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。

氮化鎵晶體管能夠形成高濃度、高遷移率的二維電子氣溝道，同時對二維電子氣溝道具有良好的調節作用，因此成為功率器件中的研究熱點。

但是，現有的氮化鎵晶體管中，高勢壘導致器件的歐姆接觸電阻較大，影響器件的整體性能。

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，用以解決現有技術中氮化鎵晶體管的歐姆接觸電阻較大導致器件性能較差的技術問題。

本發明提供一種氮化鎵晶體管制造方法，包括：

在硅襯底的表面上方形成未摻雜的氮化鎵層，在所述未摻雜的氮化鎵層的表面上方形成氮化鎵鋁層；

在所述氮化鎵鋁層的表面上方沉積一層氮化硅，形成介質層；

對所述介質層、所述氮化鎵鋁層和所述未摻雜的氮化鎵層進行刻蝕，形成漏極接觸孔和源極接觸孔；

在所述漏極接觸孔和源極接觸孔中再生長出n型摻雜的氮化鎵層，并在所述漏極接觸孔中的n型摻雜的氮化鎵層的上方形成漏極，在所述源極接觸孔中的n型摻雜的氮化鎵層的上方形成源極。

如上所述的方法，在所述漏極接觸孔和源極接觸孔中再生長出n型摻雜的氮化鎵層，包括：

在所述漏極接觸孔中、所述源極接觸孔中以及所述介質層的上方再生長出n型摻雜的氮化鎵層；

在所述n型摻雜的氮化鎵層位于所述漏極接觸孔和所述源極接觸孔之間的部分區域上方涂抹光刻膠；

在光刻膠的阻擋下對所述n型摻雜的氮化鎵層進行刻蝕，并在刻蝕完成后去除光刻膠，露出部分所述介質層。

如上所述的方法，在所述漏極接觸孔中的n型摻雜的氮化鎵層的上方形成漏極，在所述源極接觸孔中的n型摻雜的氮化鎵層的上方形成源極，包括：

在所述n型摻雜的氮化鎵層的表面上方以及所述介質層的表面上方淀積歐姆接觸金屬層；

對所述歐姆接觸金屬層位于所述介質層上方的區域上涂抹光刻膠；

在光刻膠的阻擋下對所述歐姆接觸金屬層進行刻蝕，并在刻蝕完后去除光刻膠，僅保留位于所述n型摻雜的氮化鎵層上方的歐姆接觸金屬層。

位于所述漏極接觸孔上方的歐姆接觸金屬層形成漏極，位于所述源極接觸孔上方的歐姆接觸金屬層形成源極。

如上所述的方法，在所述n型摻雜的氮化鎵層的表面上方以及所述介質層的表面上方淀積歐姆接觸金屬層，包括：

采用磁控濺射鍍膜工藝，在所述n型摻雜的氮化鎵的表面上方以及所述介質層的表面上方沉積金屬鈦層；

在所述金屬鈦層的上方沉積金屬鉑層；

其中，所述金屬鈦層以及所述金屬鉑層形成所述歐姆接觸金屬層。

如上所述的方法，在所述漏極接觸孔中的n型摻雜的氮化鎵層的上方形成漏極，在所述源極接觸孔中的n型摻雜的氮化鎵層的上方形成源極之后，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，在所述漏極接觸孔中的n型摻雜的氮化鎵層的上方形成漏極，在所述源極接觸孔中的n型摻雜的氮化鎵層的上方形成源極之 后，還包括：

對所述介質層、所述氮化鎵鋁層進行刻蝕，形成柵極接觸孔；

在所述柵極接觸孔中沉積一層氮化硅，形成柵介質；

在所述柵介質上形成柵極。

如上所述的方法，在所述柵介質上形成柵極，包括：

采用磁控濺射鍍膜工藝，在所述柵介質和所述介質層上沉積金屬鎳層，在所述金屬鎳層上沉積金屬金層；

對所述金屬金層和金屬鎳層進行光刻、刻蝕，僅保留部分金屬金層和金屬鎳層，從而形成柵極。

本發明還提供一種氮化鎵晶體管，包括：硅襯底、設置在所述硅襯底上方的未摻雜的氮化鎵層、設置在所述為摻雜的氮化鎵層上方的氮化鎵鋁層以及設置在所述氮化鎵鋁層上方的介質層；

所述介質層中開設有源極接觸孔和漏極接觸孔，所述源極接觸孔和所述漏極接觸孔均穿過所述氮化鎵鋁層，且穿過部分所述未摻雜的氮化鎵層；

所述漏極接觸孔和源極接觸孔中均形成有n型摻雜的氮化鎵層，所述漏極接觸孔中的n型摻雜的氮化鎵層的上方形成有漏極，在所述源極接觸孔中的n型摻雜的氮化鎵層的上方形成有源極。

如上所述的氮化鎵晶體管，還包括：柵介質和柵極；

介質層中開設有柵極接觸孔，所述柵極接觸孔中形成有所述柵介質；

所述柵介質上方形成有所述柵極。

如上所述的氮化鎵晶體管，所述源極和漏極均包括一層金屬鈦層和設置在所述金屬鈦層上方的金屬鉑層；

所述柵極包括一層金屬鎳層和設置在所述金屬鎳層上方的金屬金層。

本發明提供的氮化鎵晶體管及其制造方法，通過在硅襯底的表面上方形成未摻雜的氮化鎵層，在所述未摻雜的氮化鎵層的表面上方形成氮化鎵鋁層，在所述氮化鎵鋁層的表面上方沉積一層氮化硅，形成介質層，對所述介質層、所述氮化鎵鋁層和所述未摻雜的氮化鎵層進行刻蝕，形成漏極接觸孔和源極接觸孔，在所述漏極接觸孔和源極接觸孔中再生長出n型摻雜的氮化鎵層，并在所述漏極接觸孔中的n型摻雜的氮化鎵層的上方形成 漏極，在所述源極接觸孔中的n型摻雜的氮化鎵層的上方形成源極，在器件上電之后，由于未摻雜的氮化鎵層與源極之間、未摻雜的氮化鎵層與漏極之間存在n型摻雜的氮化鎵層，能夠減小歐姆接觸電阻，增加器件電流，提高器件的整體性能。

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形成介質層之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漏極接觸孔和源極接觸孔之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源極和漏極的方法流程圖；

圖5為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管制造方法中去除部分n型摻雜的氮化鎵層后的器件結構示意圖；

圖6為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管制造方法中去除部分歐姆接觸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柵極接觸孔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介質后的器件結構示意圖；

圖9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-未摻雜的氮化鎵層3-氮化鎵鋁層

4-介質層5-漏極接觸孔6-源極接觸孔

7-n型摻雜的氮化鎵層8-漏極9-源極

10-柵極接觸孔11-柵介質12-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，本實施例中的方法，可以包括：

步驟101、在硅襯底1的表面上方形成未摻雜的氮化鎵層2，在所述未摻雜的氮化鎵層2的表面上方形成氮化鎵鋁層3。

步驟102、在所述氮化鎵鋁層3的表面上方沉積一層氮化硅，形成介質層4。

圖2為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管制造方法中形成介質層4之后的器件結構示意圖。

如圖2所示，可以在硅襯底1的表面上方沉積一層氮化鎵，不摻雜任何雜質，就形成了所述未摻雜的氮化鎵層2。在所述為摻雜的氮化鎵層表面上方沉積一層氮化鎵鋁(algan)，就形成了所述氮化鎵鋁層3，所述氮化鎵鋁層3可以作為器件的勢壘層。在所述氮化鎵鋁層3的表面上方沉積一層氮化硅(si3n4)，就形成了所述介質層4。

步驟103、對所述介質層4、所述氮化鎵鋁層3和所述未摻雜的氮化鎵層2進行刻蝕，形成漏極接觸孔5和源極接觸孔6。

具體地，可以采用干法刻蝕對所述介質層4進行刻蝕，刻蝕出漏極接觸孔5和源極接觸孔6，所述漏極接觸孔5和所述源極接觸孔6可以穿過所述介質層4，同時穿過所述介質層4下方的氮化鎵鋁層3，并部分穿過所述氮化鎵鋁層3下方的未摻雜的氮化鎵層2。

進一步的，在步驟103之后，所述方法還可以包括：對所述漏極接觸孔5和所述源極接觸孔6進行表面處理，具體地，可以采用dhf+sc1+sc2的方法對所述漏極接觸孔5和所述源極接觸孔6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。

通過dhf+sc1+sc2的方法對所述漏極接觸孔5和所述源極接觸孔6的表面進行清洗，能夠去除所述漏極接觸孔5與所述源極接觸孔6中的雜質，提高器件整體性能。

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漏極接觸孔5和源極接觸孔6之后的器件結構示意圖。如圖3所示，在進行刻蝕時，介質層4和氮化鎵鋁層3被完全刻穿，未摻雜的氮化鎵層2被部分刻蝕。

步驟104、在所述漏極接觸孔5和源極接觸孔6中再生長出n型摻雜的氮化鎵層7，并在所述漏極接觸孔5中的n型摻雜的氮化鎵層7的上方形成漏極8，在所述源極接觸孔6中的n型摻雜的氮化鎵層7的上方形成源極9。

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源極9和漏極8的方法流程圖。如圖4所示，本實施例中的步驟104可以具體包括：

步驟1041、在所述漏極接觸孔5中、所述源極接觸孔6中以及所述介質層4的上方再生長出n型摻雜的氮化鎵層7。

由于所述漏極接觸孔5和所述源極接觸孔6的底面均為氮化鎵，因此，可以采用再生長的方式在所述漏極接觸孔5中、所述源極接觸孔6中以及所述介質層4上方形成n型摻雜的氮化鎵層7。其中，n型摻雜的氮化鎵層7為摻雜了n型離子的氮化鎵層。n型離子可以為磷等。

具體地，在所述漏極接觸孔5中、所述源極接觸孔6中和所述介質層4上方再生長出n型摻雜的氮化鎵層7，可以有多種實現方法。例如，可以首先在器件表面再生長出未摻雜的氮化鎵，然后通過離子注入的方式形成n型摻雜的氮化鎵層7；或者，可以采用其它處理方式在器件表面直接生成n型摻雜的氮化鎵層7，本實施例對此不作限制。

步驟1042、在所述n型摻雜的氮化鎵層7位于所述漏極接觸孔5和所述源極接觸孔6之間的部分區域上方涂抹光刻膠。

在器件表面生成n型摻雜的氮化鎵層7之后，由于所述漏極接觸孔5中、所述源極接觸孔6中以及所述介質層4上方均有所述n型摻雜的氮化鎵層7，而制作源極9和漏極8只需要用到源區和漏區的n型摻雜的氮化鎵層7，因此，需要對當前的n型摻雜的氮化鎵層7進行光刻刻蝕。

具體地，可以在所述n型摻雜的氮化鎵層7位于所述漏極接觸孔5和所述源極接觸孔6之間的部分區域上方涂抹光刻膠，也就是位于所述介質層4上方的部分區域上涂抹光刻膠。

步驟1043、在光刻膠的阻擋下對所述n型摻雜的氮化鎵層7進行刻蝕，并在刻蝕完成后去除光刻膠，露出部分所述介質層4。

圖5為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管制造方法中去除部分n型摻雜的氮化鎵層7后的器件結構示意圖。如圖5所示，在源極接觸孔6和漏極接觸孔5之間、位于所述介質層4上方的部分n型摻雜的氮化鎵層7被刻蝕掉，僅保留了源極接觸孔6中及其附近、漏極接觸孔5及其附近的n型摻雜的氮化鎵層7。

這樣，通過步驟1041至步驟1043就得到了在所述漏極接觸孔5和源極接觸孔6中的n型摻雜的氮化鎵層7，為后續源極9和漏極8的制備提供了條件。

步驟1044、在所述n型摻雜的氮化鎵層7的表面上方以及所述介質層4的表面上方淀積歐姆接觸金屬層。

具體地，本步驟中的在所述n型摻雜的氮化鎵層7的表面上方以及所述介質層4的表面上方淀積歐姆接觸金屬層，可以包括：

采用磁控濺射鍍膜工藝，在所述n型摻雜的氮化鎵的表面上方以及所述介質層4的表面上方沉積金屬鈦層；在所述金屬鈦層的上方沉積金屬鉑層；其中，所述金屬鈦層以及所述金屬鉑層形成所述歐姆接觸金屬層。

這樣，就在器件表面形成了一層歐姆接觸金屬層。采用非合金的金屬鈦和金屬鉑作為歐姆接觸金屬，能夠有效減小器件的歐姆接觸電阻。

步驟1045、對所述歐姆接觸金屬層位于所述介質層4上方的區域上涂抹光刻膠。

步驟1046、在光刻膠的阻擋下對所述歐姆接觸金屬層進行刻蝕，并在刻蝕完后去除光刻膠，僅保留位于所述n型摻雜的氮化鎵層7上方的歐姆接觸金屬層。

圖6為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管制造方法中去除部分歐姆接觸金屬層后的器件結構示意圖。如圖6所示，位于介質層4上方的歐姆接觸金屬層被去除了，僅保留了位于n型摻雜的氮化鎵層7上方的歐姆接 觸金屬層。

其中，位于所述漏極接觸孔5上方的歐姆接觸金屬層形成漏極8，位于所述源極接觸孔6上方的歐姆接觸金屬層形成源極9。這樣，通過步驟,1044至步驟1046，器件的漏極8和源極9制作完成了。

進一步的，在所述漏極接觸孔5中的n型摻雜的氮化鎵層7的上方形成漏極8，在所述源極接觸孔6中的n型摻雜的氮化鎵層7的上方形成源極9之后，所述方法還可以包括：在氮氣的條件下，采用840℃的退火溫度進行30s的退火工藝。退火后的所述歐姆接觸金屬層能夠形成良好的歐姆接觸。

進一步的，在所述漏極接觸孔5中的n型摻雜的氮化鎵層7的上方形成漏極8，在所述源極接觸孔6中的n型摻雜的氮化鎵層7的上方形成源極9之后，還可以通過如下方法生成器件的柵極12：

首先，對所述介質層4、所述氮化鎵鋁層3進行刻蝕，形成柵極接觸孔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柵極接觸孔10后的器件結構示意圖。如圖7所示，在刻蝕所述柵極接觸孔10時，所述介質層4被刻穿，所述氮化鎵鋁層3被部分刻蝕。

在形成柵極接觸孔10后，可以采用鹽酸清洗所述柵極接觸孔10，去除柵極接觸孔10內的雜質。

然后，在所述柵極接觸孔10中沉積一層氮化硅，形成柵介質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介質11后的器件結構示意圖。如圖8所示，所述柵介質11的上表面低于所述介質層4的上表面。

最后，在所述柵介質11上形成柵極12。具體地，可以采用磁控濺射鍍膜工藝，在所述柵介質11和所述介質層4上沉積金屬鎳層，在所述金屬鎳層上沉積金屬金層；對所述金屬金層和金屬鎳層進行光刻、刻蝕，僅保留部分金屬金層和金屬鎳層，從而形成柵極12。

圖9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12后的器件結構示意圖。如圖9所示，所述柵極12可以呈“t”字形。

本實施例提供的氮化鎵晶體管制造方法，通過在硅襯底1的表面上方形成未摻雜的氮化鎵層2，在所述未摻雜的氮化鎵層2的表面上方形成氮 化鎵鋁層3，在所述氮化鎵鋁層3的表面上方沉積一層氮化硅，形成介質層4，對所述介質層4、所述氮化鎵鋁層3和所述未摻雜的氮化鎵層2進行刻蝕，形成漏極接觸孔5和源極接觸孔6，在所述漏極接觸孔5和源極接觸孔6中再生長出n型摻雜的氮化鎵層7，并在所述漏極接觸孔5中的n型摻雜的氮化鎵層7的上方形成漏極8，在所述源極接觸孔6中的n型摻雜的氮化鎵層7的上方形成源極9，在器件上電之后，由于未摻雜的氮化鎵層2與源極9之間、未摻雜的氮化鎵層2與漏極8之間存在n型摻雜的氮化鎵層7，能夠減小歐姆接觸電阻，增加器件電流，提高器件的整體性能。

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9。如圖9所示，本實施例中的氮化鎵晶體管，可以包括：

硅襯底1、設置在所述硅襯底1上方的未摻雜的氮化鎵層2、設置在所述為摻雜的氮化鎵層上方的氮化鎵鋁層3以及設置在所述氮化鎵鋁層3上方的介質層4；

所述介質層4中開設有源極接觸孔6和漏極接觸孔5，所述源極接觸孔6和所述漏極接觸孔5均穿過所述氮化鎵鋁層3，且穿過部分所述未摻雜的氮化鎵層2；

所述漏極接觸孔5和源極接觸孔6中均形成有n型摻雜的氮化鎵層7，所述漏極接觸孔5中的n型摻雜的氮化鎵層7的上方形成有漏極8，在所述源極接觸孔6中的n型摻雜的氮化鎵層7的上方形成有源極9。

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，包括硅襯底1、設置在所述硅襯底1上方的未摻雜的氮化鎵層2、設置在所述為摻雜的氮化鎵層上方的氮化鎵鋁層3以及設置在所述氮化鎵鋁層3上方的介質層4，所述介質層4中開設有源極接觸孔6和漏極接觸孔5，所述源極接觸孔6和所述漏極接觸孔5均穿過所述氮化鎵鋁層3，且穿過部分所述未摻雜的氮化鎵層2，所述漏極接觸孔5和源極接觸孔6中均形成有n型摻雜的氮化鎵層7，所述漏極 接觸孔5中的n型摻雜的氮化鎵層7的上方形成有漏極8，在所述源極接觸孔6中的n型摻雜的氮化鎵層7的上方形成有源極9，在器件上電之后，由于未摻雜的氮化鎵層2與源極9之間、未摻雜的氮化鎵層2與漏極8之間存在n型摻雜的氮化鎵層7，能夠減小歐姆接觸電阻，增加器件電流，提高器件的整體性能。

在上述實施例提供的技術方案的基礎上，優選的是，所述氮化鎵晶體管，還可以包括：柵介質11和柵極12；

介質層4中開設有柵極接觸孔10，所述柵極接觸孔10中形成有所述柵介質11；

所述柵介質11上方形成有所述柵極12。

在上述實施例提供的技術方案的基礎上，優選的是，所述源極9和漏極8均包括一層金屬鈦層和設置在所述金屬鈦層上方的金屬鉑層；

所述柵極12包括一層金屬鎳層和設置在所述金屬鎳層上方的金屬金層。

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。