氮化鎵晶體管及其制造方法與流程

本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種氮化鎵晶體管及其制造方法。

背景技術：

氮化鎵(gan)是第三代寬禁帶半導體材料，由于其具有大禁帶寬度、高電子飽和速率、高擊穿電場、較高熱導率、耐腐蝕和抗輻射的性能，其應用在高壓、高頻、高溫、大功率和抗輻照環境條件下具有較強的優勢，被認為是短波光電子器件和高壓高頻率大功率器件的最佳材料。因此，氮化鎵晶體管已經成為功率器件中的研究熱點。

但是，現有技術中的氮化鎵晶體管都是常開型的，為了滿足實際應用需求，使氮化鎵晶體管與傳統的大功率晶體管兼容，研制常關型氮化鎵晶體管是非常必要的。

技術實現要素：

本發明提供一種氮化鎵晶體管及其制造方法，用以制造常關型氮化鎵晶體管，彌補現有技術的不足。

本發明提供一種氮化鎵晶體管制造方法，包括：

在勢壘層表面上方形成p型摻雜的氮化鎵鋁層，其中，所述p型摻雜的氮化鎵鋁層的寬度小于所述勢壘層的寬度；

在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層的兩側、所述勢壘層的表面上方，沉積保護層；

在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層兩側的保護層中，分別開設接觸孔；

在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層兩側的所述接觸孔中分別形成源極和漏極；

在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層上方形成柵極。

如上所述的方法，在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層的兩側、所述勢壘層的表面上方，沉積保護層，包括：

在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層的兩側、所述勢壘層的表面上方，沉積一層氮化硅鈍化層，所述氮化硅鈍化層的高度小于所述p型摻雜的氮化鎵鋁層的高度；

在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層的兩側、所述氮化硅鈍化層的表面上方，沉積一層peteos氧化層；

其中，所述氮化硅鈍化層和所述peteos氧化層形成所述保護層。

如上所述的方法，在勢壘層表面形成p型摻雜的氮化鎵鋁層之前，還包括：

在硅襯底上形成未摻雜的氮化鎵層；

在所述未摻雜的氮化鎵層上形成未摻雜的氮化鎵鋁層作為所述勢壘層。

如上所述的方法，在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層兩側的所述接觸孔中分別形成源極和漏極，包括：

對所述接觸孔進行金屬沉積前的表面處理；

采用磁控濺射鍍膜工藝，在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層上方、所述保護層以及所述接觸孔中沉積歐姆電極金屬層；

采用光刻工藝對所述歐姆電極金屬層進行刻蝕，形成源極和漏極。

如上所述的方法，采用磁控濺射鍍膜工藝，在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層上方、所述保護層以及所述接觸孔中沉積歐姆電極金屬層，包括：

采用磁控濺射鍍膜工藝，在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層上方、所述保護層以及所述接觸孔中沉積第一金屬鈦層，所述第一金屬鈦層的厚度為200埃；

在所述第一金屬鈦層上沉積金屬鋁層，所述金屬鋁層的厚度為1200埃；

在所述金屬鋁層上沉積第二金屬鈦層，所述第二金屬鈦層的厚度為200埃；

在所述第二金屬鈦層上沉積氮化鈦層，所述氮化鈦層的厚度為200埃；

其中，所述第一金屬鈦層、所述金屬鋁層、所述第二金屬鈦層以及所 述氮化鈦層形成所述歐姆電極金屬層。

如上所述的方法，在采用磁控濺射鍍膜工藝，在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層上方、所述保護層以及所述接觸孔中沉積歐姆電極金屬層之后，還包括：

在氮氣的條件下，采用840℃的退火溫度進行30s的退火工藝。

如上所述的方法，在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層上方形成柵極，包括：

采用磁控濺射鍍膜工藝，在p型摻雜的氮化鎵鋁層的表面上淀積柵極金屬層；

在所述柵極金屬層的部分區域上涂抹光刻膠；

在光刻膠的阻擋下對所述柵極金屬層進行刻蝕，并在刻蝕完成后去除光刻膠，形成柵極；

其中，所述柵極的寬度小于所述p型摻雜的氮化鎵鋁層的寬度。

本發明還提供一種氮化鎵晶體管，包括：勢壘層、位于所述勢壘層上方的p型摻雜的氮化鎵鋁層以及設置在所述勢壘層上方、所述p型摻雜的氮化鎵鋁層兩層的保護層；

其中，所述p型摻雜的氮化鎵鋁層兩側的保護層中分別開設有接觸孔；

所述p型摻雜的氮化鎵鋁層一側的接觸孔中形成有源極，所述p型摻雜的氮化鎵鋁層另一側的接觸孔中形成有漏極；

所述p型摻雜的氮化鎵鋁層的上方形成有柵極。

如上所述的氮化鎵晶體管，所述保護層包括：氮化硅鈍化層和peteos氧化層；

所述氮化硅鈍化層位于所述p型摻雜的氮化鎵鋁層的兩側、所述勢壘層的上方，所述氮化硅鈍化層的高度小于所述p型摻雜的氮化鎵鋁層的高度；

所述peteos氧化層位于所述p型摻雜的氮化鎵鋁層的兩側、所述氮化硅鈍化層的上方。

如上所述的氮化鎵晶體管，還包括：硅襯底和未摻雜的氮化鎵層；

所述未摻雜的氮化鎵層位于所述硅襯底的上方；

所述勢壘層位于所述未摻雜的氮化鎵層的上方。

本發明提供的氮化鎵晶體管及其制造方法，通過在勢壘層表面上方形 成p型摻雜的氮化鎵鋁層，在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層的兩側、所述勢壘層的表面上方，沉積保護層，在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層兩側的保護層中，分別開設接觸孔，在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層兩側的所述接觸孔中分別形成源極和漏極，在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層上方形成柵極，能夠制造出常關型的氮化鎵晶體管，滿足實際應用需求，且上電后空穴可以從柵極注入到二維電子氣，引起電導調制效應，降低器件的導通電阻，從而降低器件的導通損耗，提升器件的整體性能。

附圖說明

圖1為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管制造方法的流程圖；

圖2為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管制造方法中在勢壘層表面形成p型摻雜的氮化鎵鋁層后的器件結構示意圖；

圖3為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管制造方法中形成氮化硅鈍化層和peteos氧化層后的器件結構示意圖；

圖4為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管制造方法中形成接觸孔后的器件結構示意圖；

圖5為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管制造方法中形成源極和漏極的方法流程圖；

圖6為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管制造方法中形成歐姆電極金屬層后的器件結構示意圖；

圖7為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管制造方法中形成源極和漏極后的器件結構示意圖；

圖8為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管制造方法中形成柵極后的器件結構示意圖。

附圖標記：

1-硅襯底2-氮化鎵層3-勢壘層

4-p型摻雜的氮化鎵鋁層5-氮化硅鈍化層6-peteos氧化層

7-接觸孔8-歐姆電極金屬層9-源極

10-漏極11-柵極

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作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。

實施例一

本發明實施例一提供一種氮化鎵晶體管制造方法。圖1為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管制造方法的流程圖。如圖1所示，本實施例中的氮化鎵晶體管制造方法，可以包括：

步驟101、在勢壘層3表面上方形成p型摻雜的氮化鎵鋁層4，其中，所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4的寬度小于所述勢壘層3的寬度。

所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4為摻雜了p型離子的氮化鎵鋁(algan)層。p型離子可以包括但不限于：三價元素硼、銦、鎵等。所摻雜的p型離子的濃度可以根據實際需要來確定。所述勢壘層3為一層未摻雜的氮化鎵鋁層。

圖2為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管制造方法中在勢壘層3表面形成p型摻雜的氮化鎵鋁層4后的器件結構示意圖。如圖2所示，在所述勢壘層3的下方還設置有氮化鎵(gan)層2和硅(si)襯底1。

具體地，在步驟101之前，可以通過以下方法形成所述氮化鎵層2和勢壘層3：

在硅襯底1上形成未摻雜的氮化鎵層2；

在所述未摻雜的氮化鎵層2上形成未摻雜的氮化鎵鋁層作為所述勢壘層3。

步驟102、在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4的兩側、所述勢壘層3的表面上方，沉積保護層。

所述保護層用于對所述勢壘層3起到保護作用。所述保護層的高度可以等于或者小于所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4的高度。所述保護層位于所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4的左右兩側。

具體地，所述保護層可以包括氮化硅(si3n4)鈍化層5和peteos (peteosplasmaenhancedteos，正硅酸乙酯的等離子體增強)氧化層。相應的，本步驟中的在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4的兩側、所述勢壘層3的表面上方，沉積保護層，可以包括：

在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4的兩側、所述勢壘層3的表面上方，沉積一層氮化硅鈍化層5，所述氮化硅鈍化層5的高度低于所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4的高度；

在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4的兩側、所述氮化硅鈍化層5的表面上方，沉積一層peteos氧化層6，所述peteos氧化層6的高度低于所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4的高度。

圖3為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管制造方法中形成氮化硅鈍化層5和peteos氧化層6后的器件結構示意圖。如圖3所示，氮化硅鈍化層5和peteos氧化層6覆蓋在勢壘層3的上方，能夠對勢壘層3起到一定的保護作用。

當然，所述保護層可以不僅限于氮化硅鈍化層5和peteos氧化層6。在其它實施例中，還可以用其它物質代替氮化硅鈍化層5和peteos氧化層6作為保護層，本實施例對此不作限制。

步驟103、在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4兩側的保護層中，分別開設接觸孔7。

具體地，可以利用干法刻蝕所述保護層，從而在所述保護層中形成接觸孔7。圖4為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管制造方法中形成接觸孔7后的器件結構示意圖。如圖4所示，在保護層中刻蝕出了兩個接觸孔7，兩個所述接觸孔7分別位于所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4的兩側。

步驟104、在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4兩側的所述接觸孔7中分別形成源極9和漏極10。

圖5為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管制造方法中形成源極9和漏極10的方法流程圖。如圖5所示，步驟104可以具體包括：

步驟1041、對所述接觸孔7進行金屬沉積前的表面處理。

所述金屬沉積前的表面處理，可以包括：采用dhf+sc1+sc2的方法對所述接觸孔7的表面進行清洗，其中，dhf表示用稀氟氫酸清洗，sc1表示標準化第一步清洗，sc2表示標準化第二步清洗，三次清洗的時間均可 以設置在50s至80s之間。

步驟1042、采用磁控濺射鍍膜工藝，在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4上方、所述保護層以及所述接觸孔7中沉積歐姆電極金屬層8。

所述歐姆電極金屬層8可以包括四層介質，所述四層介質按照從下到上的順序依次為鈦(ti)、鋁(al)、鈦和氮化鈦(tin)。

具體地，在對所述接觸孔7進行表面處理之后，可以采用磁控濺射鍍膜工藝，在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4上方、所述保護層以及所述接觸孔7中沉積金屬鈦，形成第一金屬鈦層，所述第一金屬鈦層的厚度為200埃；

然后，在所述第一金屬鈦層上沉積金屬鋁，形成金屬鋁層，所述金屬鋁層的厚度為1200埃；

再次，在所述金屬鋁層上沉積金屬鈦，形成第二金屬鈦層，所述第二金屬鈦層的厚度為200埃；

最后，在所述第二金屬鈦層上沉積氮化鈦，形成氮化鈦層，所述氮化鈦層的厚度為200埃。

其中，所述第一金屬鈦層、所述金屬鋁層、所述第二金屬鈦層以及所述氮化鈦層構成了所述歐姆電極金屬層8。

圖6為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管制造方法中形成歐姆電極金屬層8后的器件結構示意圖。如圖6所示，所述歐姆電極金屬層8覆蓋在所述接觸孔7、所述peteos氧化層6以及所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4上方。

進一步地，在采用磁控濺射鍍膜工藝，在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4上方、所述保護層以及所述接觸孔7中沉積歐姆電極金屬層8之后，還可以對器件進行退火。

具體地，可以在氮氣的條件下，采用840℃的退火溫度進行30s的退火工藝。退火后的所述歐姆電極金屬層8能夠形成良好的歐姆接觸。

步驟1043、采用光刻工藝對所述歐姆電極金屬層8進行刻蝕，形成源極9和漏極10。

具體地，可以在所述歐姆電極金屬層8的部分區域的上方涂抹光刻膠，并在光刻膠的阻擋下對所述歐姆電極金屬層8進行刻蝕，僅保留位于所述 接觸孔7中的歐姆電極金屬層8，以形成所述源極9和漏極10。

圖7為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管制造方法中形成源極9和漏極10后的器件結構示意圖。如圖7所示，源極9和漏極10分別位于所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4的左右兩側。

綜上所述，通過上述步驟1041至步驟1043就形成了氮化鎵晶體管的源極9和漏極10。

步驟105、在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4上方形成柵極11。

具體地，可以采用磁控濺射鍍膜工藝，在p型摻雜的氮化鎵鋁層4的表面上淀積柵極金屬層，所述柵極金屬層可以包括一層設置在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4的表面上的金屬鎳(ni)層以及一層設置在所述金屬鎳層上的金屬金(au)層。

在形成所述柵極金屬層后，可以在所述柵極金屬層的部分區域上涂抹光刻膠，在光刻膠的阻擋下對所述柵極金屬層進行刻蝕，并在刻蝕完成后去除光刻膠，形成柵極11。

圖8為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管制造方法中形成柵極11后的器件結構示意圖。如圖8所示，所述柵極11的寬度可以小于所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4的寬度。

下面結合圖8描述依照本實施例提供的方法制造的氮化鎵晶體管的工作原理及有益效果。如圖8所示，在上電后，電流由漏極10流向源極9，由于所述氮化鎵晶體管采用p型柵極11，因此能夠抬高溝道勢壘，實現器件常關。此外，柵極11加正電壓后，p型摻雜的氮化鎵鋁層4中的大量空穴會進入下方的未摻雜的氮化鎵鋁層，即進入勢壘層3，溝道中的電子也會進入勢壘層3，從而電子和空穴相結合，減小柵極11下方的電阻，從而減小器件的整體導通電阻。

本實施例提供的氮化鎵晶體管制造方法，通過在勢壘層3表面上方形成p型摻雜的氮化鎵鋁層4，在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4的兩側、所述勢壘層3的表面上方，沉積保護層，在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4兩側的保護層中，分別開設接觸孔7，在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4兩側的所述接觸孔7中分別形成源極9和漏極10，在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4上方形成柵極11，能夠制造出常關型的氮化鎵晶體管，滿足實際應用 需求，且上電后空穴可以從柵極11注入到二維電子氣，引起電導調制效應，降低器件的導通電阻，從而降低器件的導通損耗，提升器件的整體性能。

實施例二

本發明實施例二提供一種氮化鎵晶體管。本實施例提供的氮化鎵晶體管的具體結構可以參照圖8。如圖8所示，本實施例中的氮化鎵晶體管，可以包括：

勢壘層3、位于所述勢壘層3上方的p型摻雜的氮化鎵鋁層4以及設置在所述勢壘層3上方、所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4兩層的保護層；

其中，所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4兩側的保護層中分別開設有接觸孔7；

所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4一側的接觸孔7中形成有源極9，所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4另一側的接觸孔7中形成有漏極10；

所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4的上方形成有柵極11。

具體地，本實施例中的氮化鎵晶體管，可以采用實施例一所述的方法制造而成，其具體實現原理和制造流程與實施例一類似，此處不再贅述。

本實施例提供的氮化鎵晶體管，在勢壘層3表面上方形成有p型摻雜的氮化鎵鋁層4，在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4的兩側、所述勢壘層3的表面上方，沉積有保護層，在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4兩側的保護層中，分別開設有接觸孔7，在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4兩側的所述接觸孔7中分別形成有源極9和漏極10，在所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4上方形成有柵極11，從而實現常關型的氮化鎵晶體管，滿足實際應用需求，且上電后空穴可以從柵極11注入到二維電子氣，引起電導調制效應，降低器件的導通電阻，從而降低器件的導通損耗，提升器件的整體性能。

在上述實施例提供的技術方案的基礎上，優選的是，所述保護層可以包括：氮化硅鈍化層5和peteos氧化層6；

所述氮化硅鈍化層5位于所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4的兩側、所述勢壘層3的上方，所述氮化硅鈍化層5的高度低于所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4的高度；

所述peteos氧化層6位于所述p型摻雜的氮化鎵鋁層4的兩側、所 述氮化硅鈍化層5的上方。

在上述實施例提供的技術方案的基礎上，優選的是，所述氮化鎵晶體管，還可以包括：硅襯底1和未摻雜的氮化鎵層2；

所述未摻雜的氮化鎵層2位于所述硅襯底1的上方；

所述勢壘層3位于所述未摻雜的氮化鎵層2的上方。

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。