SiC基HEMT器件的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种在SiC材料中获取二维电子气的方法，具体涉及一种SiC基高迀 移率晶体管（HEMT)器件的制备方法。
【背景技术】
[0002] 第三代半导体碳化硅（SiC)具有优越的物理和电学特性，如宽带隙、高击穿场强、 高热导率等特点。因而SiC基开关器件超越Si功率器件的极限，并在高功率、高频、高温电 力电子领域占据绝对优势。
[0003] SiC是目前唯一可以氧化形成Si〇d9化合物半导体，然而在SiC和SiO2界面存在 着很高的界面态密度，它们不仅减少了SiC基M0S器件沟道中导电载流子，同时会形成散射 中心进一步降低沟道迀移率，使得器件的导通电阻高，工作频率低。即使存在如JFET类的 器件来避免M0S界面，但由于SiC中杂质的扩散系数非常低，多采用离子注入的方法对其掺 杂，注入离子的激活温度相当高，这都会造成较大的晶体损伤因而迀移率并不是足够高。无 论如何，为了降低SiC基功率开关器件通态损耗，必须提高导电载流子的迀移率或者增大 导电载流子的密度。这就需要寻找一种新的基于SiC的载流子导电界面，从而制备出具有 高面电导的SiC基功率场效应晶体管。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于，提供一种SiC基HEMT器件的制备方法，具有高介电常数、高自 发极化、高临界电场和晶格匹配的异质材料。使得该材料与SiC之间通过极化产生二维电 子气，制备出具有高面电导的SiC基场效应晶体管。
[0005] 本发明提供一种基于SiC材料的HEMT器件的制备方法，包括以下步骤：
[0006] 步骤1 :清洗SiC衬底，去除表面氧化层，该SiC衬底的厚度为2-4ym;
[0007] 步骤2:利用化学气相沉积或物理气相沉积将A1N薄膜淀积到清洗后的SiC衬底 上；
[0008] 步骤3 :利用化学气相沉积或物理气相沉积将AlxGahN薄膜淀积到A1N薄膜上；
[0009] 步骤4:利用化学气相沉积或物理气相沉积将GaN薄膜淀积到AlxGai_xN薄膜上；
[0010] 步骤5:通过光刻，采用氯基气体对所述的A1N薄膜、AlxGai_xN薄膜、GaN薄膜的两 侦琎行ICP干法刻蚀，刻蚀深度到达SiC衬底的表面，形成台面；
[0011] 步骤6 :在刻蚀形成的台面上制作自上而下的Ti/Al/Ni/Au的4层金属，退火，形 成源、漏欧姆接触，形成基片；
[0012] 步骤7 :采用PECVD的方法，在基片上面淀积第一Si3N4钝化层，用以保护所述的 源、漏欧姆接触；
[0013] 步骤8 :在GaN薄膜4上的第一Si3N4钝化层上光刻蚀出窗口，在窗口内淀积栅金 属电极；
[0014] 步骤9 :在第一Si3N4钝化层和栅金属电极上再次淀积第二Si3N4钝化层；
[0015] 步骤10:刻蚀掉Ti/Al/Ni/Au的4层金属和栅金属电极上的第一Si3N4钝化层和 第二Si3N4钝化层，互连金属完成器件制备。
[0016] 本发明的有益效果是：
[0017] a、与AlN、AlxGai_xN与SiC晶格常数匹配度高，可以降低SiC基开关器件介质层与 碳化硅的界面态密度，从而降低对载流子输运的散射，提高载流子迀移率。
[0018] b、由于SiC衬底以及沉积的A1N、AlxGai_xN薄膜均为纤锌矿结构，且具有很强的自 发极化，结合压电极化可以在界面处产生高浓度的二维电子气。由于量子阱的限制作用，进 一步提升了导电沟道载流子的迀移率。
[0019] c、A1N、AlxGai_xN和GaN薄膜的沉积速率比热氧化SiC得到Si02要高，因此，可以 提高器件的制备效率，降低成本。
[0020] d、避免了传统SiC功率器件中常用到的离子注入掺杂及高温激活工艺，从而降低 了对半导体材料的晶格损伤，提高迀移率。
[0021] e、AlN、AlxGai_xN和GaN三种材料的介电常数与Si02ffl比较高，从而可以减小介质 层的厚度，同时上述三种材料的临界击穿电场，特别是GaN的都非常高，所以可以提高SiC 基功率器件的抗击穿能力与稳定性。
【附图说明】
[0022] 为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：
[0023] 图1是本发明的制备流程图；
[0024] 图2-7是本发明SiC基HEMT器件制作流程结构示意图。
【具体实施方式】
[0025] 请参阅图1并结合参阅图2-图7,本发明提供一利基于SiC材料的HEMT器件的制 备方法，包括以下步骤：
[0026] 步骤1 :清洗SiC衬底1，具体为：
[0027]a.依次用丙酮和乙醇超声清洗3遍，再用去离子水冲洗。
[0028] b.将有机超声后的SiC衬底1放在浓硫酸和双氧水溶液中至少煮lOmin。
[0029] c.将煮过浓硫酸的衬底1依次用一号液和二号液分别煮lOmin以上，再用去离子 水冲洗干净后用氮气吹干待用，一号液为氨水、过氧化氢和去离子水的混合液，按体积比氨 水：过氧化氢：去离子水=1 : 2 : 5,二号液为盐酸、过氧化氢和去离子水的混合液，按体 积比盐酸：过氧化氢：去离子水=1 : 2 : 5。
[0030] d.将冲洗后的衬底1放入氢氟酸内浸泡至少lmin，去除表面氧化层。
[0031] 去除表面氧化层，该的厚度为2-4ym，所述的SiC衬底1是具有六方纤锌矿的结 构，晶面方向为[0001]，该晶面为零偏角的晶面，该SiC衬底1为半绝缘衬底，可选择的将 SiC衬底1分为两层，一层为半绝缘的衬底，一层为低浓度的n型或者P型掺杂衬底；
[0032] 步骤2 :利用化学气相沉积或物理气相沉积或其他外延生长材料的方法将A1N薄 膜2沉积到清洗后的SiC衬底1上（参阅图2)，所述的沉积A1N薄膜2的A1源温度为 1000-1100°C，所述的A1N薄膜2的厚度为l-2nm，该A1N薄膜2与SiC晶格常数匹配度高， 从而提高了界面二维电子气的面电导；
[0033] 步骤3:利用化学气相沉积或物理气相沉积或其他外延生长材料的方法将 AlxGai_xN薄膜3淀积到A1N薄膜2上（参阅图2)，所述的沉积AlxGai_xN薄膜3的Ga源温度 为900-1000°C，所述的AlxGai_xN薄膜3的A1组分x的范围为0. 2-0. 4,所述的AlxGai_xN薄膜 3分为两层，一层的厚度为3-5nm，作为非掺杂的隔离层，另一层的厚度为15-25nm，作为势 皇层，另一层为n型掺杂，可选择的为Si掺杂，掺杂浓度为1X1018cm3-3X1018cm3,所述的 沉积隔离层的A1源温度为1000-1100°C，所述的沉积势皇层的A1源温度为1150-1250°C，；
[0034] 步骤4:利用化学气相沉积或物理气相沉积或其他外延生长材料的方法将GaN 薄膜4淀积到AlxGai_xN薄膜3上（参阅图2)，所述的沉积GaN薄膜4的Ga源温度为 900-1000°C，所述的GaN薄膜4的n型掺杂浓度为4X1018cnT3-6X1018cnT3,厚度为3-4nm;
[0035] 步骤5:通过光刻形成掩膜图形，采用氯基气体对所述的A1N薄膜2、AlfahN薄