離性能，防止生長(zhǎng)高k材料過(guò)程中，AlGaN表面被氧化而產(chǎn)生表面陷阱，以達(dá)到鈍化的效果。另外，氟化過(guò)程能使石墨烯中引入負(fù)電荷，有利于MIS HEMT器件的閾值電壓正向移動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型器件提供可能。
[0041 ] 如圖1?圖5所示，本實(shí)施例還提供一種基于氟化石墨烯鈍化的AIGaN/GaN HEMT器件的制作方法，包括步驟:
[0042]如圖1及圖2所示，首先進(jìn)行步驟1)S11，提供一基底101，于所述基底101表面依次形成GaN層103及AlGaN層104，所述GaN層103與AlGaN層104之間的界面形成二維電子氣面。
[0043]在本實(shí)施例中，還包括在所述基底101與GaN層103之間形成緩沖層102的步驟。所述緩沖層102可以有效地緩沖基底101與GaN層103之間的應(yīng)力失配以及晶格失配，從而大大提尚GaN層103生長(zhǎng)的質(zhì)量。
[0044]如圖1及圖3所示，然后進(jìn)行步驟2) S12，于所述AlGaN層104上形成源歐姆接觸以及漏歐姆接觸。
[0045]具體地，先制作光刻膠圖形，然后采用電子束蒸發(fā)Ti/Al/Ni/Au金屬疊層(其厚度分別為20/100/50/100nm)，然后采用lift-off工藝去除多余的金屬疊層，退火后于所述AlGaN層104上形成源歐姆接觸以及漏歐姆接觸。
[0046]如圖1及圖4所示，接著進(jìn)行步驟3) S13，于所述AlGaN層104表面形成石墨稀，并對(duì)所述石墨烯進(jìn)行氟化處理形成絕緣的石墨烯鈍化層108 ;
[0047]作為示例，于所述AlGaN層104表面形成石墨烯包括步驟:于Cu基底101上生長(zhǎng)石墨?。蝗缓髮⑸L(zhǎng)在Cu基底101上的石墨稀轉(zhuǎn)移到所述AlGaN層104表面。
[0048]作為示例，對(duì)所述石墨烯進(jìn)行氟化處理包括步驟:采用SF6等離子體對(duì)所述石墨烯進(jìn)行處理，處理時(shí)間為60?120s。在本實(shí)施例中，處理時(shí)間選用為90s。
[0049]如圖1及圖5所示，然后進(jìn)行步驟4) S14，于所述絕緣的石墨烯鈍化層108表面形成柵介質(zhì)層109，并于所述柵介質(zhì)層109表面形成柵金屬層110。
[0050]作為示例，所述柵介質(zhì)層109為高K柵介質(zhì)層109。所述高K柵介質(zhì)層109可以為A1203、!1?)2等，且并不限于此處所列舉的示例。具體地，在本實(shí)施例中，先用熱法ALD (原子層沉積技術(shù))沉積A1203至一定厚度，然后采用等離子增強(qiáng)原子層沉積技術(shù)繼續(xù)沉積A1 203，總共沉積厚度為14nm的A1203層，與所述絕緣的石墨稀鈍化層108 —起作為柵介質(zhì)層109。[0051 ] 作為示例，于所述柵介質(zhì)層109表面形成柵金屬層110包括步驟:先制作光刻膠圖形，然后采用電子束蒸發(fā)Ni/Au金屬疊層(其厚度分別為30/100nm)，最后采用lift-off工藝去除多余的金屬疊層，以完成柵金屬層110的制備。
[0052]如圖1所示，接著進(jìn)行步驟5) S15，對(duì)器件區(qū)域進(jìn)行臺(tái)面隔離。
[0053]具體地，采用PECVD工藝淀積Si02作為掩膜，其厚度為300nm，然后采用ICP刻蝕非器件區(qū)域，刻蝕深度為350nm，以完成對(duì)器件區(qū)域進(jìn)行臺(tái)面隔離。
[0054]如圖1所示，然后進(jìn)行步驟6) S16，于器件表面沉積隔離層。
[0055]作為示例，采用PECVD工藝淀積Si02薄膜作為隔離層，其厚度為lOOnm。
[0056]如圖1所示，接著進(jìn)行步驟7)S17，于所述隔離層中刻蝕出與源歐姆接觸、漏歐姆接觸及柵金屬層110對(duì)應(yīng)的窗口。
[0057]具體地，首先采用RIE刻蝕法刻蝕歐姆接觸及柵金屬電極上的Si02薄膜，再采用濕法刻蝕源歐姆接觸及漏歐姆接觸上的A1203層，以于所述隔離層中刻蝕出與源歐姆接觸、漏歐姆接觸及柵金屬層110對(duì)應(yīng)的窗口。
[0058]如圖1所示，最后進(jìn)行步驟8) S18，基于各窗口制作金屬引出電極。
[0059]具體地，先制作光刻膠圖形，然后采用電子束蒸發(fā)Ti/Au金屬疊層(其厚度分別為20/200nm)，最后采用lift-off工藝去除多余的金屬疊層，以基于各窗口制作金屬引出電極，并完成基于氟化石墨烯鈍化的AIGaN/GaN HEMT器件的制作。
[0060]圖6及圖7顯示為本發(fā)明的基于氟化石墨烯鈍化的AIGaN/GaN HEMT器件與無(wú)石墨烯鈍化的HEMT器件的1-V性能曲線對(duì)比圖，圖6中將有無(wú)石墨烯鈍化的MIS HEMT器件轉(zhuǎn)移特性于本發(fā)明的HEMT器件進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)經(jīng)石墨烯鈍化的器件關(guān)態(tài)電流減小了 3個(gè)數(shù)量級(jí)，并且閾值電壓正向移動(dòng)了 3.4V，如圖7所示，由圖6?圖7可以看出，本發(fā)明的HEMT器件性能有明顯改善。
[0061]如上所述，本發(fā)明的基于氟化石墨烯鈍化的AIGaN/GaN HEMT器件及其制作方法，具有以下有益效果:本發(fā)明將單層石墨烯轉(zhuǎn)移到AlGaN表面，經(jīng)過(guò)氟離子處理后絕緣，以此替代常規(guī)氮化物鈍化層。然后在石墨烯上生長(zhǎng)高k材料，兩者共同作為柵介質(zhì)，制備AlGaN/GaN金屬-絕緣層-半導(dǎo)體(MIS)HEMT器件。石墨烯相比于傳統(tǒng)鈍化結(jié)構(gòu)，具有物理厚度薄(亞納米量級(jí))，附加閾值電壓小的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，單層石墨烯也具有很好的隔離性能，防止生長(zhǎng)高k過(guò)程中，AlGaN表面被氧化而產(chǎn)生表面陷阱，以達(dá)到鈍化的效果。另外，氟化過(guò)程能使石墨烯中引入負(fù)電荷，有利于HEMT器件的閾值電壓正向移動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型器件提供可能。本發(fā)明結(jié)構(gòu)和方法簡(jiǎn)單，效果顯著，在微電子與固體電子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。
[0062]上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于氟化石墨烯鈍化的AlGaN/GaN HEMT器件，其特征在于，所述HEMT器件包括: 基底; GaN層，位于所述基底之上； AlGaN層，結(jié)合于所述GaN層，且與所述GaN層之間的界面形成二維電子氣面； 源極及漏極，形成于所述AlGaN層兩端； 絕緣的石墨烯鈍化層，結(jié)合于所述AlGaN層表面； 柵介質(zhì)層，結(jié)合于所述絕緣的石墨烯鈍化層表面； 柵金屬層，結(jié)合于所述柵介質(zhì)層表面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氟化石墨烯鈍化的AlGaN/GaNHEMT器件，其特征在于:所述基底與GaN層之間具有緩沖層。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于氟化石墨烯鈍化的AlGaN/GaNHEMT器件，其特征在于:所述緩沖層的厚度范圍為2?10 μ m。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氟化石墨烯鈍化的AlGaN/GaNHEMT器件，其特征在于:所述基底包括(111)晶向的硅襯底。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氟化石墨烯鈍化的AlGaN/GaNHEMT器件，其特征在于:所述柵介質(zhì)層為高K柵介質(zhì)層。6.一種基于氟化石墨烯鈍化的AlGaN/GaN HEMT器件的制作方法，其特征在于，包括步驟: 1)提供一基底，于所述基底表面依次形成GaN層及AlGaN層，所述GaN層與AlGaN層之間的界面形成二維電子氣面； 2)于所述AlGaN層形成源歐姆接觸以及漏歐姆接觸； 3)于所述AlGaN層表面覆蓋石墨烯，并對(duì)所述石墨烯進(jìn)行氟化處理形成絕緣的石墨烯鈍化層； 4)于所述絕緣的石墨烯鈍化層表面形成柵介質(zhì)層，并于所述柵介質(zhì)層表面形成柵金屬層。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于氟化石墨烯鈍化的AlGaN/GaNHEMT器件的制作方法，其特征在于，還包括步驟: 5)對(duì)器件區(qū)域進(jìn)行臺(tái)面隔離； 6)于器件表面沉積隔離層； 7)于所述隔離層中刻蝕出與源歐姆接觸、漏歐姆接觸及柵金屬層對(duì)應(yīng)的窗口； 8)基于各窗口制作金屬引出電極。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于氟化石墨烯鈍化的AlGaN/GaNHEMT器件的制作方法，其特征在于:步驟1)還包括在所述基底與GaN層之間形成緩沖層的步驟。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于氟化石墨烯鈍化的AlGaN/GaNHEMT器件的制作方法，其特征在于:步驟3)于所述AlGaN層表面覆蓋石墨烯的方法有兩種:a、于Cu基底上生長(zhǎng)石墨烯，然后將生長(zhǎng)在Cu基底上的石墨烯轉(zhuǎn)移到所述AlGaN層表面；或者b、直接在AlGaN表面生長(zhǎng)石墨烯。10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于氟化石墨烯鈍化的AlGaN/GaNHEMT器件的制作方法，其特征在于:步驟3)對(duì)所述石墨烯進(jìn)行氟化處理包括步驟:采用SF6等離子體對(duì)所述石墨稀進(jìn)行處理，處理時(shí)間為60?120s。11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于氟化石墨烯鈍化的AlGaN/GaN HEMT器件的制作方法，其特征在于:所述柵介質(zhì)層為高K柵介質(zhì)層。
【專利摘要】本發(fā)明的基于氟化石墨烯鈍化的AlGaN/GaN？HEMT器件及其制作方法，將單層石墨烯轉(zhuǎn)移到AlGaN表面，經(jīng)過(guò)氟離子處理后絕緣，以此替代常規(guī)氮化物鈍化層。然后在石墨烯上生長(zhǎng)高k材料，兩者共同作為柵介質(zhì)，制備AlGaN/GaN金屬-絕緣層-半導(dǎo)體（MIS）HEMT器件。石墨烯相比于傳統(tǒng)鈍化結(jié)構(gòu)，具有物理厚度?。▉喖{米量級(jí)），附加閾值電壓小的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，單層石墨烯也具有很好的隔離性能，防止生長(zhǎng)高k材料的過(guò)程中，AlGaN表面被氧化而產(chǎn)生表面陷阱，以達(dá)到鈍化的效果。另外，氟化過(guò)程能使石墨烯中引入負(fù)電荷，有利于HEMT器件的閾值電壓正向移動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型器件提供可能。本發(fā)明結(jié)構(gòu)和方法簡(jiǎn)單，效果顯著，在微電子與固體電子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
【IPC分類】H01L29/778, H01L21/335, H01L29/06
【公開(kāi)號(hào)】CN105304689
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510772384
【發(fā)明人】程新紅, 沈玲燕, 王中健, 曹鐸, 鄭理, 王謙, 張棟梁, 李靜杰, 俞躍輝
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
【公開(kāi)日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年11月12日