一种GaN沟道MOS界面结构的制作方法

本发明涉及半导体集成电路制造技术领域，具体涉及一种GaN沟道MOS界面结构，应用于高性能、高功率、高击穿电压的第三代半导体MOS技术。

背景技术：

氮化镓半导体材料相对硅、砷化镓和磷化铟半导体材料而言，被称为第三代半导体材料，它固有的高击穿场强和高场强下具有的高饱和漂移速度等优良特性决定了它将在未来的高频、高温、特大功率器件中居领先地位。GaN材料是一种宽禁带(3.49eV)半导体，它具有电子饱和漂移速度快(2.7×107cm/s)、临界击穿场强高(3.3MV/cm)、二维电子气密度高(15×1012cm‐2)、热导率高(>1.7W/cm.k)的特点。最新研究报道表明：在GaN‐HEMT器件栅槽表面制作栅介质，提高HEMT器件的栅极击穿电压，可以使得GaN‐MOSHEMT器件应用领域向大电压的电能电源领域不断拓展。然而，GaN表面生长高质量的栅介质一直以来都是一项具有挑战性的技术，通过技术研发，提高GaN‐MOS界面特性和介质特性成为必需，以满足高性能GaN MOS器件的技术要求。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的主要目的是提供一种氮化镓MOS器件界面结构，以实现以氮化镓为沟道材料的功率型MOSFET器件，与GaN功率型MOSFET器件要求的高源漏击穿电压、低沟道导通电阻和快速开关特性相匹配，满足高性能GaN‐MOS技术的要求。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种GaN沟道MOS界面结构，其结构依次是：

一P型掺杂的氮化镓沟道层(101)；

一在该氮化镓沟道层上生长的AlON界面层(102)；

一在该AlON界面层上生长的HfAlON介质过渡层(103)；

一在该HfAlON介质过渡层上沉积的20纳米HfO2高介电常数栅介质层(104)；

以及在该HfO₂高介电常数栅介质层上沉积的WSi栅金属层(105)。

根据上述方案，其特征在于P型掺杂的氮化镓沟道层的掺杂浓度为2×10¹⁷cm^-3。

根据上述方案，其特征在于AlON界面层的厚度为1-2纳米。

根据上述方案，其特征在于HfAlON介质过渡层厚度是3纳米。

根据上述方案，其特征在于20纳米后的HfO2高介电常数栅介质层是结晶的，并且通过500-600℃的高温退火过程。

根据上述方案，其特征在于WSi栅金属的厚度为100纳米。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种GaN沟道MOS界面结构，利用AlON界面层技术钝化界面处的悬挂键，实现低界面态密度，并降低沟道中载流子的散射，利用HfAlON介质过渡层实现界面层与介质层的良好过渡，采用HfO2作为介质，并通过高温结晶的方法，使得HfO2介质结晶，从而提高栅介质质量。所以发明这种GaN沟道MOS界面结构，以满足高性能GaN基高击穿电压MOS技术的要求。

附图说明

图1是本发明提供的GaN沟道MOS界面结构的示意图；

图2是本发明提供的GaN沟道MOS界面结构的实施例图；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图2，对本发明进一步详细说明。

如图2所示，本实施例提供了一种GaN沟道MOS界面结构，其结构依次是：

一P型掺杂的氮化镓沟道层(201)；

一在该氮化镓沟道层上生长的AlON界面层(202)；

一在该AlON界面层上生长的HfAlON介质过渡层(203)；

一在该HfAlON介质过渡层上沉积的20纳米HfO2高介电常数栅介质层(204)；

以及在该HfO₂高介电常数栅介质层上沉积的WSi栅金属层(205)。

在本实施例中，所述的P型掺杂的氮化镓沟道层的厚度为15纳米，该氮化镓沟道的掺杂浓度为2×10¹⁷cm^-3。

在本实施例中，所述的AlON界面层的厚度为2纳米。

在本实施例中，所述的HfAlON介质过渡层厚度是3纳米。

在本实施例中，所述的20纳米后的HfO2高介电常数栅介质层是结晶的，并且通过550℃的高温退火合金过程。

在本实施例中，所述的栅金属层的WSi厚度为100纳米，采用磁控溅射的方法在HfO2栅介质上形成。