本發(fā)明涉及半導(dǎo)體，更具體地，涉及一種低晶格失配mishemt界面緩沖層及其制備方法和含有其的mishemt器件。

背景技術(shù)：

1、氮化鎵(gan)作為第三代半導(dǎo)體材料體系中的一員，具有可調(diào)寬帶隙、高擊穿電場、高飽和速度等獨特的優(yōu)勢；同時，高電子遷移率晶體管(hemt)能有效發(fā)揮gan材料特性，實現(xiàn)高性能的高頻功率器件，使得gan基hemt成為了研究熱點。

2、根據(jù)柵極接觸結(jié)構(gòu)的不同，可以將gan基hemt器件分為兩類：一類是傳統(tǒng)的gan基hemt器件，采用肖特基柵接觸；另一類是gan基絕緣柵hemt器件，其在傳統(tǒng)的hemt器件結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，柵電極和氮化物半導(dǎo)體材料之間加入了一層絕緣材料，形成金屬-絕緣體-半導(dǎo)體高電子遷移率晶體管（mishemt）。

3、現(xiàn)有常規(guī)的mishemt器件如圖1和圖2所示，圖1所示的結(jié)構(gòu)中其無界面緩沖層結(jié)構(gòu)，直接在氮化物半導(dǎo)體（p-gan）與柵電極（gate）之間設(shè)置柵介電層（gate?dielectric），然而該結(jié)構(gòu)存在以下缺陷：由于柵介電層通常為非晶結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致單晶的p-gan與柵介電層接觸面的界面缺陷密度較高，進而會影響器件的電性。

4、因此，如何優(yōu)化p-gan與柵介電層接觸面的界面缺陷以提升gan?hemt器件電性是目的所要解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的目的之一在于提供一種低晶格失配mishemt界面緩沖層，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種低晶格失配mishemt界面緩沖層，所述界面緩沖層設(shè)置在柵介電層之下，所述界面緩沖層包括：

4、第一algan層；

5、第二algan層，所述第二algan層沉積在所述第一algan層的上表面；

6、第三algan層，所述第三algan層沉積在所述第二algan層的上表面；

7、aln層，所述aln層沉積在所述第三algan層和所述柵介電層之間；

8、所述第一algan層、所述第二algan層和所述第三algan層中al的含量依次增加。

9、本發(fā)明中，對于頂部設(shè)置有p-gan層的mishemt器件，界面緩沖層則設(shè)置在p-gan層與柵介電層之間；對于頂部沒有設(shè)置p-gan層的耗盡型mishemt器件；則界面緩沖層可直接設(shè)置在algan勢壘層與柵介電層之間，不管是p-gan層還是algan勢壘層，其組成中均包括gan。

10、通過在柵介電層下方設(shè)置aln層，aln與gan之間導(dǎo)帶相差高達1.8ev，aln做ganhemt?的界面緩沖層能夠有效降低泄漏電流。然而，由于aln與gan之間的晶格失配度較高，超過2.4%；對電子遷移率會產(chǎn)生直接影響；同時aln和gan的熱膨脹系數(shù)不同，后續(xù)退火可能在界面處產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致接觸質(zhì)量變差。

11、因此，本發(fā)明進一步在aln底部還設(shè)置三層algan緩沖層，三層algan中al含量從下到上依次增加，有效解決了aln與gan之間的晶格失配問題；且也可解決aln與gan之間的帶隙突變問題。

12、進一步地，所述第一algan層沉積在p-gan層的上表面；即優(yōu)選適用于在頂部設(shè)置有p-gan層的mishemt器件；

13、所述第一algan層中al的含量為5%-35%；所述第二algan層中al的含量為25%-65%；所述第三algan層中al的含量為55%-95%。

14、其中，p-gan即p型氮化鎵，是在氮化鎵（gan）中摻雜p型摻雜劑形成的材料；常用的p型摻雜劑是mg（鎂），此外，具有較小電離能的c、be、ca?摻雜劑在不同條件下也可達到p型摻雜效果，在此不做具體限制。

15、可選的，界面緩沖層中algan層的數(shù)量也可只設(shè)置兩層，或者四層甚至更多，以實現(xiàn)最低的界面缺陷。

16、進一步地，所述第一algan層中al與ga的原子比為3：7；所述第二algan層中al與ga的原子比為6：4；所述第三algan層中al與ga的原子比為9：1。

17、可選的，每層algan層中al與ga的原子比也可以進行調(diào)整，以實現(xiàn)最低的界面缺陷。

18、進一步地，所述第一algan層的厚度為0.5~1.5nm；所述第二algan層的厚度為0.5~1.5nm；所述第三algan層的厚度為1~2nm。

19、本發(fā)明的目的之二在于，提供上述所述低晶格失配mishemt界面緩沖層的制備方法，包括以下步驟：

20、1）在p-gan層上沉積形成第一algan層；

21、2）進行第一次退火處理；具體可以在沉積第一algan層時的每個超循環(huán)（cycle）后均進行一次退火處理，或者在整體沉積完成第一algan層后進行退火處理；

22、3）在第一algan層上沉積第二algan層；

23、4）進行第二次退火處理；具體可以在沉積第二algan層時的每個超循環(huán)（cycle）后均進行一次退火處理，或者在整體沉積完成第二algan層后進行退火處理；

24、5）在第二algan層上沉積形成第三algan層；

25、6）進行第三次退火處理；同樣的，具體可以在沉積第三algan層時的每個超循環(huán)（cycle）后均進行一次退火處理，或者在整體沉積完成第三algan層后進行退火處理；

26、7）在第三algan層上沉積形成aln層；

27、8）進行第四次退火處理；

28、9）在aln層上沉積形成柵介電層；

29、10）進行第五次退火處理，即得。

30、進一步地，步驟1）中，具體為利用ald沉積制備第一algan層，利用ald沉積第一algan層時，每個超循環(huán)包括依次進行2~5個gan循環(huán)、1~4個aln循環(huán)、2~4個gan，直至沉積得到所需厚度的第一algan層；

31、步驟3）中，具體為利用ald沉積制備第二algan層，利用ald沉積第二algan層時，每個超循環(huán)包括包括依次進行1~3個gan循環(huán)、4~7個aln循環(huán)、1~3個gan，直至沉積得到所需厚度的第二algan層；

32、步驟5）中，具體為利用ald沉積制備第三algan層，利用ald沉積第三algan層時，每個超循環(huán)包括依次進行1~4個gan循環(huán)、6~9個aln循環(huán)，直至得到所需厚度的第三algan層

33、進一步地，步驟1）中，具體為利用ald沉積制備第一algan層，利用ald沉積第一algan層時，每個超循環(huán)包括依次進行4個gan循環(huán)、3個aln循環(huán)、3個gan，直至沉積得到所需厚度的第一algan層；

34、步驟3）中，具體為利用ald沉積制備第二algan層，利用ald沉積第二algan層時，每個超循環(huán)包括包括依次進行2個gan循環(huán)、6個aln循環(huán)、2個gan，直至沉積得到所需厚度的第二algan層；

35、步驟5）中，具體為利用ald沉積制備第三algan層，利用ald沉積第三algan層時，每個超循環(huán)包括依次進行1個gan循環(huán)、9個aln循環(huán)，直至得到所需厚度的第三algan層。

36、可選的，每層algan中每個cycle可以靈活變化，如沉積第一algan層時，每個超循環(huán)包括依次3個gan+3個aln+4個gan；或者2個gan+3個aln+5個gan；直至沉積得到所需厚度的第一algan層；或者交替進行等等?？梢岳斫獾?，對于沉積第二algan層時，每個cycle也可進行調(diào)整，以實現(xiàn)最低的界面缺陷；只要保證第一algan層和第二algan層中每個cycle的首尾都是gan層即可。

37、進一步地，所述第一次退火處理、第二次退火處理和第三次退火處理具體為在ald腔內(nèi)原位原溫氮氣退火1-10min，或用氮等離子體處理5-600s，或同時進行。

38、步驟8）中，第四次退火處理可以是將樣品取出放置在外圍退火設(shè)備中高溫退火；具體退火溫度為400-800℃，退火環(huán)境為氮氣，退火時間為1-3小時。

39、步驟10）中，第五次退火處理為低溫退火處理，具體退火溫度為≤300℃，退火環(huán)境為空氣或真空，退火時間為≤1小時。

40、通過以上沉積方式，第一algan層和第二algan層中每個cycle的首尾都是gan層，這也是提升界面緩沖層的每層接觸質(zhì)量和晶格質(zhì)量的關(guān)鍵。

41、且三層algan層、aln層以及柵介電層均可由ald制備而成，簡化了制備方法，利于降低器件生產(chǎn)成本并提升生產(chǎn)效率。

42、本發(fā)明提供的制備方法，可以在三層algan層（第一algan層、第二algan層和第三algan層）、aln層之后都設(shè)置不同的退火處理工藝，退火優(yōu)化工藝更靈活，界面緩沖層整體質(zhì)量提升更明顯。

43、通過對界面緩沖層設(shè)置多次退火，可以有效調(diào)控每一層中元素擴散程度、晶格結(jié)構(gòu)等材料參數(shù)。

44、本發(fā)明的目的之三在于提供含有上述任一所述低晶格失配mishemt界面緩沖層的mishemt器件。

45、進一步地，所述器件包括由下至上依次設(shè)置的外延襯底層、外延緩沖層、gan溝道層、algan勢壘層，以及設(shè)置在所述algan勢壘層上的源電極、漏電極和p-gan層，所述源電極和所述漏電極分別位于所述p-gan層的左右兩側(cè)，所述p-gan層上設(shè)置所述界面緩沖層，所述界面緩沖層上表面設(shè)置柵介電層，所述柵介電層上設(shè)置柵電極。

46、進一步地，所述外延襯底材質(zhì)為硅片、藍寶石、gan、sic中的一種；所述柵介電層為ta2o5、al2o3、hfo2、sin中的一種或多種層疊得到。

47、進一步地，外延緩沖層、gan溝道層、algan勢壘層、p-gan層可以通過金屬有機化學(xué)氣相沉積（mocvd）、分子束外延（mbe）等外延方法制得，本發(fā)明不做具體限制。

48、進一步地，柵電極、源電極和漏電極的制備至少選用原子層沉積（ald）、磁控濺射、電子束蒸發(fā)和熱蒸發(fā)等方法中的一種方法。同時，不同電極之間可使用不同的制備方法。

49、進一步地，源電極、漏電極可以是金屬或?qū)щ娦粤己玫陌雽?dǎo)體材質(zhì)中的一種材料或多種材料疊層結(jié)構(gòu)，要求容易與algan之間形成良好的歐姆接觸。

50、進一步地，柵電極可以是金屬或?qū)щ娦粤己玫陌雽?dǎo)體材質(zhì)中的一種材料或多種材料疊層結(jié)構(gòu)，要求容易與柵介電層之間形成肖特基接觸。

51、本發(fā)明中，外延襯底層厚度為800um~1200um；外延緩沖層厚度為4000nm~6000nm；gan溝道層厚度為100nm~300nm；algan勢壘層厚度為5nm~50nm；p-gan層厚度為50nm~300nm；aln層厚度為1nm~10nm。

52、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：

53、（1）p-gan層、第一algan層、第二algan層、第三algan層、aln層相鄰材料之間的晶格失配度大幅降低，總體晶格失配度遠小于2.4%。

54、（2）p-gan層、第一algan層、第二algan層、第三algan層、aln層之間帶隙呈現(xiàn)階梯狀緩變結(jié)構(gòu)，有效減少能級排布突變引起的深能級缺陷。

55、（3）第一algan層、第二algan層、第三algan層、aln層長完后分別調(diào)控退火方式、退火溫度、退火氣氛和退火時間，退火條件更靈活，對界面修飾更優(yōu)。

56、（4）第一algan層和第二algan層中每個cycle的首尾為gan，退火時避免了cycle之間的缺陷產(chǎn)生。