一种阈值电压稳定的p-GaN栅增强型HEMTs器件的制备方法
阅读说明：本技术 一种阈值电压稳定的p-GaN栅增强型HEMTs器件的制备方法 (Preparation method of p-GaN gate enhanced HEMTs device with stable threshold voltage ) 是由 李祥东 刘苏杭 韩占飞 张进成 郝跃 于 2021-07-05 设计创作，主要内容包括：本发明提供的一种阈值电压稳定的p-GaN栅增强型HEMTs器件的制备方法,在p型栅增强型HEMTs制造方法基础上进行改进,通过在p-GaN帽层上外延一层SiN钝化层以引入氢元素对p-GaN中的缺陷态进行钝化,得到具有较高阈值电压稳定性的p-GaN栅增强型HEMTs,使得p-GaN栅增强型GaNHEMTs在高压高频工作时其阈值电压不发生漂移。(The invention provides a preparation method of a p-GaN gate enhanced HEMTs with stable threshold voltage, which is improved on the basis of a manufacturing method of the p-type gate enhanced HEMTs, and the p-GaN gate enhanced HEMTs with higher threshold voltage stability are obtained by extending a layer of SiN passivation layer on a p-GaN cap layer to introduce hydrogen elements to passivate defect states in p-GaN, so that the threshold voltage of the p-GaN gate enhanced HEMTs does not drift when the p-GaN gate enhanced HEMTs work at high voltage and high frequency.)
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种阈值电压稳定的p-GaN栅增强型HEMTs器件的制备方法。
背景技术
氮化镓(GaN)材料作为第三代半导体的重要代表，以其优良的光学特性和电学特性，被广泛应用于高功率器件、蓝、紫光发光器件，并且具有远高于硅材料的功率器件品质因子。HEMT(高电子迁移率晶体管)因采用具有高迁移率的二维电子气形成的导电沟道而得名，具有良好的开关特性。具有低栅极电荷Qg、低导通电阻和快速开关能力的p-GaN栅增强型HEMTs也已经逐步在电力电子领域商用化。
然而，虽然氮化镓制备的HEMT具有快速开关的特性，但是在高压高频工作条件下，其阈值电压VTH产生漂移导致器件性能不稳定，进一步可导致电路误导通甚至烧毁。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种阈值电压稳定的p-GaN栅增强型HEMTs器件的制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明提供的一种阈值电压稳定的p-GaN栅增强型HEMTs器件的制备方法包括：
步骤1：提供p-GaN外延片；
其中，p-GaN外延片结构自下而上包括衬底、AlN成核层、(Al)GaN缓冲层，GaN沟道层，AlGaN势垒层，以及掺Mg的p-GaN帽层；
步骤2：在p-GaN外延片表面沉积TiN，形成TiN金属层；
步骤3：在所述TiN金属层上沉积SiN，形成SiN阻挡层；
步骤4：在所述SiN阻挡层上预定的栅极区域旋涂光刻胶并曝光显影；
步骤5：在SiN阻挡层上进行栅极刻蚀，以去除栅极区域之外的SiN阻挡层、TiN栅金属层以及掺杂Mg的p-GaN层，直至AlGaN势垒层的上边沿；
步骤6：湿法腐蚀去除SiN阻挡层；
步骤7：在去除SiN阻挡层的p-GaN外延片上沉积SiN进行钝化，形成覆盖TiN栅金属层以及AlGaN势垒层的SiN钝化层，以便在掺杂Mg的GaN层中引入H原子；
步骤8：湿法去除SiN钝化层；
步骤9：在去除SiN钝化层的p-GaN外延片上沉积AlON，形成覆盖TiN栅金属层以及AlGaN势垒层的AlON钝化层；
步骤10：在所述AlON钝化层上沉积SiO2并进行钝化，形成SiO2钝化层；
步骤11：在器件边沿从表面向下注入N离子，控制注入深度至GaN沟道层以实现器件隔离；
步骤12：在注入N离子之后p-GaN外延片的预定的源、漏极区域进行欧姆接触开口并进行金属沉积、刻蚀以及退火加工，形成源极以及漏极；
步骤13：在注入N离子之后的p-GaN外延片预定的栅极区域进行栅极开口和金属沉积，形成栅极，获得p-GaN栅增强型HEMTs器件。
其中，所述衬底为：SiC或蓝宝石或Si衬底。
可选的，所述步骤2包括：
采用物理气相沉积法PVD，在所述掺杂Mg的p-GaN帽层上溅射一层50nm～200nm的金属TiN，形成TiN金属层。
可选的，所述步骤6包括：
步骤6.1：对栅极刻蚀之后的p-GaN外延片去胶；
步骤6.2：使用BHF溶液湿法腐蚀去除SiN阻挡层。
其中，所述SiN阻挡层的厚度为200nm，所述SiN钝化层的厚度为5nm～20nm，所述AlON钝化层的厚度为5nm～20nm，所述SiO2钝化层的厚度为50nm～400nm。
可选的，所述步骤7包括：
采用PEALD方法，在去除SiN阻挡层的p-GaN外延片上沉积SiN，形成覆盖TiN栅金属层以及AlGaN势垒层的SiN钝化层。
可选的，所述步骤9包括：
采用PEALD方法，在去除SiN钝化层的p-GaN外延片上沉积AlON，形成覆盖TiN栅金属层以及AlGaN势垒层的AlON钝化层。
本发明提供的一种阈值电压稳定的p-GaN栅增强型HEMTs器件的制备方法，在传统p-GaN栅增强型HEMTs制造方法基础上进行改进，通过在p-GaN帽层上外延一层SiN钝化层以引入氢元素对p-GaN中的缺陷态进行钝化，得到具有较高阈值电压稳定性的p-GaN栅增强型HEMTs，使得p-GaN栅增强型HEMTs在高压高频率工作条件下的阈值电压保持稳定。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明提供的一种阈值电压稳定的p-GaN栅增强型HEMTs器件的制备方法的流程图；
图2为本发明所使用的外延片层结构示意图；
图3为本发明提供的栅极刻蚀并去除SiN阻挡层之后的示意图；
图4为本发明提供的沉积一层SiN进行氢钝化的示意图；
图5为本发明提供的去除SiN后沉积AlON钝化层和SiO2钝化层的示意图；
图6为本发明提供的进行N离子注入的示意图；
图7为本发明提供的p-GaN栅增强型HEMTs器件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，本发明提供的一种阈值电压稳定的p-GaN栅增强型HEMTs器件的制备方法，包括：
步骤1：提供p-GaN外延片；
其中，p-GaN外延片结构自下而上包括衬底、AlN成核层、(Al)GaN缓冲层，GaN沟道层，AlGaN势垒层，以及掺Mg的p-GaN帽层；所述衬底为：SiC或蓝宝石或Si衬底。
步骤2：在p-GaN外延片表面沉积TiN，形成TiN金属层；步骤3：在所述TiN金属层上沉积SiN，形成SiN阻挡层；
参考图2，图2为在p-GaN外延片上沉积之后的示意图。从下至上，依次为衬底、AlN成核层、(Al)GaN缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层、掺杂Mg的p-GaN帽层、TiN栅金属层以及SiN阻挡层。
步骤4：在所述SiN阻挡层上预定的栅极区域旋涂光刻胶并曝光显影；
步骤5：在SiN阻挡层上进行栅极刻蚀，以去除栅极区域之外的SiN阻挡层、TiN栅金属层以及掺杂Mg的p-GaN层，直至AlGaN势垒层的上边沿；
步骤6：湿法腐蚀去除SiN阻挡层；
参考图3，图3为栅极刻蚀并去除SiN阻挡层之后的示意图，此时圆晶在栅极区域形成一个凸起。
步骤7：在去除SiN阻挡层的p-GaN外延片上沉积SiN进行钝化，形成覆盖TiN栅金属层以及AlGaN势垒层的SiN钝化层，以便在掺杂Mg的GaN层中引入H原子；
参考图4，图4为沉积一层SiN进行氢钝化的示意图，此时钝化层覆盖TiN金属层以及AlGaN势垒层。
步骤8：湿法去除SiN钝化层；
步骤9：在去除SiN钝化层的p-GaN外延片上沉积AlON，形成覆盖TiN栅金属层以及AlGaN势垒层的AlON钝化层；
步骤10：在所述AlON钝化层上沉积SiO2并进行钝化，形成SiO2钝化层；
参考图5，图5为去除SiN钝化层后沉积AlON钝化层和SiO2钝化层的示意图。此时AlON钝化层覆盖TiN金属层以及AlGaN势垒层，SiO2钝化层覆盖AlON钝化层。
步骤11：在器件边沿从表面向下注入N离子，控制注入深度至GaN沟道层以实现器件隔离；
参考图6，图6为进行N离子注入后的示意图，此时N离子注入区域形成高阻区以实现器件隔离。
步骤12：在注入N离子之后p-GaN外延片的预定的源、漏极区域进行欧姆接触开口并进行金属沉积、刻蚀以及退火加工，形成源极以及漏极；
步骤13：在注入N离子之后的p-GaN外延片预定的栅极区域进行栅极开口和金属沉积，形成栅极，获得p-GaN栅增强型HEMTs器件。
参考图7，图7为本发明制得的p栅增强型GaN HEMTs器件的示意图，器件源极以及漏极分别位于两侧，栅极位于栅极区域。
本发明提供的一种阈值电压稳定的p-GaN栅增强型HEMTs器件的制备方法，在p型栅增强型HEMTs制造方法基础上进行改进，通过在p-GaN帽层上外延一层SiN钝化层以引入氢元素对p-GaN中的缺陷态进行钝化，得到具有较高阈值电压稳定性的p-GaN栅增强型HEMTs，使得p-GaN栅增强型GaN HEMTs在高压高频工作时其阈值电压不发生漂移。
作为本发明一种可选的实施方式，所述步骤2包括：
采用物理气相沉积法PVD，在所述掺杂Mg的p-GaN帽层上溅射一层50nm～200nm的金属TiN，形成TiN金属层。
作为本发明一种可选的实施方式，所述步骤6包括：
步骤6.1：对栅极刻蚀之后的p-GaN外延片去胶；
步骤6.2：使用BHF溶液湿法腐蚀去除SiN阻挡层。
作为本发明一种可选的实施方式，所述SiN阻挡层的厚度为200nm，所述SiN钝化层的厚度为5nm～20nm，所述AlON钝化层的厚度为5nm～20nm，所述SiO2钝化层的厚度为50nm～400nm。
作为本发明一种可选的实施方式，所述步骤7包括：
采用PEALD方法，在去除SiN阻挡层的p-GaN外延片上沉积SiN，形成形成覆盖TiN栅金属层以及AlGaN势垒层的SiN钝化层。
作为本发明一种可选的实施方式，所述步骤9包括：
采用PEALD方法，在去除SiN钝化层的p-GaN外延片上沉积AlON，覆盖TiN栅金属层以及AlGaN势垒层的AlON钝化层。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。