂制造的GaN HEMT器件的制造方法，包括以下步骤，采用MOCVD技术生长GaN HEMT器件的基本结构，GaN HEMT器件的基本结构包括衬底1以及在衬底1上依次外延生长的缓冲层2、沟道层3、AlGaN势垒层4；在AlGaN势垒层4外表面采用PECVD技术生长SiO2保护层5，本实施例中，衬底1可以是硅衬底，缓冲层2为氮化铝层，缓冲层2的厚度为20nm，所述沟道层3为GaN层，GaN层的厚度为4um，所述AlGaN势垒层4的厚度为20nm；在AlGaN势垒层4的上表面进行Si离子注入形成Si离子注入层6，所述Si离子注入的能量为20KeV，注入剂量1014/cm2；高温退火Si离子注入层6至Si+激活，高温退火激活Si+时的退火条件为温度1000℃，时间为5min；在AlGaN势垒层4上沉积源漏欧姆接触金属7，所述源漏欧姆接触金属7为Ti/Al/Ni/Au四层合金结构，利用电子束蒸发方式进行金属沉积，各层金属厚度依次为10nm/200nm/100nm/50nm，蒸发过程中，根据蒸发厚度对金属蒸发速率按需调整，至所有金属都蒸发完成之后放入金属剥离液中进行剥离，形成欧姆接触图形，之后在快速退火炉中经800℃高温环境进行60s的高温退火形成漏极源极欧姆接触7；采用离子注入隔离的方式实现器件间隔离，所述离子注入隔离为在HEMT器件的基本结构上注入He+，形成离子注入区10，He+离子注入时的注入能量为200keV，注入剂量1014cm2，在SiO2保护层5上光刻出栅极图形，淀积栅金属8，所述栅金属8为镍或金。
通过PECVD生长SiO2隔离保护层之后采用离子注入与高温退火的方式在AlGaN势垒层形成Si+掺杂，由于Si是四价元素，Al是三价元素，两者结合可以有效增加二维电子气9的浓度，降低导通电阻，减小功耗，提高器件性能，工艺简单，重复性好，可以在现有GaNHEMT器件的高频、高击穿电压、高电流密度等特点。
实施例2
本实施例是公开一种Si离子注入掺杂制造的GaN HEMT器件的制造方法，包括以下步骤，采用MOCVD技术生长GaN HEMT器件的基本结构，GaN HEMT器件的基本结构包括衬底1以及在衬底1上依次外延生长的缓冲层2、沟道层3、AlGaN势垒层4；在AlGaN势垒层4外表面采用PECVD技术生长SiO2保护层5，本实施例中，衬底1可以是碳化硅衬底，缓冲层2为氮化镓层，缓冲层2的厚度为30nm，所述沟道层3为GaN层，GaN层的厚度为1um，所述AlGaN势垒层4的厚度为10nm；在AlGaN势垒层4的上表面进行Si离子注入形成Si离子注入层6，所述Si离子注入的能量为10KeV，注入剂量1015/cm2；高温退火Si离子注入层6至Si+激活，高温退火激活Si+时的退火条件为温度1200℃，时间为1min；在AlGaN势垒层4上沉积源漏欧姆接触金属7，所述源漏欧姆接触金属7为Ti/Al/Ni/Au四层合金结构，利用电子束蒸发方式进行金属沉积，各层金属厚度依次为30nm/100nm/50nm/100nm，蒸发过程中，根据蒸发厚度对金属蒸发速率按需调整，至所有金属都蒸发完成之后放入金属剥离液中进行剥离，形成欧姆接触图形，之后在快速退火炉中经900℃高温环境进行30s的高温退火形成漏极源极欧姆接触7；采用离子注入隔离的方式实现器件间隔离，所述离子注入隔离为在HEMT器件的基本结构上注入Ar+，形成离子注入区10，Ar+离子注入时的注入能量为20keV，注入剂量1015cm2，在SiO2保护层5上光刻出栅极图形，淀积栅金属8，所述栅金属8为铂。
通过PECVD生长SiO2隔离保护层之后采用离子注入与高温退火的方式在AlGaN势垒层形成Si+掺杂，由于Si是四价元素，Al是三价元素，两者结合可以有效增加二维电子气9的浓度，降低导通电阻，减小功耗，提高器件性能，工艺简单，重复性好，可以在现有GaNHEMT器件的高频、高击穿电压、高电流密度等特点。
实施例3
本实施例是公开一种Si离子注入掺杂制造的GaN HEMT器件的制造方法，包括以下步骤，采用MBE方法生长GaN HEMT器件的基本结构，GaN HEMT器件的基本结构包括衬底1以及在衬底1上依次外延生长的缓冲层2、沟道层3、AlGaN势垒层4；在AlGaN势垒层4外表面采用PECVD技术生长SiO2保护层5，本实施例中，衬底1可以是蓝宝石衬底，缓冲层2为氮化镓层，缓冲层2的厚度为28nm，所述沟道层3为GaN层，GaN层的厚度为3um，所述AlGaN势垒层4的厚度为18nm；在AlGaN势垒层4的上表面进行Si离子注入形成Si离子注入层6，所述Si离子注入的能量为16KeV，注入剂量1014/cm2；高温退火Si离子注入层6至Si+激活，高温退火激活Si+时的退火条件为温度1100℃，时间为3min；在AlGaN势垒层4上沉积源漏欧姆接触金属7，所述源漏欧姆接触金属7为Ti/Al/Ni/Au四层合金结构，利用电子束蒸发方式进行金属沉积，各层金属厚度依次为16nm/146nm/87nm/76nm，蒸发过程中，根据蒸发厚度对金属蒸发速率按需调整，至所有金属都蒸发完成之后放入金属剥离液中进行剥离，形成欧姆接触图形，之后在快速退火炉中经850℃高温环境进行40s的高温退火形成漏极源极欧姆接触7；采用离子注入隔离的方式实现器件间隔离，所述离子注入隔离为在HEMT器件的基本结构上注入N+，形成离子注入区10，N+离子注入时的注入能量为180keV，注入剂量1014cm2，在SiO2保护层5上光刻出栅极图形，淀积栅金属8，所述栅金属8为钯。
通过PECVD生长SiO2隔离保护层之后采用离子注入与高温退火的方式在AlGaN势垒层形成Si+掺杂，由于Si是四价元素，Al是三价元素，两者结合可以有效增加二维电子气9的浓度，降低导通电阻，减小功耗，提高器件性能，工艺简单，重复性好，可以在现有GaNHEMT器件的高频、高击穿电压、高电流密度等特点。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。
Claims (10)
1.一种Si离子注入掺杂制造的GaN HEMT器件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤，生长GaN HEMT器件的基本结构，GaN HEMT器件的基本结构包括衬底(1)以及在衬底(1)上依次外延生长的缓冲层(2)、沟道层(3)、AlGaN势垒层(4)；在AlGaN势垒层(4)外表面采用PECVD技术生长SiO2保护层(5)；在AlGaN势垒层(4)的上表面进行Si离子注入形成Si离子注入层(6)；高温退火Si离子注入层(6)至Si+激活；在AlGaN势垒层(4)上沉积源漏欧姆接触金属(7)；采用离子注入隔离的方式实现器件间隔离，在SiO2保护层(5)上光刻出栅极图形，淀积栅金属(8)。
2.根据权利要求1所述的Si离子注入掺杂制造的GaN HEMT器件的制造方法，其特征在于，所述HEMT器件的基本结构采用MOCVD或MBE方法生长。
3.根据权利要求1所述的Si离子注入掺杂制造的GaN HEMT器件的制造方法，其特征在于，所述缓冲层(2)的厚度为20～30nm。
4.根据权利要求1所述的Si离子注入掺杂制造的GaN HEMT器件的制造方法，其特征在于，所述沟道层(3)为GaN层，GaN层的厚度为1～4um。
5.根据权利要求1所述的Si离子注入掺杂制造的GaN HEMT器件的制造方法，其特征在于，所述AlGaN势垒层(4)的厚度为10～20nm。
6.根据权利要求1所述的Si离子注入掺杂制造的GaN HEMT器件的制造方法，其特征在于，所述Si离子注入的能量为10～20KeV，注入剂量1014～1015/cm2。
7.根据权利要求1所述的Si离子注入掺杂制造的GaN HEMT器件的制造方法，其特征在于，所述高温退火激活Si+时的退火条件为温度1000～1200℃，时间为1～5min。
8.根据权利要求1所述的Si离子注入掺杂制造的GaN HEMT器件的制造方法，其特征在于，所述源漏欧姆接触金属(7)为Ti/Al/Ni/Au四层合金结构，利用电子束蒸发方式进行金属沉积，各层金属厚度依次为10～30nm/100～200nm/50～100nm/50～100nm，蒸发过程中，根据蒸发厚度对金属蒸发速率按需调整，至所有金属都蒸发完成之后放入金属剥离液中进行剥离，形成欧姆接触图形，之后在快速退火炉中经800～900℃高温环境进行30～60s的高温退火形成漏极源极欧姆接触(7)。
9.根据权利要求1所述的Si离子注入掺杂制造的GaN HEMT器件的制造方法，其特征在于，所述离子注入隔离为在HEMT器件的基本结构上注入He+、Ar+或N+中的至少一种，形成离子注入区(10)，He+、Ar+或N+离子注入时的注入能量为20～200keV，注入剂量1014～1015cm2。
10.根据权利要求1所述的Si离子注入掺杂制造的GaN HEMT器件的制造方法，其特征在于，所述栅金属(8)为镍、金、铂、钯中的至少一种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211089853.8A CN116798869A (zh) | 2022-09-07 | 2022-09-07 | 一种Si离子注入掺杂制造的GaN HEMT器件的制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211089853.8A CN116798869A (zh) | 2022-09-07 | 2022-09-07 | 一种Si离子注入掺杂制造的GaN HEMT器件的制造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116798869A true CN116798869A (zh) | 2023-09-22 |
Family
ID=88039163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211089853.8A Pending CN116798869A (zh) | 2022-09-07 | 2022-09-07 | 一种Si离子注入掺杂制造的GaN HEMT器件的制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116798869A (zh) |
-
2022
- 2022-09-07 CN CN202211089853.8A patent/CN116798869A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110190116B (zh) | 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 | |
| EP1798762B1 (en) | Method of forming semiconductor devices including implanted regions and protective layers | |
| EP2571057A2 (en) | Normally-off semiconductor devices and methods of fabricating the same | |
| CN102097483B (zh) | GaN基异质结构增强型绝缘栅场效应晶体管及制备方法 | |
| JP2014022752A (ja) | 窒化物系半導体素子及びその製造方法 | |
| CN111223777B (zh) | GaN基HEMT器件及其制作方法 | |
| CN109494154B (zh) | 提高氮化镓基电子器件可靠性的方法及氮化镓基电子器件 | |
| CN110571275A (zh) | 氧化镓mosfet的制备方法 | |
| CN107785435A (zh) | 一种低导通电阻MIS凹槽栅GaN基晶体管及制备方法 | |
| CN111081763B (zh) | 一种场板下方具有蜂窝凹槽势垒层结构的常关型hemt器件及其制备方法 | |
| CN111509042A (zh) | 一种MIS结构GaN高电子迁移率晶体管及其制备方法 | |
| CN108807500B (zh) | 一种具有高阈值电压的增强型高电子迁移率晶体管 | |
| JP2005311028A (ja) | 窒化物半導体装置及びその製造方法 | |
| JP2013149732A (ja) | へテロ接合電界効果型トランジスタおよびその製造方法 | |
| CN108447788B (zh) | 增强型高电子迁移率晶体管的制备方法 | |
| KR101172857B1 (ko) | 인헨스먼트 노멀리 오프 질화물 반도체 소자 및 그 제조방법 | |
| CN111799326B (zh) | 一种新型二维电子气浓度调控的晶体管结构及制作方法 | |
| CN105826369A (zh) | 一种新型增强型iii-v异质结场效应晶体管 | |
| CN116798869A (zh) | 一种Si离子注入掺杂制造的GaN HEMT器件的制造方法 | |
| CN111180398B (zh) | 一种氧化镓场效应晶体管及其制备方法 | |
| CN113937155A (zh) | 一种组份渐变复合势垒层hemt器件及其制备方法 | |
| US10985258B2 (en) | Method for preparing diamond-based field effect transistor, and corresponding field effect transistor | |
| JP2006100455A (ja) | 窒化物半導体装置及びその製造方法 | |
| CN110867488A (zh) | 一种氮化镓hemt器件结构及其制备方法 | |
| CN103681323B (zh) | 高电子迁移率晶体管的制造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |