增強型氮化鎵晶體管的制造方法與流程

本發明實施例涉及半導體器件制造技術領域，尤其涉及一種增強型氮化鎵晶體管的制造方法。

背景技術：

隨著高效完備的功率轉換電路及系統需求的日益增加，具有低功耗和高速特性的功率器件吸引了越來越多的關注。由于氮化鎵具有較寬的禁帶寬度，高電子飽和漂移速率，較高的擊穿場強，良好的熱穩定性，耐腐蝕和抗輻射性能，所以氮化鎵在高壓、高頻、高溫、大功率和抗輻照環境條件下具有較強的優勢。是國際上廣泛關注的新型寬禁帶化合物半導體材料。而氮化鎵晶體管由于鋁鎵氮/氮化鎵異質結處形成高濃度、高遷移率的二維電子氣，同時異質結對二維電子氣具有良好的調節作用，使其在大功率和高速電子設備等方面有廣泛的應用。

對于增強型氮化鎵晶體管的制造，刻蝕技術是采用氯基反應離子刻蝕的干刻技術或者是電感耦合等離子體刻蝕技術，然而，這些方法對刻蝕后的溝道表面會造成很嚴重的損傷，對閾值電壓、擊穿電壓方面有很大影響，使器件的耐壓性能降低。

技術實現要素：

本發明實施例提供一種增強型氮化鎵晶體管的制造方法，通過濕法刻蝕柵極接觸孔，降低了刻蝕對溝道表面的損傷，有利于實現更高的閾值電壓和擊穿電壓，提高了晶體管器件的耐壓性能。

本發明實施例提供一種增強型氮化鎵晶體管的制造方法，包括：

在氮化鎵外延基底的表面上依次生長氮化硅鈍化層和peteos氧化層，其中，所述氮化鎵外延基底包括由下而上依次設置的硅襯底層、氮化鎵緩沖 層和氮化鎵鋁勢壘層；

制造所述晶體管的第一歐姆接觸電極和第二歐姆接觸電極；

對制造所述第一歐姆接觸電極和所述第二歐姆接觸電極后的晶體管進行退火處理；

對所述第一歐姆接觸電極和所述第二歐姆接觸電極之間的預設區域內的氮化硅鈍化層和peteos氧化層進行干法刻蝕處理，形成開孔；

通過所述開孔，對所述氮化鎵鋁勢壘層進行濕法刻蝕，形成柵極接觸孔；

在所述柵極接觸孔內以及晶體管表面上，沉積柵極金屬層；

對所述柵極金屬層進行光刻，刻蝕，形成柵極。

其中，所述退火處理的溫度為840攝氏度，所述退火處理的時間為30秒，所述退火處理在氮氣氛圍中。

具體地，所述制造所述晶體管的第一歐姆接觸電極和第二歐姆接觸電極，包括：

干法刻蝕左右兩側部分區域的氮化硅鈍化層和peteos氧化層，分別形成第一歐姆接觸孔和第二歐姆接觸孔；

在所述第一歐姆接觸孔內、所述第二歐姆接觸孔內以及晶體管表面上，沉積歐姆電極金屬層；

對所述歐姆電極金屬層進行光刻，刻蝕，形成所述第一歐姆接觸電極和所述第二歐姆接觸電極。

進一步地，所述在所述第一歐姆接觸孔內、所述第二歐姆接觸孔內以及晶體管表面上，沉積歐姆電極金屬層之前，還包括：

依次采用dhf溶液，sc1溶液和sc2溶液對所述第一歐姆接觸孔和第二歐姆接觸孔進行清洗處理。

具體地，所述在所述第一歐姆接觸孔內、所述第二歐姆接觸孔內以及晶體管表面上，沉積歐姆電極金屬層，包括：

采用磁控濺射鍍膜工藝，在所述第一歐姆接觸孔內、所述第二歐姆接觸孔內以及晶體管表面上，依次沉積鈦層、鋁層、鈦層、氮化鈦層，形成所述歐姆電極金屬層。

其中，所述鈦層、鋁層、鈦層、氮化鈦層的厚度分別是：

具體地，所述通過所述開孔，對所述氮化鎵鋁勢壘層進行濕法刻蝕，形成柵極接觸孔，包括：

通過所述開孔，采用過氧化氫和氫氧化鉀的混合溶液對所述氮化鎵鋁勢壘層進行濕法刻蝕，形成所述柵極接觸孔。

具體地，所述在所述柵極接觸孔內以及晶體管表面上，沉積柵極金屬層，包括：

采用磁控濺射鍍膜工藝，在所述柵極接觸孔內以及所述柵極接觸孔周圍預設區域的peteos氧化層表面上，依次沉積鎳層和金層，形成所述柵極金屬層。

進一步地，所述在所述柵極接觸孔內以及晶體管表面上，沉積柵極金屬層之前，還包括：

采用鹽酸溶液，對所述柵極接觸孔進行清洗。

本發明實施例提供的增強型氮化鎵晶體管的制造方法，在氮化鎵外延基底的表面上依次生長氮化硅鈍化層和peteos氧化層后，制造晶體管的第一歐姆接觸電極和第二歐姆接觸電極；在制造晶體管的柵極時，首先對第一歐姆接觸電極和第二歐姆接觸電極之間的預設區域內的氮化硅鈍化層和peteos氧化層進行干法刻蝕處理，形成開孔，再透過該開孔，對下面的氮化鎵鋁勢壘層進行濕法刻蝕，形成柵極接觸孔，從而通過在柵極接觸孔內以及晶體管表面上沉積柵極金屬層，對柵極金屬層進行光刻，刻蝕，以形成柵極。通過濕法刻蝕柵極接觸孔，降低了刻蝕對溝道表面的損傷，有利于實現更高的閾值電壓和擊穿電壓，提高了晶體管器件的耐壓性能。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明增強型氮化鎵晶體管的制造方法實施例一的流程圖；

圖2為執行步驟101后的增強型氮化鎵晶體管的剖面示意圖；

圖3為本發明實施例一提供的增強型氮化鎵晶體管的制造方法中制造 歐姆接觸電極的流程圖；

圖4為執行步驟102a后的增強型氮化鎵晶體管的剖面示意圖；

圖5為執行步驟102c后的增強型氮化鎵晶體管的剖面示意圖；

圖6為執行步驟102d后的增強型氮化鎵晶體管的剖面示意圖；

圖7為執行步驟105后的增強型氮化鎵晶體管的剖面示意圖；

圖8為執行步驟108后的增強型氮化鎵晶體管的剖面示意圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

圖1為本發明增強型氮化鎵晶體管的制造方法實施例一的流程圖，如圖1所示，該方法包括以下步驟：

步驟101，在氮化鎵外延基底的表面上依次生長氮化硅鈍化層和peteos氧化層。

圖2為執行步驟101后的增強型氮化鎵晶體管的剖面示意圖，如圖2中所示，氮化鎵外延基底包括由下而上依次設置的硅襯底層11、氮化鎵緩沖層12和氮化鎵鋁勢壘層13。在氮化鎵鋁勢壘層13表面上依次生長氮化硅鈍化層14和peteos氧化層15。

步驟102，制造晶體管的第一歐姆接觸電極和第二歐姆接觸電極。

下面結合圖3所示實施例，對上述第一歐姆接觸電極和第二歐姆接觸電極的制造過程進行說明，圖3為本發明實施例一提供的增強型氮化鎵晶體管的制造方法中制造歐姆接觸電極的流程圖。

如圖3所示，該晶體管的歐姆接觸電極的制作過程包括：

步驟102a，干法刻蝕左右兩側部分區域的氮化硅鈍化層和peteos氧化層，分別形成第一歐姆接觸孔和第二歐姆接觸孔。

圖4為執行步驟102a后的增強型氮化鎵晶體管的剖面示意圖，如圖4所示，第一歐姆接觸孔和第二歐姆接觸孔分別以16和17表示。實際上，第一 歐姆接觸孔和第二歐姆接觸孔分別作為源極接觸孔和漏極接觸孔，第一歐姆接觸孔和第二歐姆接觸孔與源極接觸孔和漏極接觸孔的對應關系不做具體限定。

本實施例中，采用干法刻蝕工藝分別刻蝕左右兩側部分區域的氮化硅鈍化層和peteos氧化層，形成第一歐姆接觸孔16和第二歐姆接觸孔17，第一歐姆接觸孔16和第二歐姆接觸孔179對稱，第一歐姆接觸孔16和第二歐姆接觸孔17的尺寸相同，第一歐姆接觸孔16和第二歐姆接觸孔17的截面為矩形，在第一歐姆接觸孔16和第二歐姆接觸孔17的底部為氮化鎵鋁勢壘層13的上表面。

步驟102b，依次采用dhf溶液，sc1溶液和sc2溶液對第一歐姆接觸孔和第二歐姆接觸孔進行清洗處理。

本實施例中，dhf溶液為稀釋的氫氟酸溶液。首先采用dhf溶液對第一歐姆接觸孔16和第二歐姆接觸孔17下方的氮化鎵鋁勢壘層13表面進行清洗處理，dhf溶液與氮化鎵鋁勢壘層13表面的自然氧化膜反應，以腐蝕掉氮化硅鈍化層14表面的自然氧化膜。

其中，氮化鎵鋁勢壘層13表面的自然氧化膜可以為氧化鋁，氧化鎵等氧化膜。

然后，采用sc1溶液對第一歐姆接觸孔16和第二歐姆接觸孔17下方的氮化鎵鋁勢壘層13表面進行清洗處理。

本實施例中，sc1溶液為由氫氧化氨、過氧化氫和水混合而成的溶液。sc1溶液與氮化鎵鋁勢壘層13表面的顆粒、有機物和金屬雜質反應，以去除掉氮化鎵鋁勢壘層13表面的顆粒、有機物和金屬雜質。

最后，采用sc2溶液對第一歐姆接觸孔16和第二歐姆接觸孔17下方的氮化鎵鋁勢壘層13表面進行清洗處理。

本實施例中，sc2溶液為由氯化氫、過氧化氫和水混合而成的溶液。sc2溶液與氮化鎵鋁勢壘層13表面的原子和離子雜質反應，以去除掉氮化鎵鋁勢壘層13表面的原子和離子雜質。

步驟102c，在第一歐姆接觸孔內、第二歐姆接觸孔內以及晶體管表面上，沉積歐姆電極金屬層。

圖5為執行步驟102c后的增強型氮化鎵晶體管的剖面示意圖，如圖5所 示，本實施例中，在第一歐姆接觸孔16內、第二歐姆接觸孔17內，以及晶體管表面上，即第一歐姆接觸孔16上方、第二歐姆接觸孔17上方及peteos氧化層15上方沉積歐姆電極金屬層18。

具體地，采用磁控濺射鍍膜工藝，在第一歐姆接觸孔16內、第二歐姆接觸孔17內以及晶體管表面上，依次沉積鈦層、鋁層、鈦層、氮化鈦層，形成歐姆電極金屬層18。

其中，鈦層的厚度為200埃鋁層的厚度為氮化鈦層的厚度為即依次沉積的鈦層、鋁層、鈦層、氮化鈦層的厚度分別是：

步驟102d，對歐姆電極金屬層進行光刻，刻蝕，形成第一歐姆接觸電極和第二歐姆接觸電極。

圖6為執行步驟102d后的增強型氮化鎵晶體管的剖面示意圖，如圖6所示，本實施例中，對peteos氧化層15上方的中間區域的歐姆電極金屬層18進行光刻，刻蝕后，在peteos氧化層15上方左側保留的歐姆電極金屬層、第一歐姆接觸孔16中的歐姆電極金屬層形成第一歐姆接觸電極19，在peteos氧化層15上方右側保留的歐姆電極金屬層、第二歐姆接觸孔17中的歐姆電極金屬層18形成第二歐姆接觸電極20，其中，第一歐姆接觸電極19可以作為源極，第二歐姆接觸電極20可以作為漏極。

步驟103，對制造第一歐姆接觸電極和第二歐姆接觸電極后的晶體管進行退火處理。

優選地，本實施例中，對制造歐姆接觸電極后的增強型氮化鎵晶體管進行退火處理時，退火處理的溫度為840攝氏度，退火處理的時間為30秒，退火處理在氮氣氛圍中，以使氮化鎵鋁勢壘層13和歐姆電極金屬層18之間形成更好的歐姆接觸。

本實施例中，在制造歐姆接觸電極時，形成了歐姆電極金屬層18。對制造歐姆接觸電極后的晶體管進行退火處理時，歐姆電極金屬層18中的金屬向氮化鎵鋁勢壘層13擴散，與氮化鎵鋁發生反應，氮化鎵鋁勢壘層13中的氮向歐姆電極金屬層18擴散，形成大量n空位，在退火溫度和退火時間達到形成歐姆接觸要求時，在氮化鎵鋁勢壘層13和歐姆電極金屬層18之間形成歐姆接觸。

本實施例中，退火處理的溫度和時間為達到形成歐姆接觸要求的溫度和時間，并不以上述舉例為限。

在形成源極和漏極之后，即在制造完成第一歐姆接觸電極19和第二歐姆接觸電極20之后，進行如下的柵極制造過程。

步驟104，對第一歐姆接觸電極和第二歐姆接觸電極之間的預設區域內的氮化硅鈍化層和peteos氧化層進行干法刻蝕處理，形成開孔。

步驟105，通過該開孔，對氮化鎵鋁勢壘層進行濕法刻蝕，形成柵極接觸孔。

圖7為執行步驟105后的增強型氮化鎵晶體管的剖面示意圖，如圖7所示，本實施例中，首先采用干法刻蝕工藝刻蝕中間部分區域，即第一歐姆接觸電極19和第二歐姆接觸電極20之間部分區域的氮化硅鈍化層14和peteos氧化層15，形成開孔。實際中，該開孔的尺寸可以小于第一歐姆接觸孔16或第二歐姆接觸孔18的尺寸。在該開孔內采用濕法刻蝕工藝刻蝕氮化鎵鋁勢壘層13，形成柵極接觸孔21。其中，柵極接觸21孔的截面形狀為矩形。

具體地，本實施例中，通過上述開孔，采用過氧化氫和氫氧化鉀的混合溶液對氮化鎵鋁勢壘層13進行濕法刻蝕，形成柵極接觸孔21。

通過該濕法刻蝕氮化鎵鋁勢壘層13，使得形成的柵極接觸孔21的表面損傷很少，對于實現增強型氮化鎵晶體管的高閾值電壓、高擊穿電壓性能有利。

步驟106，采用鹽酸溶液，對柵極接觸孔進行清洗。

本實施例中，可選的，為了保證后續制作的柵極性能更佳可靠，在進行柵極金屬層的沉積前，使用鹽酸溶液，對柵極接觸孔21進行清洗，可以有效去除柵極接觸孔21中的雜質。

步驟107，在柵極接觸孔內以及晶體管表面上，沉積柵極金屬層。

步驟108，對柵極金屬層進行光刻，刻蝕，形成柵極。

圖8為執行步驟108后的增強型氮化鎵晶體管的剖面示意圖，本實施例中，可以采用磁控濺射鍍膜工藝，在柵極接觸孔21內以及晶體管表面上，依次沉積鎳層和金層，形成柵極金屬層。進而對peteos氧化層15上方的柵極金屬層進行光刻，刻蝕后，保留柵極接觸孔21上方及周圍的柵極金屬 層。使柵極接觸孔21上方及周圍保留的柵極金屬層、柵極接觸孔21中的柵極金屬層形成柵極22。

本實施例中，對柵極金屬層進行光刻的過程包括：涂膠、曝光、顯影的操作。

本實施例中，在制造完增強型氮化鎵晶體管的源極、漏極和柵極后，還包括對增強型氮化鎵晶體管進行后續其他操作，這些操作與現有技術相同，在此不再一一贅述。

通過以上方案，在氮化鎵外延基底的表面上依次生長氮化硅鈍化層和peteos氧化層后，制造晶體管的第一歐姆接觸電極和第二歐姆接觸電極；在制造晶體管的柵極時，首先對第一歐姆接觸電極和第二歐姆接觸電極之間的預設區域內的氮化硅鈍化層和peteos氧化層進行干法刻蝕處理，形成開孔，再透過該開孔，對下面的氮化鎵鋁勢壘層進行濕法刻蝕，形成柵極接觸孔，從而通過在柵極接觸孔內以及晶體管表面上沉積柵極金屬層，對柵極金屬層進行光刻，刻蝕，以形成柵極。通過濕法刻蝕柵極接觸孔，降低了刻蝕對溝道表面的損傷，有利于實現更高的閾值電壓和擊穿電壓，提高了晶體管器件的耐壓性能。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的范圍。