一種GaN HEMT器件制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發明屬于半導體器件技術領域，具體涉及一種GaN HEMT器件制作方法。
【背景技術】
[0002]作為寬禁帶半導體的典型代表，GaN具有更寬的禁帶寬度、更高的飽和電子漂移速度、更大的臨界擊穿電場強度、更好的導熱性能等特點，更重要的是它與AlGaN能夠形成AlGaN/GaN異質結，便于制作HEMT器件。
[0003]目前，大面積的GaN襯底材料還不成熟，GaN器件多生長在Si襯底、藍寶石襯底和SiC襯底上，異質外延由于晶格常數、熱膨脹系數等差異，在界面處易形成缺陷，從而影響外延質量，導致器件性能下降。以常用的SiC襯底為例，雖然SiC和GaN均為六方晶系，且晶格常數差異僅有3%，但外延過程中，SiC與GaN生長界面處仍有較多的位錯出現，影響GaN器件性能。一般來說，同質外延的結晶質量好于異質外延。
[0004]2000年以后，圖形化襯底逐漸應用于外延中，傳統的圖形化襯底，尺寸較大，一般在數百納米到數微米之間，形成的外延下方多有孔洞或部分懸空，不方便芯片背面工藝制作和器件的特殊環境使用。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種GaNHEMT器件制作方法，該GaNHEMT器件制作方法可以很好地解決現有半導體器件采用普通襯底外延橫向生長缺陷較多的問題。
[0006]為達到上述要求，本發明采取的技術方案是:提供一種GaNHEMT器件制
[0007]作方法，提供襯底，包括以下步驟:
[0008]S1、在襯底上沉積一層VLS生長用的催化劑；
[0009]S2、在催化劑上形成周期性的壓印膠；
[0010]S3、按照壓印膠的分布刻蝕催化劑，形成周期性的圖形化的催化劑；
[0011]S4、采用VLS生長機理，在圖形化的催化劑上生長GaN納米柱；
[0012]S5、去除圖形化的催化劑，形成圖形化襯底；
[0013]S6、在圖形化襯底上生長外延層，在外延層上完成源極、漏極、柵極的制作。
[0014]與現有技術相比，該GaNHEMT器件制作方法具有的優點如下:
[0015](I)采用該圖形化襯底進行GaN外延，不僅具有圖形化襯底外延橫向生長缺陷較少的優點，同時避免了生長過程中，由于圖形尺寸較大，橫向生長易形成孔洞，影響后續器件制作與使用；
[0016](2)VLS的引入有利于提高過渡層的外延質量，提高GaN HEMT器件性能。
[0017](3)與傳統的SiC襯底相比，利用VLS生長出GaN納米柱高結晶質量，進一步減少由于晶格常數、熱膨脹系數等差異引入的缺陷，利于GaN器件外延生長，提高GaN器件性能。
【附圖說明】
[0018]此處所說明的附圖用來提供對本申請的進一步理解，構成本申請的一部分，在這些附圖中使用相同的參考標號來表示相同或相似的部分，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。在附圖中:
[0019]圖1示出了本申請的流程示意圖；
[0020]圖2示出了根據本申請步驟SI形成的結構示意圖；
[0021]圖3示出了根據本申請步驟S2形成的結構示意圖；
[0022]圖4示出了根據本申請步驟S3形成的結構示意圖；
[0023]圖5示出了根據本申請步驟S4形成的結構示意圖；
[0024]圖6示出了根據本申請步驟S5形成的結構示意圖；
[0025]圖7示出了根據本申請步驟S6形成的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0026]為使本申請的目的、技術方案和優點更加清楚，以下結合附圖及具體實施例，對本申請作進一步地詳細說明。為簡單起見，以下描述中省略了本領域技術人員公知的某些技術特征。
[0027]根據本發明的一個實施例，提供一種GaNHEMT器件制作方法，提供襯底10，襯底10的材料為S1、SiC、藍寶石或金剛石，包括以下步驟:
[0028]S1、在襯底10上沉積一層VLS生長用的催化劑20，該催化劑20的材料為Al、Ni或Au，厚度為50?I OOnm;
[0029]S2、利用納米壓印技術，在催化劑20上形成周期性的壓印膠30;納米壓印技術主要包括兩大步，第一，制作納米壓印模板40，模板是納米壓印最關鍵的技術，其質量的好壞直接決定壓印的效果;最早的壓印模板材料選用的是硅，因為硅的加工技術比較成熟，其制作方法是通過電子束光刻結合反應離子刻蝕，Stephen Y.Chou教授的模板是在Si襯底10上制作的S12結構，深度約為250nm，線寬為25nm;第二，壓印圖形，首先在基底上旋涂一定厚度的壓印膠30，接著加熱壓印膠30和納米壓印模板40至其玻璃化溫度以上，加壓把納米壓印模板40壓入壓印膠30中，壓力和溫度都保持在適當的水平，通過紫外線曝光或改變溫度使壓印膠30上的結構成型固化，之后在一定溫度下分離納米壓印模板40和壓印膠30，待壓印膠30完全固化后其表面上就出現了與納米壓印模板40上的圖形相反的結構，壓印膠30納米結構圖形可以直接作為器件結構使用，也可以作為圖形結構進一步轉移的掩模層。
[0030]S3、按照壓印膠30的分布刻蝕催化劑20，形成周期性的圖形化的催化劑20;
[0031]S4、采用VLS生長機理，以Ga源和咐原有機氣體作為反應氣體，以H2氣或Ar氣作為載氣，在圖形化的催化劑20上生長GaN納米柱50，GaN納米柱50的高度不超過10nm; VLS生長機理兼具液相外延和氣相外延的優點:催化劑20生長發生在生長催化劑20熔融液體和襯底10固體的交界面處，外延質量較高，而氣體分子逐漸溶解于熔融狀態的催化劑20中，條件控制較為容易，且生長速率較快。
[0032]S5、采用刻蝕技術去除圖形化的催化劑20，形成圖形化襯底10，該圖形化襯底10的寬度和間隔距離均小于10nm;
[0033]S6、在圖形化襯底10上生長外延層，在外延層上完成源極100、漏極80、柵極90的制作，該步驟具體為:在圖形化襯底10上依次生長GaN過渡層60和AlxGal-xN勢皇層70，在AlxGal-xN勢皇層70上完成源極100、漏極80、柵極90的制作，且源級和漏極80為歐姆接觸，柵極90為肖特基接觸，該AlxGal-xN勢皇層70中Al組分x = 0.1?0.3。
[0034]以上所述實施例僅表示本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能理解為對本發明范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明保護范圍。因此本發明的保護范圍應該以所述權利要求為準。
【主權項】
1.一種GaNHEMT器件制作方法，提供襯底，其特征在于，包括以下步驟: 51、在所述襯底上沉積一層VLS生長用的催化劑； 52、在所述催化劑上形成周期性的壓印膠； 53、按照所述壓印膠的分布刻蝕所述催化劑，形成周期性的圖形化的催化劑； 54、采用VLS生長機理，在圖形化的催化劑上生長GaN納米柱； 55、去除所述圖形化的催化劑，形成圖形化襯底； 56、在所述圖形化襯底上生長外延層，在所述外延層上完成源極、漏極、柵極的制作。2.根據權利要求1所述的GaNHEMT器件制作方法，其特征在于，所述襯底的材料為S1、SiC、藍寶石或金剛石。3.根據權利要求1所述的GaNHEMT器件制作方法，其特征在于，所述步驟S2利用納米壓印技術，在所述催化劑上形成周期性的壓印膠。4.根據權利要求1所述的GaNHEMT器件制作方法，其特征在于，所述步驟S4具體為:采用VLS生長機理，以Ga源和咐原有機氣體作為反應氣體，以H2氣或Ar氣作為載氣，在所述圖形化的催化劑上生長GaN納米柱。5.根據權利要求1所述的GaNHEMT器件制作方法，其特征在于，所述步驟S5采用刻蝕技術去除所述圖形化的催化劑。6.根據權利要求1所述的GaNHEMT器件制作方法，其特征在于，所述催化劑的材料為Al、Ni或Au。7.根據權利要求6所述的GaNHEMT器件制作方法，其特征在于，所述催化劑的厚度為50?10nmο8.根據權利要求1所述的GaNHEMT器件制作方法，其特征在于，所述步驟S6具體為在所述圖形化襯底上依次生長GaN過渡層和AlxGaixN勢皇層，在所述AlxGapxN勢皇層上完成源極、漏極、柵極的制作，且源級和漏極為歐姆接觸，柵極為肖特基接觸。9.根據權利要求8所述的GaNHEMT器件制作方法，其特征在于，所述AlxGa1-XN勢皇層中Al組分χ = 0.I?0.3。10.根據權利要求1所述的GaNHEMT器件制作方法，其特征在于，所述步驟S5中圖形化襯底的寬度和間隔距離均小于10nm0
【專利摘要】本發明提供一種GaN？HEMT器件制作方法，提供襯底，包括以下步驟：S1、在襯底上沉積一層VLS生長用的催化劑；S2、在催化劑上形成周期性的壓印膠；S3、按照壓印膠的分布刻蝕催化劑，形成周期性的圖形化的催化劑；S4、采用VLS生長機理，在圖形化的催化劑上生長GaN納米柱；S5、去除圖形化的催化劑，形成圖形化襯底；S6、在圖形化襯底上生長外延層，在外延層上完成源極、漏極、柵極的制作。本發明采用圖形化襯底進行GaN外延，不僅具有圖形化襯底外延橫向生長缺陷較少的優點，同時避免了生長過程中，由于圖形尺寸較大，橫向生長易形成孔洞，影響后續器件制作與使用；VLS的引入有利于提高過渡層的外延質量，提高GaN？HEMT器件性能。
【IPC分類】H01L29/778, H01L29/06, H01L21/335, H01L29/20
【公開號】CN105590851
【申請號】CN201610158915
【發明人】陳一峰
【申請人】成都海威華芯科技有限公司
【公開日】2016年5月18日
【申請日】2016年3月18日