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。

雖然氮化鎵晶體管具有寬禁帶和高電子遷移率等特點，但氮化鎵晶體管中鋁鎵氮/氮化鎵異質結的陷阱在柵極漏電和擊穿電壓方面有很大影響，使器件的性能降低。

技術實現要素：

本發明實施例提供一種氮化鎵晶體管的制造方法，移除了柵極金屬和鋁鎵氮界面附近的淺陷阱，減少了器件的柵極漏電現象，改善了器件的擊穿電壓，提高了器件的性能。

本發明實施例提供一種氮化鎵晶體管的制造方法，包括：

在硅襯底上依次生長氮化鎵緩沖層及鋁鎵氮勢壘層；

在所述鋁鎵氮勢壘層上沉積氮化硅介質層；

制造所述氮化鎵晶體管的歐姆接觸電極；

對制造所述歐姆接觸電極后的氮化鎵晶體管進行第一退火處理；

制造所述氮化鎵晶體管的柵極；

對制造所述柵極后的氮化鎵晶體管進行第二退火處理。

進一步地，如上所述的方法，所述第一退火處理的溫度為840攝氏度，所述第一退火處理的時間為30秒，所述第一退火處理在氮氣氛圍中。

進一步地，如上所述的方法，所述第二退火處理的溫度為400攝氏度，所述第二退火處理的時間為20分鐘，所述第二退火處理在氮氣氛圍中。

進一步地，如上所述的方法，所述制造所述氮化鎵晶體管的歐姆接觸電極，具體包括：

刻蝕左右兩側部分區域的氮化硅介質層，分別形成第一歐姆接觸孔和第二歐姆接觸孔；

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下方的鋁鎵氮勢壘層表面進行清洗處理；

在所述第一歐姆接觸孔內、所述第二歐姆接觸孔內、所述第一歐姆接觸孔上方、所述第二歐姆接觸孔上方及所述氮化硅介質層上方沉積歐姆電極金屬層；

對所述氮化硅介質層上方的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。

進一步地，如上所述的方法，所述制造所述氮化鎵晶體管的柵極，具體包括：

刻蝕中間部分區域的氮化硅介質層，形成介質層開孔，在所述介質層開孔內刻蝕部分鋁鎵氮勢壘層，形成柵極接觸孔；

在所述柵極接觸孔內、所述柵極接觸孔上方及所述氮化硅介質層上方沉積柵極金屬層；

對所述氮化硅介質層上方的柵極金屬層進行光刻，刻蝕，形成柵極。

進一步地，如上所述的方法，所述在所述第一歐姆接觸孔內、所述第二歐姆接觸孔內、所述第一歐姆接觸孔上方、所述第二歐姆接觸孔上方及所述氮化硅介質層上方沉積歐姆電極金屬層具體包括：

在所述第一歐姆接觸孔內、所述第二歐姆接觸孔內、所述第一歐姆接觸孔上方、所述第二歐姆接觸孔上方及所述氮化硅介質層上方采用磁控濺射鍍 膜工藝依次沉積鈦層，鋁層，鈦層及氮化鈦層，以形成歐姆電極金屬層。

進一步地，如上所述的方法，所述鈦層的厚度為200埃，所述鋁層的厚度為1200埃，所述氮化鈦層的厚度為200埃。

進一步地，如上所述的方法，所述在所述柵極接觸孔內、所述柵極接觸孔上方及所述氮化硅介質層上方沉積柵極金屬層具體包括：

在所述柵極接觸孔內、所述柵極接觸孔上方及所述歐姆接觸電極之間的氮化硅介質層上方采用磁控濺射鍍膜工藝依次沉積鎳層和金層，以形成柵極金屬層。

本發明實施例提供一種氮化鎵晶體管的制造方法，通過在硅襯底上依次生長氮化鎵緩沖層及鋁鎵氮勢壘層；在鋁鎵氮勢壘層上沉積氮化硅介質層；制造氮化鎵晶體管的歐姆接觸電極；對制造歐姆接觸電極后的氮化鎵晶體管進行第一退火處理；制造氮化鎵晶體管的柵極；對制造柵極后的氮化鎵晶體管進行第二退火處理。移除了柵極金屬和鋁鎵氮界面附近的淺陷阱，減少了器件的柵極漏電現象，改善了器件的擊穿電壓，提高了器件的性能。

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為本發明氮化鎵晶體管的制造方法實施例一的流程圖；

圖2為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管的制造方法中在硅襯底上依次生長氮化鎵緩沖層及鋁鎵氮勢壘層后的結構示意圖；

圖3為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管的制造方法中在鋁鎵氮勢壘層上沉積氮化硅介質層后的結構示意圖；

圖4為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管的制造方法中制造氮化鎵晶體管的歐姆接觸電極后的結構示意圖；

圖5為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管的制造方法中制造氮化鎵晶體管的柵極后的結構示意圖；

圖6為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管的制造方法中制造氮化鎵晶 體管的歐姆接觸電極的流程圖；

圖7為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管的制造方法中形成第一歐姆接觸孔和第二歐姆接觸孔后的結構示意圖；

圖8為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管的制造方法中沉積歐姆電極金屬層后的結構示意圖；

圖9為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管的制造方法中制造氮化鎵晶體管的柵極的流程圖；

圖10為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管的制造方法中形成柵極接觸孔后的結構示意圖。

附圖標記：

1-硅襯底2-氮化鎵緩沖層3-鋁鎵氮勢壘層

4-氮化硅介質層5-第一歐姆接觸電極6-第二歐姆接觸電極

7-柵極8-第一歐姆接觸孔9-第二歐姆接觸孔

10-歐姆電極金屬層11-柵極接觸孔

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為本發明氮化鎵晶體管的制造方法實施例一的流程圖，如圖1所示，本實施例提供的氮化鎵晶體管的制造方法包括以下步驟。

步驟101，在硅襯底1上依次生長氮化鎵緩沖層2及鋁鎵氮勢壘層3。

具體地，圖2為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管的制造方法中在硅襯底上依次生長氮化鎵緩沖層及鋁鎵氮勢壘層后的結構示意圖，如圖2所示，本實施例中，首先采用外延生長的工藝在硅襯底1上生長氮化鎵緩沖層2，然后采用外延生長的工藝在氮化鎵緩沖層2上生長鋁鎵氮勢壘層3。

步驟102，在鋁鎵氮勢壘層3上沉積氮化硅介質層4。

具體地，圖3為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管的制造方法中在鋁鎵氮勢壘層上沉積氮化硅介質層后的結構示意圖，如圖3所示，本實施例中，采用化學氣相沉積的工藝在鋁鎵氮勢壘層3上沉積氮化硅介質層4。

步驟103，制造氮化鎵晶體管的歐姆接觸電極。

具體地，圖4為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管的制造方法中制造氮化鎵晶體管的歐姆接觸電極后的結構示意圖，如圖4所示，本實施例中，在沉積氮化硅介質層4后形成的圖案上，制造氮化鎵晶體管的歐姆接觸電極，歐姆接觸電極包括：第一歐姆接觸電極5和第二歐姆接觸電極6。第一歐姆接觸電極5可以源極，第二歐姆接觸電極6可以為漏極。

本實施例中，制造氮化鎵晶體管的歐姆接觸電極時，包括對氮化硅介質層進行刻蝕形成歐姆接觸孔，沉積歐姆電極金屬層，對歐姆電極金屬層進行光刻、刻蝕等操作。

步驟104，對制造歐姆接觸電極后的氮化鎵晶體管進行第一退火處理。

本實施例中，制造歐姆接觸電極時，形成歐姆電極金屬層。對制造歐姆接觸電極后的氮化鎵晶體管進行第一退火處理時，歐姆電極金屬層中的金屬向鋁鎵氮勢壘層擴散，與鋁鎵氮發生反應，鋁鎵氮勢壘層中的氮向歐姆電極金屬層擴散，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，在鋁鎵氮勢壘層和歐姆電極金屬層之間形成歐姆接觸。

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。

步驟105，制造氮化鎵晶體管的柵極7。

具體地，圖5為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管的制造方法中制造氮化鎵晶體管的柵極后的結構示意圖，如圖5所示，本實施例中，在對制造歐姆接觸電極后的氮化鎵晶體管進行第一退火處理后的在沉積氮化硅介質層4后形成的圖案上，制造氮化鎵晶體管的柵極7，在制造氮化鎵晶體管的柵極7時包括形成柵極接觸孔，沉積柵極金屬層，對柵極金屬層進行刻蝕等。

步驟106，對制造柵極7后的氮化鎵晶體管進行第二退火處理。

本實施例中，第二退火處理的溫度和時間為移除柵極金屬和鋁鎵氮界面附近的淺陷阱要求的溫度和時間。

本實施例中，對制造柵極7后的氮化鎵晶體管進行第二退火處理，退火 時促進電荷進入淺陷阱中，對淺陷阱進行填充，陷阱不再俘獲溝道中的電子，達到減少器件的柵極漏電現象，改善器件的擊穿電壓的效果。

本實施例中，在制造氮化鎵晶體管的源極、漏極和柵極后，還包括對氮化鎵晶體管后續其他操作，這些操作與現有技術相同，在此不再一一贅述。

本實施例提供的氮化鎵晶體管的制造方法，通過在硅襯底上依次生長氮化鎵緩沖層及鋁鎵氮勢壘層；在鋁鎵氮勢壘層上沉積氮化硅介質層；制造氮化鎵晶體管的歐姆接觸電極；對制造歐姆接觸電極后的氮化鎵晶體管進行第一退火處理；制造氮化鎵晶體管的柵極；對制造柵極后的氮化鎵晶體管進行第二退火處理。移除了柵極金屬和鋁鎵氮界面附近的淺陷阱，減少了器件的柵極漏電現象，改善了器件的擊穿電壓，提高了器件的性能。

進一步地，圖6為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管的制造方法中制造氮化鎵晶體管的歐姆接觸電極的流程圖，如圖6所示，本實施例提供的氮化鎵晶體管的制造方法中，步驟103中制造氮化鎵晶體管的歐姆接觸電極具體包括如下幾個步驟。

步驟103a，刻蝕左右兩側部分區域的氮化硅介質層，分別形成第一歐姆接觸孔8和第二歐姆接觸孔9。

具體地，圖7為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管的制造方法中形成第一歐姆接觸孔和第二歐姆接觸孔后的結構示意圖，如圖7所示，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介質層，形成第一歐姆接觸孔8和第二歐姆接觸孔9，刻蝕掉的左側部分區域的氮化硅介質層形成第一歐姆接觸孔8，刻蝕掉的右側部分區域的氮化硅介質層形成第一歐姆接觸孔9，第一歐姆接觸孔8和第二歐姆接觸孔9對稱，第一歐姆接觸孔8和第二歐姆接觸孔9的尺寸相同，第一歐姆接觸孔8和第二歐姆接觸孔9的截面為矩形，在第一歐姆接觸孔8和第二歐姆接觸孔9的底部為鋁鎵氮勢壘層3的上表面。

步驟103b，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下方的鋁鎵氮勢壘層表面進行清洗處理。

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和第二歐姆接觸孔下方的鋁鎵氮勢壘層表面進行清洗處理，dhf溶液與鋁鎵氮勢壘層3表面的自然氧化膜反應，以腐蝕掉鋁鎵氮勢壘層 表面的自然氧化膜。

其中，鋁鎵氮勢壘層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和第二歐姆接觸孔下方的鋁鎵氮勢壘層表面進行清洗處理。

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溶液與鋁鎵氮勢壘層表面的顆粒、有機物和金屬雜質反應，以去除掉鋁鎵氮勢壘層表面的顆粒、有機物和金屬雜質。

最后，采用sc2溶液對第一歐姆接觸孔和第二歐姆接觸孔下方的鋁鎵氮勢壘層表面進行清洗處理。

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溶液與鋁鎵氮勢壘層表面的原子和離子雜質反應，以去除掉鋁鎵氮勢壘層表面的原子和離子雜質。

步驟103c，在第一歐姆接觸孔8內、第二歐姆接觸孔9內、第一歐姆接觸孔8上方、第二歐姆接觸孔9上方及氮化硅介質層4上方沉積歐姆電極金屬層10。

進一步地，圖8為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管的制造方法中沉積歐姆電極金屬層后的結構示意圖，如圖8所示，本實施例中，在第一歐姆接觸孔8內、第二歐姆接觸孔9內、第一歐姆接觸孔8上方、第二歐姆接觸孔9上方及氮化硅介質層4上方沉積歐姆電極金屬層具體包括：

在第一歐姆接觸孔8內、第二歐姆接觸孔9內、第一歐姆接觸孔8上方、第二歐姆接觸孔9上方及氮化硅介質層4上方采用磁控濺射鍍膜工藝依次沉積鈦層，鋁層，鈦層及氮化鈦層，以形成歐姆電極金屬層。

其中，鈦層的厚度為200埃，鋁層的厚度為1200埃，氮化鈦層的厚度為200埃。

步驟103d，對氮化硅介質層4上方的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。

本實施例中，對氮化硅介質層4上方的中間區域的歐姆電極金屬層進行光刻，刻蝕后，在氮化硅介質層4上方左側保留的歐姆電極金屬層、第一歐姆接觸孔中的歐姆電極金屬層形成第一歐姆接觸電極5，在氮化硅介質層4 上方右側保留的歐姆電極金屬層、第二歐姆接觸孔中的歐姆電極金屬層形成第二歐姆接觸電極6，其中，第一歐姆接觸電極5為源極，第二歐姆接觸電極6為漏極。

優選地，本實施例中，步驟104中，對制造歐姆接觸電極后的氮化鎵晶體管進行第一退火處理時，第一退火處理的溫度為840攝氏度，第一退火處理的時間為30秒，第一退火處理在氮氣氛圍中。

本實施例中，第一退火處理的溫度為840攝氏度，第一退火處理的時間為30秒，第一退火處理在氮氣氛圍中，使鋁鎵氮勢壘層和歐姆電極金屬層之間形成更好的歐姆接觸。

進一步地，圖9為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管的制造方法中制造氮化鎵晶體管的柵極的流程圖，如圖9所示，本實施例中，步驟105中制造氮化鎵晶體管的柵極可分為以下幾個步驟。

步驟105a，刻蝕中間部分區域的氮化硅介質層，形成介質層開孔，在介質層開孔內刻蝕部分鋁鎵氮勢壘層，形成柵極接觸孔11。

具體地，圖10為本發明實施例一提供的氮化鎵晶體管的制造方法中形成柵極接觸孔后的結構示意圖，如圖10所示，本實施例中，采用干法刻蝕工藝刻蝕中間部分區域的氮化硅介質層，形成介質層開孔，介質層開孔的尺寸可以小于第一歐姆接觸孔8或第二歐姆接觸孔9的尺寸。在介質層開孔內采用干法刻蝕工藝刻蝕部分鋁鎵氮勢壘層，形成柵極接觸孔。其中，刻蝕的部分鋁鎵氮勢壘層的周圍尺寸與介質層開孔的周圍尺寸相等。柵極接觸孔的截面形狀為矩形。

步驟105b，在柵極接觸孔11、柵極接觸孔11上方及氮化硅介質層上方沉積柵極金屬層。

進一步地，本實施例中，在柵極接觸孔11、柵極接觸孔11上方及氮化硅介質層上方沉積柵極金屬層具體包括：

在柵極接觸孔11、柵極接觸孔11上方及歐姆接觸電極之間的氮化硅介質層上方采用磁控濺射鍍膜工藝依次沉積鎳層和金層，以形成柵極金屬層。

步驟105c，對氮化硅介質層4上方的柵極金屬層進行光刻，刻蝕，形成柵極7。

如圖5所示，本實施例中，對氮化硅介質層上方的柵極金屬層進行光 刻，刻蝕后，保留柵極接觸孔上方及周圍的柵極金屬層。使柵極接觸孔11上方及周圍保留的柵極金屬層、柵極接觸孔中的柵極金屬層形成柵極7。

本實施例中，對氮化硅介質層上方的柵極金屬層進行光刻的過程包括：涂膠、曝光、顯影的操作。

優選地，本實施例提供的氮化鎵晶體管的制造方法中，步驟106中，對制造柵極后的氮化鎵晶體管進行第二退火處理時，第二退火處理的溫度為400攝氏度，第二退火處理的時間為20分鐘，第二退火處理在氮氣氛圍中。

本實施例中，對制造柵極后的氮化鎵晶體管進行第二退火處理時，第二退火處理的溫度為400攝氏度，第二退火處理的時間為20分鐘，第二退火處理在氮氣氛圍中，能夠使柵極金屬和鋁鎵氮界面附近的淺陷阱充分移除，進一步減少了器件的柵極漏電現象，改善了器件的擊穿電壓，提高了器件的性能。

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。