一种多沟道GaNHEMT器件及制作方法与流程

技术特征：
1.一种多沟道gan hemt器件，其特征在于，包括从下至上依次生长的衬底（1）、高阻缓冲层（2）、多层沟道结构、介质掩膜层（4）和隔离介质层（8）；所述多层沟道结构为交替的势垒层（5）与沟道层（6），且所述多层沟道结构的底层和顶层均为势垒层（5）；还包括底栅控制层（31）、顶栅控制层（32）、栅电极、源电极和漏电极；所述高阻缓冲层（2）的上表面位于所述多层沟道结构的底层势垒层（5）中生长有所述底栅控制层（31），所述多层沟道结构的顶层势垒层（5）的上表面位于所述介质掩膜层（4）中生长有所述顶栅控制层（32），所述栅电极用于连通所述底栅控制层（31）和所述顶栅控制层（32），所述栅电极外包裹有用于隔离所述多层沟道结构的隔离介质层（8），所述源电极和所述漏电极位于所述多层沟道结构的两侧，且贯穿所述多层沟道结构的顶层势垒层（5）、中间沟道层（6）和中间势垒层（5）延伸至底层势垒层（5）的上表面；所述隔离介质层（8）和所述介质掩膜层（4）开设有裸露所述栅电极、所述源电极和所述漏电极的窗口。2.根据权利要求1所述一种多沟道gan hemt器件，其特征在于，所述衬底（1）为硅、gan、sic或蓝宝石；所述高阻缓冲层（2）为algan或gan，电阻率大于1e6ω.m。3.根据权利要求1所述一种多沟道gan hemt器件，其特征在于，栅控制层（3）包括所述底栅控制层（31）和所述顶栅控制层（32），所述栅控制层（3）为掺杂gan材料，掺镁、硅或锗元素形成n型或者p型材料，掺杂后离化载流子浓度大于1e17cm-3
。4.根据权利要求1所述一种多沟道gan hemt器件，其特征在于，所述介质掩膜层（4）为sio2或si3n4氟基等离子体或含氟湿法溶液可以刻蚀的介质材料。5.根据权利要求1所述一种多沟道gan hemt器件，其特征在于，所述势垒层（5）为algan材料；所述沟道层（6）为非故意掺杂gan材料，所述沟道层（6）厚度小于100nm。6.根据权利要求1所述一种多沟道gan hemt器件，其特征在于，所述源电极和所述漏电极均为欧姆接触金属（7），所述欧姆接触金属（7）为ti、al、ni、au、si及tin组成的多层金属，其中ti金属层或tin金属层与底层势垒层（5）的上表面接触。7.根据权利要求1所述一种多沟道gan hemt器件，其特征在于，所述隔离介质层（8）为沉积的alo、hfo或aln介质。8.根据权利要求1所述一种多沟道gan hemt器件，其特征在于，所述栅电极为栅接触金属（9），所述栅接触金属（9）为可与gan材料形成良好肖特基接触的金属。9.一种多沟道gan hemt器件的制作方法，其特征在于，用于制作权利要求1至8任一所述的多沟道gan hemt器件，制作方法包括如下步骤：步骤1，在衬底（1）上依次沉积高阻缓冲层（2）、底栅控制层（31）以及介质掩膜层（4）；步骤2，采用标准光刻工艺定义所述底栅控制层（31）的光刻胶掩膜，刻蚀光刻胶掩膜以外的步骤1中生成的所述介质掩膜层（4），去除光刻胶掩膜，然后采用剩余介质掩膜层（4）作为刻蚀掩膜，刻蚀掉刻蚀掩膜以外的所述底栅控制层（31）；步骤3，去除步骤2剩余的所述介质掩膜层（4）后，在样品上依次沉积多层沟道结构和所述顶栅控制层（32）的多层结构，然后沉积一层所述介质掩膜层（4）；步骤4，采用标准光刻工艺定义所述顶栅控制层（32）的光刻胶掩膜，刻蚀光刻胶掩膜以外的步骤3中生成的所述介质掩膜层（4），去除光刻胶掩膜，然后采用剩余介质掩膜层（4）作为刻蚀掩膜，刻蚀掉刻蚀掩膜以外的所述顶栅控制层（32）；步骤5，去除步骤4剩余的所述介质掩膜层（4）后，在样品上重新沉积一层所述介质掩膜
层（4），采用标准光刻工艺定义欧姆接触金属区域，刻蚀掉欧姆接触金属区域的所述介质掩膜层（4），利用剩余的所述介质掩膜层（4）做刻蚀掩膜，刻蚀掉剩余的所述介质掩膜层（4）以外的顶层势垒层（5）、中间沟道层（6）、中间势垒层（5）直到底层势垒层（5）；步骤6，在所述欧姆接触金属区域，制备欧姆接触金属（7），然后将所述欧姆接触金属（7）进行退火，生成源电极和漏电极；步骤7，再在样品上沉积一层所述介质掩膜层（4），利用标准光刻工艺定义底栅接触孔区域，刻蚀掉所述底栅接触孔区域的所述介质掩膜层（4），利用剩余的所述介质掩膜层（4）作为刻蚀掩膜，刻蚀掉剩余的所述介质掩膜层（4）以外的顶层势垒层（5）、中间沟道层（6）、中间势垒层（5）和底层势垒层（5）直到底栅控制层（31），然后再生长一层隔离介质层（8）；步骤8，采用标准光刻工艺定义顶栅接触孔区域，刻蚀掉所述顶栅接触孔区域的所述隔离介质层（8）和所述介质掩膜层（4）；在底栅接触孔区域刻蚀掉所述隔离介质层（8）；步骤9，采用标准光刻工艺定义栅接触孔区域，刻蚀掉所述栅接触孔区域部分所述隔离介质层（8），以使所述栅接触孔区域连通所述底栅接触孔区域和所述顶栅接触孔区域形成栅金属区域，在所述栅金属区域制备栅接触金属（9），生成栅电极；然后再生长一层所述隔离介质层（8）；步骤10，采用标准光刻工艺定义台面隔离区域，采用光刻胶做掩膜刻蚀器件位于所述源电极和所述漏电极连线方向两侧的所述隔离介质层（8）、所述介质掩膜层（4）、所述多层沟道结构和部分所述高阻缓冲层（2）；采用标准光刻工艺定义金属接触孔区域，利用光刻胶做掩膜刻蚀所述金属接触孔区域对应的所述隔离介质层（8）和所述介质掩膜层（4）裸露所述栅电极、所述源电极和所述漏电极。10.根据权利要求9所述一种多沟道gan hemt器件的制作方法，其特征在于，所述高阻缓冲层（2）、所述势垒层（5）和所述沟通层（6）均采用氯基等离子进行刻蚀；所述栅控制层（3）采用氯基干法刻蚀方法进行刻蚀；所述隔离介质层（8）采用氟基或氯基等离子进行刻蚀；采用有机清洗的方法去除所述光刻胶掩膜；采用正胶剥离的方法制备所述欧姆接触金属（7）和所述栅接触金属（9）；所述欧姆接触金属（7）的退火温度在400度到900度，气氛为惰性气体。

技术总结
本发明涉及一种多沟道GaN HEMT器件及制作方法，多层沟道结构为交替的势垒层与沟道层，且多层沟道结构的底层和顶层均为势垒层；高阻缓冲层的上表面位于多层沟道结构的底层势垒层中生长有底栅控制层，多层沟道结构的顶层势垒层的上表面位于介质掩膜层中生长有顶栅控制层，栅电极用于连通底栅控制层和顶栅控制层，栅电极外包裹有用于隔离多层沟道结构的隔离介质层。多沟道GaN HEMT器件进一步降低了器件导通电阻，同时引入底栅控制结构，解决了顶栅结构对多沟道结构控制能力差的问题，相对于Fin结构提升栅对多沟道控制能力的结构，器件传输截面显著提升，更加有利于高压大电流器件的制备。件的制备。件的制备。


技术研发人员：高旭
受保护的技术使用者：武汉派思半导体有限公司
技术研发日：2022.10.17
技术公布日：2022/11/11