一种高电子迁移率晶体管及其制备方法
专利汇可以提供一种高电子迁移率晶体管及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 属于微 电子 技术领域，特别是涉及一种高电子迁移率晶体管及其制备方法。具体包括了n型GaAs衬底(1)、厚度为150nm的GaAs 外延 层(2)、厚度为600nm的AlGaSb 缓冲层 (3)、厚度为70nm的下层AlSb势垒层(4)、厚度为12nm的InAs 沟道 层(5)、厚度为5nm的上层AlSb势垒层(6)、厚度为6nm的InAlAs空穴阻挡层(7)、厚度为4nm的InAs帽层(8)、HfO2栅介质层(9)以及金属层(10)，解决了 现有技术 中将Si掺杂于GaSb和AlSb中时则会出现p型特性的技术问题，本发明进一步解决的技术问题是现有技术中因没有介质层的设置，或介质层的 缺陷 而造成高电子迁移率晶体管漏电及不稳定的问题。，下面是一种高电子迁移率晶体管及其制备方法专利的具体信息内容。
1.一种高电子迁移率晶体管，其特征在于：该晶体管包括n型GaAs衬底(1)、厚度为
150nm的GaAs外延层(2)、厚度为600nm的AlGaSb缓冲层(3)、厚度为70nm的下层AlSb势垒层(4)、厚度为12nm的InAs沟道层(5)、厚度为5nm的上层AlSb势垒层(6)、厚度为6nm的InAlAs空穴阻挡层(7)、厚度为4nm的InAs帽层(8)、HfO2栅介质层(9)以及金属层(10)，所述高电子迁移率晶体管的结构自下至上排列依次是n型GaAs衬底(1)、厚度为150nm的GaAs外延层(2)、厚度为600nm的AlGaSb缓冲层(3)、厚度为70nm的下层AlSb势垒层(4)、厚度为12nm的InAs沟道层(5)、厚度为5nm的上层AlSb势垒层(6)、厚度为6nm的InAlAs空穴阻挡层(7)、厚度为4nm的InAs帽层(8)、HfO2栅介质层(9)、金属层(10)。
2.根据权利要求1所述的高电子迁移率晶体管，其特征在于：所述金属层(10)为Ti、Pt、Au三层结构，从下至上依次是厚度为20nm的Ti、厚度为20nm的Pt、厚度为200nmAu。
3.根据权利要求2所述的高电子迁移率晶体管，其特征在于：金属层(10)与InAs帽层(9)的接触为欧姆接触。
4.根据权利要求1所述的高电子迁移率晶体管，其特征在于：AlGaSb缓冲层(3)中Al、Ga、Sb的组分比为Al：Ga：Sb＝7：3：10。
5.根据权利要求1所述的高电子迁移率晶体管，其特征在于：在下层AlSb势垒层中还掺杂有Si，其浓度为0.5-2×1018cm-3。
6.根据权利要求5所述的高电子迁移率晶体管，其特征在于：在InAs沟道层(5)中还掺杂有Si其浓度为1-5×1017cm-3。
7.根据权利要求6所述的高电子迁移率晶体管，其特征在于：在InAs帽层中还掺杂有Si，掺杂浓度为0.5-2×1019cm-3。
8.一种制备权利要求1至7中任一项所述高电子迁移率晶体管的方法，其特征在于：包括以下步骤，第一步：对n型GaAs半绝缘衬底样片进行清洗；第二步：将清洗后的样片放入MBE生长室中，在As气氛中升温至680℃进行脱氧处理，并继续升温至720℃保持5min，除去生长室中的氧化物，停止升温；第三步：当温度降为680℃，开启Ga、As源，在去除氧化层的衬底上生长150nm厚的GaAS外延层；第四步：当温度降至640℃时，在GaAs外延层上生长厚度为
600nm的AlGaSb缓冲层，其中Al：Ga：Sb的组分比为7：3：10；第五步：当温度降至560℃时，在AlGaSb的缓冲层上生长厚度为70nm的下层AlSb势垒，在距离表面5-10nm处进行Si掺杂，其浓度为0.5-2×1018cm-3；第六步：当温度降至560℃时，在AlSb势垒上生长厚度为12nm的InAs沟道层，在沟道层中进行Si掺杂，其浓度为1-5×1017cm-3，生长过程中两种原子的束流比为1：10；第七步：保持560℃，开启Al、Sb源，保持Al：Sb原子束流比为1：5，在InAs沟道层上生长厚度为5-7nm上层AlSb势垒层，然后进行Si掺杂，掺杂浓度为2-5×1018，然后继续生长上层AlSb势垒层至15nm；第八步：保持560℃，开启In、Al、Sb源，保持In:Al:As三种原子束流比为15：5：2，在上层AlSb势垒层上生长In：Al：As元素比为1：1：2，厚度为6nm的InAlAs空穴阻挡层；第九步：保持560℃的温度，在InAlAs空穴阻挡层上生长厚度为4nm的InAs帽层，其中Si掺杂浓度为0.5-2×1019cm-3；第十步：光刻帽层并采用H3PO4、H2O2与去离子水按照体积比6：4：100混合，作为腐蚀液对样片进行湿法腐蚀，在帽层形成4nm深的槽；第十一步：采用ALD淀积法在样片表面淀积一层HfO2，HfO2厚度为5-10nm；第十二步：对样片在氩气氛围中进行退火，350℃，60s减少HfO2层缺陷；第十三步：光刻HfO2形成栅介质层，采用HF酸去除栅介质以外的HfO2层；第十四步：采用磁控溅射方法溅射金属接触层，金属接触层分为3层，分别为Ti、Pt、Au,首先溅射Ti层厚度为20nm，再溅射Pt层，厚度20nm，采用快速热退火工艺，使帽层和Ti层共熔，Ti层和Pt层形成合金，再溅射200nm厚度的Au，形成粘附性好，电阻率低的欧姆接触金属层；第十五步：光刻金属层并剥离，形成隔离栅结构的源极、漏极和栅极电极。
9.根据权利要求8所述的制备高电子迁移率晶体管的方法，其特征在于：所述第一步对n型GaAs半绝缘衬底样片进行清洗，具体包括(a)将掺杂浓度为lx1018cm-3的高掺杂n型4H-SiC衬底样片在NH4OH+H2O2试剂浸泡样品10min，取出后烘干，以去除样品表面有机残余物；
(b)将去除表面有机残余物后的样片再使用HCl+H2O2试剂浸泡样品10min，取出后烘干，以去除离子污染物；(c)使用浓度为5％的HF溶液浸泡样品3-5min，去除表面氧化层，再放入去离子水中超声清洗5min。
10.根据权利要求8所述的制备高电子迁移率晶体管的方法，其特征在于：第十一步具体操作如下：采用四乙基甲胺基铪为Hf原子的前驱体，H2O则作为O的前驱体；其一个循环的脉冲时间为先通入1s的四乙基甲胺基铪，然后通入2s的N2将淀积Hf基后残留的物质运送出去，再通入1s的H2O，接着通入2s的N2将残留的物质运送出去；通过控制循环的数量来生长不同厚度的HfO2介质，淀积温度245℃，压强2.3mbar，电极速率0.1nm/s。
一种高电子迁移率晶体管及其制备方法
技术领域
背景技术
发明内容
70nm的下层AlSb势垒层，在距离表面5-10nm处进行Si掺杂，其浓度为0.5-2×10 ；第六步：
当温度降至560℃时，在AlSb势垒层上生长厚度为12nm的InAs沟道层，在沟道层中进行Si掺杂，其浓度为1-5×1017cm-3，生长过程中两种原子的束流比为1：10；第七步：保持560℃，开启Al、Sb源，保持Al：Sb原子束流比为1：5，保持560℃，开启Al、Sb源，保持Al：Sb原子束流比为1：5，在InAs沟道层上生长厚度为5-7nm上层AlSb势垒层，然后进行Si掺杂，掺杂浓度为2-
5×1018，然后继续生长上层AlSb势垒层至15nm；第八步：保持560℃，开启In、Al、Sb源，保持In:Al:As三种原子束流比为15：5：2，在上层AlSb势垒层上生长In：Al：As元素比为1：1：2，厚度为6nm的InAlAs空穴阻挡层；第九步：保持560℃的温度，在InAlAs空穴阻挡层上生长厚度
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为4nm的InAs帽层，其中Si掺杂浓度为0.5-2×10 cm ；第十步：光刻帽层并采用H3PO4、H2O2与去离子水按照体积比6：4：100混合，作为腐蚀液对样片进行湿法腐蚀，在帽层形成4nm深的槽；第十一步：采用ALD淀积法在样片表面淀积一层HfO2，HfO2厚度为5-10nm；具体为采用四乙基甲胺基铪为Hf原子的前驱体，H2O则作为O的前驱体；其一个循环的脉冲时间为先通入1s的四乙基甲胺基铪，然后通入2s的N2将淀积Hf基后残留的物质运送出去，再通入1s的H2O，接着通入2s的N2将残留的物质运送出去；我们可以通过控制循环的数量来生长不同厚度的HfO2介质，淀积温度245℃，压强2.3mbar，电极速率0.1nm/s。第十二步：对样片在氩气氛围中进行退火，350℃，60s减少HfO2层缺陷；第十三步：光刻HfO2形成栅介质层，采用HF酸去除栅介质以外的HfO2层；第十四步：采用磁控溅射方法溅射金属接触层，金属接触层分为
3层，分别为Ti、Pt、Au,首先溅射Ti层厚度为20nm，再溅射Pt层，厚度20nm，采用快速热退火工艺，使帽层和Ti层共熔，Ti层和Pt层形成合金，再溅射200nm厚度的Au，形成粘附性好，电阻率低的欧姆接触金属层；第十五步：光刻金属层并剥离，形成隔离栅结构的源极、漏极和栅极电极，其中剥离后氮气的环境下进行300℃退火，退火时间30s。
具体实施方式
200nmAu。其中HfO2栅介质层9的设计使整个高电子迁移率晶体管的电阻更小，漏电级数也比现有技术小的多，确保整个高电子迁移率晶体管更加稳定可靠。
3层，分别为Ti、Pt、Au,首先溅射Ti层厚度为20nm，再溅射Pt层，厚度20nm，采用快速热退火工艺，使帽层和Ti层共熔，Ti层和Pt层形成合金，再溅射200nm厚度的Au，形成粘附性好，电阻率低的欧姆接触金属层；第十五步：光刻金属层并剥离，形成隔离栅结构的源极、漏极和栅极电极，其中剥离后氮气的环境下进行300℃退火，退火时间30s。在AlSb/InAs异质结上再淀积一层InAs，然后在InAs插入层中掺入Si，这样有效克服了Te源蒸发要求MBE腔内达到很高的蒸气压，不能被广泛应用的缺陷，并且使Si掺入GaSb和AlSb中时不会有p型特性的出现，并且作为本发明制备方法中的最优实施例，Si在本实施例中的掺杂浓度也明显提高了InAs帽层的掺杂水平，使欧姆接触点阻更小，降低了晶体管功耗，有利于减小寄生电容，提高频率。HfO2栅介质层的设计也使整个高电子迁移率晶体管漏电量更小。
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其浓度为3×10 cm ，生长过程中两种原子的束流比为1：10；第七步：保持560℃，开启Al、Sb源，保持Al：Sb原子束流比为1：5，保持560℃，开启Al、Sb源，保持Al：Sb原子束流比为1：5，在InAs沟道层上生长厚度为6nm上层AlSb势垒层，然后进行Si掺杂，掺杂浓度为2-5×1018，然后继续生长上层AlSb势垒层至15nm；第八步：保持560℃，开启In、Al、Sb源，保持In:Al:As三种原子束流比为15：5：2，在上层AlSb势垒层上生长In：Al：As元素比为1：1：2，厚度为6nm的InAlAs空穴阻挡层；第九步：保持560℃的温度，在InAlAs空穴阻挡层上生长厚度为4nm的InAs帽层，其中Si掺杂浓度为1×1019cm-3；第十步：光刻帽层并采用H3PO4、H2O2与去离子水按照体积比6：4：100混合，作为腐蚀液对样片进行湿法腐蚀，在帽层形成4nm深的槽；第十一步：采用ALD淀积法在样片表面淀积一层HfO2，HfO2厚度为5-10nm；具体为采用四乙基甲胺基铪为Hf原子的前驱体，H2O则作为O的前驱体；其一个循环的脉冲时间为先通入1s的四乙基甲胺基铪，然后通入2s的N2将淀积Hf基后残留的物质运送出去，再通入1s的H2O，接着通入2s的N2将残留的物质运送出去；我们可以通过控制循环的数量来生长不同厚度的HfO2介质，淀积温度245℃，压强2.3mbar，电极速率0.1nm/s。第十二步：对样片在氩气氛围中进行退火，
350℃，60s减少HfO2层缺陷；第十三步：光刻HfO2形成栅介质层，采用HF酸去除栅介质以外的HfO2层；第十四步：采用磁控溅射方法溅射金属接触层，金属接触层分为3层，分别为Ti、Pt、Au,首先溅射Ti层厚度为20nm，再溅射Pt层，厚度20nm，采用快速热退火工艺，使帽层和Ti层共熔，Ti层和Pt层形成合金，再溅射200nm厚度的Au，形成粘附性好，电阻率低的欧姆接触金属层；第十五步：光刻金属层并剥离，形成隔离栅结构的源极、漏极和栅极电极，其中剥离后氮气的环境下进行300℃退火，退火时间30s。该制备方法中在AlSb/InAs异质结上再淀积一层InAs，然后在InAs插入层中掺入Si，这样有效克服了Te源蒸发要求MBE腔内达到很高的蒸气压，不能被广泛应用的缺陷，并且使Si掺入GaSb和AlSb中时不会有p型特性的出现，并且Si在本实施例中的掺杂浓度也保证了InAs帽层的掺杂水平的提高，使欧姆接触点阻更小，降低了晶体管功耗，有利于减小寄生电容，提高频率。HfO2栅介质层的设计也使整个高电子迁移率晶体管漏电量更小。
骤：第一步：对n型GaAs半绝缘衬底样片进行清洗；具体包括(a)将掺杂浓度为l x 10 cm的高掺杂n型4H-SiC衬底样片在NH4OH+H2O2试剂浸泡样品10min，取出后烘干，以去除样品表面有机残余物；(b)将去除表面有机残余物后的样片再使用HCl+H2O2试剂浸泡样品10min，取出后烘干，以去除离子污染物；(c)使用浓度为5％的HF溶液浸泡样品3min，去除表面氧化层，再放入去离子水中超声清洗5min。第二步：将清洗后的样片放入MBE生长室中，在As气氛中升温至680℃进行脱氧处理，并继续升温至720℃保持5min，除去生长室中的氧化物，停止升温；第三步：当温度降为680℃，开启Ga、As源，在去除氧化层的衬底上生长150nm厚的GaAS外延层；第四步：当温度降至640℃时，在GaAs外延层上生长Al：Ga：Sb的组分比为7：3：10，厚度为600nm的AlGaSb缓冲层；第五步：当温度降至560℃时，在AlGaSb的缓冲层上生长厚度为
70nm的下层AlSb势垒层，在距离表面5-10nm处进行Si掺杂，其浓度为0.5×1018；第六步：当温度降至560℃时，在AlSb势垒层上生长厚度为12nm的InAs沟道层，在沟道层中进行Si掺杂，其浓度为1×1017cm-3，生长过程中两种原子的束流比为1：10；第七步：保持560℃，开启Al、Sb源，保持Al：Sb原子束流比为1：5，保持560℃，开启Al、Sb源，保持Al：Sb原子束流比为
1：5，在InAs沟道层上生长厚度为5nm上层AlSb势垒层，然后进行Si掺杂，掺杂浓度为2-5×
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10 ，然后继续生长上层AlSb势垒层至15nm；；第八步：保持560℃，开启In、Al、Sb源，保持In:
Al:As三种原子束流比为15：5：2，在上层AlSb势垒层上生长In：Al：As元素比为1：1：2，厚度为6nm的InAlAs空穴阻挡层；第九步：保持560℃的温度，在InAlAs空穴阻挡层上生长厚度为
4nm的InAs帽层，其中Si掺杂浓度为0.5×1019cm-3；第十步：光刻帽层并采用H3PO4、H2O2与去离子水按照体积比6：4：100混合，作为腐蚀液对样片进行湿法腐蚀，在帽层形成4nm深的槽；
第十一步：采用ALD淀积法在样片表面淀积一层HfO2，HfO2厚度为5-10nm；具体为采用四乙基甲胺基铪为Hf原子的前驱体，H2O则作为O的前驱体；其一个循环的脉冲时间为先通入1s的四乙基甲胺基铪，然后通入2s的N2将淀积Hf基后残留的物质运送出去，再通入1s的H2O，接着通入2s的N2将残留的物质运送出去；我们可以通过控制循环的数量来生长不同厚度的HfO2介质，淀积温度245℃，压强2.3mbar，电极速率0.1nm/s。第十二步：对样片在氩气氛围中进行退火，温度为350℃，时间为60s减少HfO2层缺陷；第十三步：光刻HfO2形成栅介质层，采用HF酸去除栅介质以外的HfO2层；第十四步：采用磁控溅射方法溅射金属接触层，金属接触层分为3层，分别为Ti、Pt、Au,首先溅射Ti层厚度为20nm，再溅射Pt层，厚度20nm，采用快速热退火工艺，使帽层和Ti层共熔，Ti层和Pt层形成合金，再溅射200nm厚度的Au，形成粘附性好，电阻率低的欧姆接触金属层；第十五步：光刻金属层并剥离，形成隔离栅结构的源极、漏极和栅极电极，其中剥离后氮气的环境下进行300℃退火，退火时间30s。该制备方法中在AlSb/InAs异质结上再淀积一层InAs，然后在InAs插入层中掺入Si，这样有效克服了Te源蒸发要求MBE腔内达到很高的蒸气压，不能被广泛应用的缺陷，并且使Si掺入GaSb和AlSb中时不会有p型特性的出现，并且Si在本实施例中的掺杂浓度也保证了InAs帽层的掺杂水平的提高，使欧姆接触点阻更小，降低了晶体管功耗，有利于减小寄生电容，提高频率。HfO2栅介质层的设计也使整个高电子迁移率晶体管漏电量更小。
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