InAs/AlSb HEMT及MOS‑HEMT器件的制备方法

摘要

本发明公开了一种InAs/AlSb HEMT及MOS‑HEMT器件的制备方法，主要用来降低器件的导通电阻及栅极漏电的问题。本发明提供的InAs/AlSb HEMT器件的制备方法，包括以下工艺步骤：1)外延材料生长；2)台面隔离；3)制备欧姆接触；4)制备肖特基栅接触；5)Pad淀积；6)钝化。本发明提供的InAs/AlSb MOS‑HEMT器件的制备方法，包括以下工艺步骤：1)外延材料生长；2)台面隔离；3)制备欧姆接触；4)制备绝缘栅极；5)Pad淀积；6)钝化。本发明省去了栅槽刻蚀步骤，降低了栅极电流泄露，同时降低了器件的导通电阻。

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及一种InAs/AlSb HEMT及MOS-HEMT器件的制备方法，可用于高速、低功耗InAs/AlSb HEMT或MOS-HEMT器件的制备。

背景技术

当今时代微电子技术迅猛发展，其应用已渗透到国民经济的各个领域，为了进一步满足高速、低功耗和低噪声器件性能的要求，新型器件结构也应运而生。从MOS器件到HEMT器件和MOS-HEMT等结构。其中InAs/AlSb HEMT和MOS-HEMT器件结构凭借载流子迁移率高、饱和漂移速度高、临界饱和电场低、抗辐射性能强和具有速度快、功耗低和噪声低等优势获得青睐。

制造InAs/AlSb HEMT或MOS-HEMT器件需要经过许多工艺步骤，从表面清洗，欧姆接触，台面隔离，到栅槽刻蚀和栅形成等，而栅槽刻蚀是关键步骤这一。InAlAs常作为InAs/AlSb HEMT或MOS-HEMT器件栅的接触层，栅极材料和InAlAs接触界面的特性是影响器件整体性能的关键因素，会影响器件的亚阈值摆幅，阈值电压和栅漏电等特性，进而影响到器件在集成电路中的可用性和可推广性。

栅槽刻蚀一般有干法刻蚀和化学湿法刻蚀。其中干法刻蚀会在栅下引入损伤，这些损伤会增大漏电。湿法刻蚀具有操作简单，表面清洁，速度快等优势，但需要控制好腐蚀时间，以求得好的表面平整度。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种InAs/AlSb HEMT器件的制备方法，同时提供一种InAs/AlSb MOS-HEMT器件的制备方法，主要解决现有技术InAs/AlSb HEMT及MOS-HEMT器件栅漏电等问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种InAs/AlSb HEMT器件的制备方法，包括以下工艺步骤：1)外延材料生长；2)台面隔离；3)制备欧姆接触；4)制备肖特基栅接触；5)Pad淀积；6)钝化。

进一步，InAs/AlSb HEMT器件的制备方法，具体工艺如下：

1)外延材料生长：利用MBE工艺，依次在衬底上生长缓冲层、AlSb下势垒层、InAs沟道层、AlSb隔离层、掺杂层、AlSb上势垒层、InAlAs空穴阻挡层；

2)台面隔离：

(a)对外延生长的InAs/AlSb材料进行清洗，然后用氮气吹干；

(b)对清洗干净的InAs/AlSb材料进行光刻及刻蚀，完成外延材料的台面隔离；

3)制备欧姆接触：

(a)对进行台面隔离后的InAs/AlSb材料进行清洗，然后用氮气吹干；

(b)在清洗后的InAs/AlSb材料表面的源漏欧姆区域进行光刻，制作光刻胶掩膜；

(c)利用电感耦合等离子体刻蚀设备在源漏欧姆区域进行刻蚀，刻蚀至AlSb隔离层

(d)于浓度37％的盐酸与水按体积比1:10混合所得的HCl溶液中浸泡15s，去除表面氧化层；

(e)利用MBE设备在源漏欧姆区域二次外延n型重掺杂InAs帽层；

(f)于光刻胶去除液中浸泡，去除InAlAs材料上表面的光刻胶再用去离子水清洗；

(g)在整个源漏欧姆区域的重掺杂InAs帽层之上，淀积Pd/Ti/Pt/Au多层金属，并进行300-350℃退火，时间15-30s，在重掺杂InAs帽层上形成源极和漏极，源极和漏极与InAs帽层之间形成欧姆接触；

4)制备肖特基栅接触：

(a)对完成欧姆接触的器件进行清洗，然后用氮气吹干；

(b)完成欧姆接触的器件在清洗后，在InAs/AlSb材料表面的栅电极区进行光刻，制作光刻胶掩膜；

(c)于浓度37％的盐酸与水按体积比1:10混合所得的HCl溶液中浸泡15s，去除表面氧化层；

(d)电子束蒸发淀积金属Ti/Pt/Au；

(e)将器件浸泡于光刻胶去除液中，剥离定义图形以外的金属，在InAlAs空穴阻挡层形成栅极，再用去离子水清洗，完成栅极与InAlAs空穴阻挡层之间肖特基栅接触的制作；

5)Pad淀积：

(a)对完成肖特基栅接触制备的器件进行清洗，然后用氮气吹干；

(b)完成肖特基栅接触的器件在清洗后，在InAs/AlSb材料表面的Pad区进行光刻，制作光刻胶掩膜；

(c)电子束蒸发淀积金属Ti/Au；

(d)浸泡光刻胶去除液中，剥离定义图形以外的金属，再用去离子水清洗；

6)钝化：

(a)对器件进行清洗，然后用氮气吹干；

(b)对清洗后的器件采用PECVD设备淀积氮化硅钝化层，至此完成InAs/AlSb HEMT器件的制备。

进一步，衬底为GaAs衬底、Si衬底或InP衬底，缓冲层是In、Al、Ga、As及Sb的二元、三元或四元合金化合物，掺杂层为掺Si的InAs或掺Te的AlSb。

本发明同时提供了一种InAs/AlSb MOS-HEMT器件的制备方法，包括以下工艺步骤：1)外延材料生长；2)台面隔离；3)制备欧姆接触；4)制备绝缘栅极；5)Pad淀积；6)钝化。

进一步，InAs/AlSb MOS-HEMT器件的制备方法，具体工艺如下：

1)外延材料生长：利用MBE工艺，依次在衬底上生长缓冲层、AlSb下势垒层、InAs沟道层、AlSb隔离层、掺杂层、AlSb上势垒层、InAlAs空穴阻挡层；

2)台面隔离：

(a)对外延生长的InAs/AlSb材料进行清洗，然后用氮气吹干；

(b)对清洗干净的InAs/AlSb材料进行光刻及刻蚀，完成外延材料的台面隔离。

3)制备欧姆接触：

(a)对进行台面隔离后的InAs/AlSb材料进行清洗，然后用氮气吹干；

(b)在清洗后的InAs/AlSb材料表面的源漏欧姆区域进行光刻，制作光刻胶掩膜；

(c)利用电感耦合等离子体刻蚀设备在源漏欧姆区域进行刻蚀，刻蚀至AlSb隔离层；

(d)于浓度37％的盐酸与水按体积比1:10混合所得的HCl溶液中浸泡15s，去除表面氧化层；

(e)利用MBE设备在源漏欧姆区域二次外延n型重掺杂InAs帽层；

(f)于光刻胶去除液中浸泡，去除InAlAs材料上表面的光刻胶再用去离子水清洗；

(g)在整个源漏欧姆区域的重掺杂InAs帽层之上，淀积Pd/Ti/Pt/Au多层金属，并进行300-350℃退火，时间15-30s，在重掺杂InAs帽层上形成源极和漏极，源极和漏极与InAs帽层之间形成欧姆接触；

4)制备绝缘栅极：

(a)对完成欧姆接触的器件进行清洗，然后用氮气吹干；

(b)完成欧姆接触的器件在清洗后，在InAs/AlSb材料表面的介质层区进行光刻，制作光刻胶掩膜；

(c)于浓度37％的盐酸与水按体积比1:10混合所得的HCl溶液中浸泡15s，去除表面氧化层，采用ALD淀积介质层；

(d)完成ALD淀积介质层，在InAs/AlSb材料表面的栅电极区进行光刻，制作光刻胶掩膜；

(e)在介质层上，电子束蒸发淀积金属Ti/Pt/Au；

(f)将器件浸泡于光刻胶去除液中，剥离定义图形以外的金属，在介质层上形成栅极，再用去离子水清洗，完成绝缘栅极的制作；

5)Pad淀积：

(a)对完成绝缘栅极制备的器件进行清洗，然后用氮气吹干；

(b)完成绝缘栅极制备的器件在清洗后，在InAs/AlSb材料表面的Pad区进行光刻，制作光刻胶掩膜；

(c)电子束蒸发淀积金属Ti/Au；

(d)将器件浸泡于光刻胶去除液中，剥离定义图形以外的金属，再用去离子水清洗。

6)钝化：

(a)对器件进行清洗，然后用氮气吹干；

(b)对清洗后的器件采用PECVD设备淀积氮化硅钝化层，至此完成InAs/AlSb MOS-HEMT器件的制备。

进一步，衬底为GaAs衬底、Si衬底或InP衬底，缓冲层是In、Al、Ga、As及Sb的二元、三元或四元合金化合物，掺杂层为掺Si的InAs或掺Te的AlSb。

进一步，介质层为高k介质材料。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

在HEMT器件或MOS-HEMT器件制作时，刻蚀帽层往往难以掌控刻蚀深度，会将阻挡层InAlAs刻蚀掉，并且刻蚀的表面不平整，使栅极漏电增加，本发明的制备方法省去了刻蚀InAs帽层的常规做法，降低了栅极电流泄露，而且能够同时降低器件的串联电阻。

附图说明

图1是本发明制备的InAs/AlSb HEMT器件的结构示意图；

图2是本发明制备的InAs/AlSb MOS-HEMT器件的结构示意图；

图3为现有技术制备的外延材料InAs表面未进行湿法刻蚀的AFM图；

图4为采用湿法腐蚀10s后外延材料InAs表面的AFM图；

图5为采用湿法腐蚀70s后外延材料InAs表面的AFM图；

图6为采用湿法腐蚀将InAs帽层完全腐蚀掉后InAlAs层的AFM图；

图7为现有技术制备的InAs/AlSb HEMT器件导通电阻Ron模型图；

图8为采用本发明制备方法得到的InAs/AlSb HEMT器件导通电阻Ron模型图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明使用的设备主要包括：MBE、PECVD及ALD等微电子工艺设备。

图1为本发明实施例1所制备的InAs/AlSb HEMT器件的结构示意图。

实施例1

本实施例所制备的InAs/AlSb HEMT器件，是以GaAs作为衬底，缓冲层2为AlGaSb，掺杂层6为掺杂Si浓度为4*10¹⁹cm^-3的InAs层。具体制备过程如下：

步骤1、外延材料生长：利用MBE工艺，依次在衬底1上生长缓冲层2(缓冲层2为AlGaSb)、AlSb下势垒层3、InAs沟道层4、AlSb隔离层5、InAs掺杂层6、AlSb上势垒层7、InAlAs空穴阻挡层8；

步骤2、台面隔离：

(a)对外延生长的InAs/AlSb材料进行清洗，然后用氮气吹干；

(b)对清洗干净的InAs/AlSb材料进行光刻及刻蚀，完成外延材料的台面隔离；

步骤3、制备欧姆接触：

(a)对进行台面隔离后的InAs/AlSb材料进行清洗，然后用氮气吹干；

(b)在清洗后的InAs/AlSb材料表面的源漏欧姆区域进行光刻，制作光刻胶掩膜；

(c)利用电感耦合等离子体刻蚀设备在源漏欧姆区域进行刻蚀，刻蚀至AlSb隔离层5；

(d)于浓度37％的盐酸与水按体积比1:10混合所得的HCl溶液中浸泡15s，去除表面氧化层；

(e)利用MBE设备在源漏欧姆区域二次外延n型重掺杂InAs帽层9；

(f)于光刻胶去除液中浸泡，去除InAlAs材料上表面的光刻胶再用去离子水清洗；

(g)在整个源漏欧姆区域的重掺杂InAs帽层9之上，淀积Pd/Ti/Pt/Au多层金属，并进行300-350℃退火，时间15-30s，在重掺杂InAs帽层9上形成源极10和漏极11，源极10和漏极11与InAs帽层9之间形成欧姆接触；

步骤4、制备肖特基栅接触：

(a)对完成欧姆接触的器件进行清洗，然后用氮气吹干；

(b)完成欧姆接触的器件在清洗后，在InAs/AlSb材料表面的栅电极区进行光刻，制作光刻胶掩膜；

(c)于浓度37％的盐酸与水按体积比1:10混合所得的HCl溶液中浸泡15s，去除表面氧化层；

(d)电子束蒸发淀积金属Ti/Pt/Au；

(e)将器件浸泡于光刻胶去除液中，剥离定义图形以外的金属，在InAlAs空穴阻挡层8形成栅极12，再用去离子水清洗，完成栅极12与InAlAs空穴阻挡层8之间肖特基栅接触的制作；

步骤5、Pad淀积：

(a)对完成肖特基栅接触制备的器件进行清洗，然后用氮气吹干；

(b)完成肖特基栅接触的器件在清洗后，在InAs/AlSb材料表面的Pad区进行光刻，制作光刻胶掩膜；

(c)电子束蒸发淀积金属Ti/Au；

(d)浸泡光刻胶去除液中，剥离定义图形以外的金属，再用去离子水清洗；

步骤6、钝化：

(a)对器件进行清洗，然后用氮气吹干；

(b)对清洗后的器件采用PECVD设备淀积氮化硅钝化层，至此完成InAs/AlSb HEMT器件的制备。

图2为本发明实施例2所制备的InAs/AlSb MOS-HEMT器件的结构示意图。

实施例2

本实施例所制备的InAs/AlSb MOS-HEMT器件，是以GaAs作为衬底，缓冲层2为AlGaSb，掺杂层6为掺杂Si浓度为4*10¹⁹cm^-3的InAs层，介质层13为HfO₂。具体制备过程如下：

1)外延材料生长：利用MBEMOCVD工艺，依次在衬底1上生长缓冲层2(缓冲层2为AlGaSb)、AlSb下势垒层3、InAs沟道层4、AlSb隔离层5、掺杂层6、AlSb上势垒层7、InAlAs空穴阻挡层8；

2)台面隔离：

(a)对外延生长的InAs/AlSb材料进行清洗，然后用氮气吹干；

(b)对清洗干净的InAs/AlSb材料进行光刻及刻蚀，完成外延材料的台面隔离。

3)制备欧姆接触：

(a)对进行台面隔离后的InAs/AlSb材料进行清洗，然后用氮气吹干；

(b)在清洗后的InAs/AlSb材料表面的源漏欧姆区域进行光刻，制作光刻胶掩膜；

(c)利用电感耦合等离子体刻蚀设备在源漏欧姆区域进行刻蚀，刻蚀至AlSb隔离层5；

(d)于浓度37％的盐酸与水按体积比1:10混合所得的HCl溶液中浸泡15s，去除表面氧化层；

(e)利用MBE设备在源漏欧姆区域二次外延n型重掺杂InAs帽层9；

(f)于光刻胶去除液中浸泡，去除InAlAs材料上表面的光刻胶再用去离子水清洗；

(g)在整个源漏欧姆区域的重掺杂InAs帽层9之上，淀积Pd/Ti/Pt/Au多层金属，并进行300-350℃退火，时间15-30s，在重掺杂InAs帽层9上形成源极10和漏极11，源极10和漏极11与InAs帽层9之间形成欧姆接触；

4)制备绝缘栅极：

(a)对完成欧姆接触的器件进行清洗，然后用氮气吹干；

(b)完成欧姆接触的器件在清洗后，在InAs/AlSb材料表面的介质层区进行光刻，制作光刻胶掩膜；

(c)于浓度37％的盐酸与水按体积比1:10混合所得的HCl溶液中浸泡15s，去除表面氧化层，采用ALD淀积HfO₂介质层13；

(d)完成ALD淀积HfO₂介质层，在InAs/AlSb材料表面的栅电极区进行光刻，制作光刻胶掩膜；

(e)在HfO₂介质层13上，电子束蒸发淀积金属Ti/Pt/Au；

(f)将器件浸泡于光刻胶去除液中，剥离定义图形以外的金属，在介质层13上形成栅极12，再用去离子水清洗，完成绝缘栅极的制作；

5)Pad淀积：

(a)对完成绝缘栅极制备的器件进行清洗，然后用氮气吹干；

(b)完成绝缘栅极制备的器件在清洗后，在InAs/AlSb材料表面的Pad区进行光刻，制作光刻胶掩膜；

(c)电子束蒸发淀积金属Ti/Au；

(d)将器件浸泡于光刻胶去除液中，剥离定义图形以外的金属，再用去离子水清洗。

6)钝化：

(a)对器件进行清洗，然后用氮气吹干；

(b)对清洗后的器件采用PECVD设备淀积氮化硅钝化层，至此完成InAs/AlSb MOS-HEMT器件的制备。

图3为现有技术制备的外延材料InAs表面未进行湿法刻蚀的AFM图，图4为采用湿法腐蚀10s后外延材料InAs表面的AFM图，图5为采用湿法腐蚀70s后外延材料InAs表面的AFM图，图6为采用湿法腐蚀将InAs帽层完全腐蚀掉后InAlAs层的AFM图。对比可以看到，湿法腐蚀后材料表面平整度不可控，若腐蚀时间过短，则高掺杂InAs帽层没有完全刻蚀，器件会造成短路；若腐蚀时间过长，则会将InAlAs空穴阻挡层刻蚀掉，会增加器件的栅极漏电。本发明的制备方法省去了栅槽腐蚀步骤，降低了栅极漏电。

图7为现有技术制备的InAs/AlSb HEMT器件导通电阻Ron模型图，图8为采用本发明制备方法得到的InAs/AlSb HEMT器件导通电阻Ron模型图。对比图7与图8可以看到，现有技术器件的导通电阻为Ron＝2(Rc+Rv)+Rch，本发明的器件的导通电阻为Ron＝2Rc+Rch，其中Rc指欧姆接触电阻，Rch为沟道电阻，这说明本发明的制备方法降低了器件的导通电阻。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。