增强型氮化镓晶体管的制造方法与流程

本发明实施例涉及半导体器件制造技术领域，尤其涉及一种增强型氮化镓晶体管的制造方法。

背景技术：

随着高效完备的功率转换电路及系统需求的日益增加，具有低功耗和高速特性的功率器件吸引了越来越多的关注。由于氮化镓具有较宽的禁带宽度，高电子饱和漂移速率，较高的击穿场强，良好的热稳定性，耐腐蚀和抗辐射性能，所以氮化镓在高压、高频、高温、大功率和抗辐照环境条件下具有较强的优势。是国际上广泛关注的新型宽禁带化合物半导体材料。而氮化镓晶体管由于铝镓氮/氮化镓异质结处形成高浓度、高迁移率的二维电子气，同时异质结对二维电子气具有良好的调节作用，使其在大功率和高速电子设备等方面有广泛的应用。

对于增强型氮化镓晶体管的制造，刻蚀技术是采用氯基反应离子刻蚀的干刻技术或者是电感耦合等离子体刻蚀技术，然而，这些方法对刻蚀后的沟道表面会造成很严重的损伤，对阈值电压、击穿电压方面有很大影响，使器件的耐压性能降低。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种增强型氮化镓晶体管的制造方法，通过湿法刻蚀栅极接触孔，降低了刻蚀对沟道表面的损伤，有利于实现更高的阈值电压和击穿电压，提高了晶体管器件的耐压性能。

本发明实施例提供一种增强型氮化镓晶体管的制造方法，包括：

在氮化镓外延基底的表面上依次生长氮化硅钝化层和peteos氧化层，其中，所述氮化镓外延基底包括由下而上依次设置的硅衬底层、氮化镓缓冲 层和氮化镓铝势垒层；

制造所述晶体管的第一欧姆接触电极和第二欧姆接触电极；

对制造所述第一欧姆接触电极和所述第二欧姆接触电极后的晶体管进行退火处理；

对所述第一欧姆接触电极和所述第二欧姆接触电极之间的预设区域内的氮化硅钝化层和peteos氧化层进行干法刻蚀处理，形成开孔；

通过所述开孔，对所述氮化镓铝势垒层进行湿法刻蚀，形成栅极接触孔；

在所述栅极接触孔内以及晶体管表面上，沉积栅极金属层；

对所述栅极金属层进行光刻，刻蚀，形成栅极。

其中，所述退火处理的温度为840摄氏度，所述退火处理的时间为30秒，所述退火处理在氮气氛围中。

具体地，所述制造所述晶体管的第一欧姆接触电极和第二欧姆接触电极，包括：

干法刻蚀左右两侧部分区域的氮化硅钝化层和peteos氧化层，分别形成第一欧姆接触孔和第二欧姆接触孔；

在所述第一欧姆接触孔内、所述第二欧姆接触孔内以及晶体管表面上，沉积欧姆电极金属层；

对所述欧姆电极金属层进行光刻，刻蚀，形成所述第一欧姆接触电极和所述第二欧姆接触电极。

进一步地，所述在所述第一欧姆接触孔内、所述第二欧姆接触孔内以及晶体管表面上，沉积欧姆电极金属层之前，还包括：

依次采用dhf溶液，sc1溶液和sc2溶液对所述第一欧姆接触孔和第二欧姆接触孔进行清洗处理。

具体地，所述在所述第一欧姆接触孔内、所述第二欧姆接触孔内以及晶体管表面上，沉积欧姆电极金属层，包括：

采用磁控溅射镀膜工艺，在所述第一欧姆接触孔内、所述第二欧姆接触孔内以及晶体管表面上，依次沉积钛层、铝层、钛层、氮化钛层，形成所述欧姆电极金属层。

其中，所述钛层、铝层、钛层、氮化钛层的厚度分别是：

具体地，所述通过所述开孔，对所述氮化镓铝势垒层进行湿法刻蚀，形成栅极接触孔，包括：

通过所述开孔，采用过氧化氢和氢氧化钾的混合溶液对所述氮化镓铝势垒层进行湿法刻蚀，形成所述栅极接触孔。

具体地，所述在所述栅极接触孔内以及晶体管表面上，沉积栅极金属层，包括：

采用磁控溅射镀膜工艺，在所述栅极接触孔内以及所述栅极接触孔周围预设区域的peteos氧化层表面上，依次沉积镍层和金层，形成所述栅极金属层。

进一步地，所述在所述栅极接触孔内以及晶体管表面上，沉积栅极金属层之前，还包括：

采用盐酸溶液，对所述栅极接触孔进行清洗。

本发明实施例提供的增强型氮化镓晶体管的制造方法，在氮化镓外延基底的表面上依次生长氮化硅钝化层和peteos氧化层后，制造晶体管的第一欧姆接触电极和第二欧姆接触电极；在制造晶体管的栅极时，首先对第一欧姆接触电极和第二欧姆接触电极之间的预设区域内的氮化硅钝化层和peteos氧化层进行干法刻蚀处理，形成开孔，再透过该开孔，对下面的氮化镓铝势垒层进行湿法刻蚀，形成栅极接触孔，从而通过在栅极接触孔内以及晶体管表面上沉积栅极金属层，对栅极金属层进行光刻，刻蚀，以形成栅极。通过湿法刻蚀栅极接触孔，降低了刻蚀对沟道表面的损伤，有利于实现更高的阈值电压和击穿电压，提高了晶体管器件的耐压性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明增强型氮化镓晶体管的制造方法实施例一的流程图；

图2为执行步骤101后的增强型氮化镓晶体管的剖面示意图；

图3为本发明实施例一提供的增强型氮化镓晶体管的制造方法中制造 欧姆接触电极的流程图；

图4为执行步骤102a后的增强型氮化镓晶体管的剖面示意图；

图5为执行步骤102c后的增强型氮化镓晶体管的剖面示意图；

图6为执行步骤102d后的增强型氮化镓晶体管的剖面示意图；

图7为执行步骤105后的增强型氮化镓晶体管的剖面示意图；

图8为执行步骤108后的增强型氮化镓晶体管的剖面示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明增强型氮化镓晶体管的制造方法实施例一的流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤101，在氮化镓外延基底的表面上依次生长氮化硅钝化层和peteos氧化层。

图2为执行步骤101后的增强型氮化镓晶体管的剖面示意图，如图2中所示，氮化镓外延基底包括由下而上依次设置的硅衬底层11、氮化镓缓冲层12和氮化镓铝势垒层13。在氮化镓铝势垒层13表面上依次生长氮化硅钝化层14和peteos氧化层15。

步骤102，制造晶体管的第一欧姆接触电极和第二欧姆接触电极。

下面结合图3所示实施例，对上述第一欧姆接触电极和第二欧姆接触电极的制造过程进行说明，图3为本发明实施例一提供的增强型氮化镓晶体管的制造方法中制造欧姆接触电极的流程图。

如图3所示，该晶体管的欧姆接触电极的制作过程包括：

步骤102a，干法刻蚀左右两侧部分区域的氮化硅钝化层和peteos氧化层，分别形成第一欧姆接触孔和第二欧姆接触孔。

图4为执行步骤102a后的增强型氮化镓晶体管的剖面示意图，如图4所示，第一欧姆接触孔和第二欧姆接触孔分别以16和17表示。实际上，第一 欧姆接触孔和第二欧姆接触孔分别作为源极接触孔和漏极接触孔，第一欧姆接触孔和第二欧姆接触孔与源极接触孔和漏极接触孔的对应关系不做具体限定。

本实施例中，采用干法刻蚀工艺分别刻蚀左右两侧部分区域的氮化硅钝化层和peteos氧化层，形成第一欧姆接触孔16和第二欧姆接触孔17，第一欧姆接触孔16和第二欧姆接触孔179对称，第一欧姆接触孔16和第二欧姆接触孔17的尺寸相同，第一欧姆接触孔16和第二欧姆接触孔17的截面为矩形，在第一欧姆接触孔16和第二欧姆接触孔17的底部为氮化镓铝势垒层13的上表面。

步骤102b，依次采用dhf溶液，sc1溶液和sc2溶液对第一欧姆接触孔和第二欧姆接触孔进行清洗处理。

本实施例中，dhf溶液为稀释的氢氟酸溶液。首先采用dhf溶液对第一欧姆接触孔16和第二欧姆接触孔17下方的氮化镓铝势垒层13表面进行清洗处理，dhf溶液与氮化镓铝势垒层13表面的自然氧化膜反应，以腐蚀掉氮化硅钝化层14表面的自然氧化膜。

其中，氮化镓铝势垒层13表面的自然氧化膜可以为氧化铝，氧化镓等氧化膜。

然后，采用sc1溶液对第一欧姆接触孔16和第二欧姆接触孔17下方的氮化镓铝势垒层13表面进行清洗处理。

本实施例中，sc1溶液为由氢氧化氨、过氧化氢和水混合而成的溶液。sc1溶液与氮化镓铝势垒层13表面的颗粒、有机物和金属杂质反应，以去除掉氮化镓铝势垒层13表面的颗粒、有机物和金属杂质。

最后，采用sc2溶液对第一欧姆接触孔16和第二欧姆接触孔17下方的氮化镓铝势垒层13表面进行清洗处理。

本实施例中，sc2溶液为由氯化氢、过氧化氢和水混合而成的溶液。sc2溶液与氮化镓铝势垒层13表面的原子和离子杂质反应，以去除掉氮化镓铝势垒层13表面的原子和离子杂质。

步骤102c，在第一欧姆接触孔内、第二欧姆接触孔内以及晶体管表面上，沉积欧姆电极金属层。

图5为执行步骤102c后的增强型氮化镓晶体管的剖面示意图，如图5所 示，本实施例中，在第一欧姆接触孔16内、第二欧姆接触孔17内，以及晶体管表面上，即第一欧姆接触孔16上方、第二欧姆接触孔17上方及peteos氧化层15上方沉积欧姆电极金属层18。

具体地，采用磁控溅射镀膜工艺，在第一欧姆接触孔16内、第二欧姆接触孔17内以及晶体管表面上，依次沉积钛层、铝层、钛层、氮化钛层，形成欧姆电极金属层18。

其中，钛层的厚度为200埃铝层的厚度为氮化钛层的厚度为即依次沉积的钛层、铝层、钛层、氮化钛层的厚度分别是：

步骤102d，对欧姆电极金属层进行光刻，刻蚀，形成第一欧姆接触电极和第二欧姆接触电极。

图6为执行步骤102d后的增强型氮化镓晶体管的剖面示意图，如图6所示，本实施例中，对peteos氧化层15上方的中间区域的欧姆电极金属层18进行光刻，刻蚀后，在peteos氧化层15上方左侧保留的欧姆电极金属层、第一欧姆接触孔16中的欧姆电极金属层形成第一欧姆接触电极19，在peteos氧化层15上方右侧保留的欧姆电极金属层、第二欧姆接触孔17中的欧姆电极金属层18形成第二欧姆接触电极20，其中，第一欧姆接触电极19可以作为源极，第二欧姆接触电极20可以作为漏极。

步骤103，对制造第一欧姆接触电极和第二欧姆接触电极后的晶体管进行退火处理。

优选地，本实施例中，对制造欧姆接触电极后的增强型氮化镓晶体管进行退火处理时，退火处理的温度为840摄氏度，退火处理的时间为30秒，退火处理在氮气氛围中，以使氮化镓铝势垒层13和欧姆电极金属层18之间形成更好的欧姆接触。

本实施例中，在制造欧姆接触电极时，形成了欧姆电极金属层18。对制造欧姆接触电极后的晶体管进行退火处理时，欧姆电极金属层18中的金属向氮化镓铝势垒层13扩散，与氮化镓铝发生反应，氮化镓铝势垒层13中的氮向欧姆电极金属层18扩散，形成大量n空位，在退火温度和退火时间达到形成欧姆接触要求时，在氮化镓铝势垒层13和欧姆电极金属层18之间形成欧姆接触。

本实施例中，退火处理的温度和时间为达到形成欧姆接触要求的温度和时间，并不以上述举例为限。

在形成源极和漏极之后，即在制造完成第一欧姆接触电极19和第二欧姆接触电极20之后，进行如下的栅极制造过程。

步骤104，对第一欧姆接触电极和第二欧姆接触电极之间的预设区域内的氮化硅钝化层和peteos氧化层进行干法刻蚀处理，形成开孔。

步骤105，通过该开孔，对氮化镓铝势垒层进行湿法刻蚀，形成栅极接触孔。

图7为执行步骤105后的增强型氮化镓晶体管的剖面示意图，如图7所示，本实施例中，首先采用干法刻蚀工艺刻蚀中间部分区域，即第一欧姆接触电极19和第二欧姆接触电极20之间部分区域的氮化硅钝化层14和peteos氧化层15，形成开孔。实际中，该开孔的尺寸可以小于第一欧姆接触孔16或第二欧姆接触孔18的尺寸。在该开孔内采用湿法刻蚀工艺刻蚀氮化镓铝势垒层13，形成栅极接触孔21。其中，栅极接触21孔的截面形状为矩形。

具体地，本实施例中，通过上述开孔，采用过氧化氢和氢氧化钾的混合溶液对氮化镓铝势垒层13进行湿法刻蚀，形成栅极接触孔21。

通过该湿法刻蚀氮化镓铝势垒层13，使得形成的栅极接触孔21的表面损伤很少，对于实现增强型氮化镓晶体管的高阈值电压、高击穿电压性能有利。

步骤106，采用盐酸溶液，对栅极接触孔进行清洗。

本实施例中，可选的，为了保证后续制作的栅极性能更佳可靠，在进行栅极金属层的沉积前，使用盐酸溶液，对栅极接触孔21进行清洗，可以有效去除栅极接触孔21中的杂质。

步骤107，在栅极接触孔内以及晶体管表面上，沉积栅极金属层。

步骤108，对栅极金属层进行光刻，刻蚀，形成栅极。

图8为执行步骤108后的增强型氮化镓晶体管的剖面示意图，本实施例中，可以采用磁控溅射镀膜工艺，在栅极接触孔21内以及晶体管表面上，依次沉积镍层和金层，形成栅极金属层。进而对peteos氧化层15上方的栅极金属层进行光刻，刻蚀后，保留栅极接触孔21上方及周围的栅极金属 层。使栅极接触孔21上方及周围保留的栅极金属层、栅极接触孔21中的栅极金属层形成栅极22。

本实施例中，对栅极金属层进行光刻的过程包括：涂胶、曝光、显影的操作。

本实施例中，在制造完增强型氮化镓晶体管的源极、漏极和栅极后，还包括对增强型氮化镓晶体管进行后续其他操作，这些操作与现有技术相同，在此不再一一赘述。

通过以上方案，在氮化镓外延基底的表面上依次生长氮化硅钝化层和peteos氧化层后，制造晶体管的第一欧姆接触电极和第二欧姆接触电极；在制造晶体管的栅极时，首先对第一欧姆接触电极和第二欧姆接触电极之间的预设区域内的氮化硅钝化层和peteos氧化层进行干法刻蚀处理，形成开孔，再透过该开孔，对下面的氮化镓铝势垒层进行湿法刻蚀，形成栅极接触孔，从而通过在栅极接触孔内以及晶体管表面上沉积栅极金属层，对栅极金属层进行光刻，刻蚀，以形成栅极。通过湿法刻蚀栅极接触孔，降低了刻蚀对沟道表面的损伤，有利于实现更高的阈值电压和击穿电压，提高了晶体管器件的耐压性能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。