氮化镓晶体管及其制造方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种氮化镓晶体管及其制造方法。

背景技术：

氮化镓(gan)是第三代宽禁带半导体材料，由于其具有大禁带宽度、高电子饱和速率、高击穿电场、较高热导率、耐腐蚀和抗辐射的性能，其应用在高压、高频、高温、大功率和抗辐照环境条件下具有较强的优势，被认为是短波光电子器件和高压高频率大功率器件的最佳材料。

氮化镓晶体管能够形成高浓度、高迁移率的二维电子气沟道，同时对二维电子气沟道具有良好的调节作用，因此成为功率器件中的研究热点。

但是，现有的氮化镓晶体管中，高势垒导致器件的欧姆接触电阻较大，影响器件的整体性能。

技术实现要素：

本发明提供一种氮化镓晶体管及其制造方法，用以解决现有技术中氮化镓晶体管的欧姆接触电阻较大导致器件性能较差的技术问题。

本发明提供一种氮化镓晶体管制造方法，包括：

在硅衬底的表面上方形成未掺杂的氮化镓层，在所述未掺杂的氮化镓层的表面上方形成氮化镓铝层；

在所述氮化镓铝层的表面上方沉积一层氮化硅，形成介质层；

对所述介质层、所述氮化镓铝层和所述未掺杂的氮化镓层进行刻蚀，形成漏极接触孔和源极接触孔；

在所述漏极接触孔和源极接触孔中再生长出n型掺杂的氮化镓层，并在所述漏极接触孔中的n型掺杂的氮化镓层的上方形成漏极，在所述源极接触孔中的n型掺杂的氮化镓层的上方形成源极。

如上所述的方法，在所述漏极接触孔和源极接触孔中再生长出n型掺杂的氮化镓层，包括：

在所述漏极接触孔中、所述源极接触孔中以及所述介质层的上方再生长出n型掺杂的氮化镓层；

在所述n型掺杂的氮化镓层位于所述漏极接触孔和所述源极接触孔之间的部分区域上方涂抹光刻胶；

在光刻胶的阻挡下对所述n型掺杂的氮化镓层进行刻蚀，并在刻蚀完成后去除光刻胶，露出部分所述介质层。

如上所述的方法，在所述漏极接触孔中的n型掺杂的氮化镓层的上方形成漏极，在所述源极接触孔中的n型掺杂的氮化镓层的上方形成源极，包括：

在所述n型掺杂的氮化镓层的表面上方以及所述介质层的表面上方淀积欧姆接触金属层；

对所述欧姆接触金属层位于所述介质层上方的区域上涂抹光刻胶；

在光刻胶的阻挡下对所述欧姆接触金属层进行刻蚀，并在刻蚀完后去除光刻胶，仅保留位于所述n型掺杂的氮化镓层上方的欧姆接触金属层。

位于所述漏极接触孔上方的欧姆接触金属层形成漏极，位于所述源极接触孔上方的欧姆接触金属层形成源极。

如上所述的方法，在所述n型掺杂的氮化镓层的表面上方以及所述介质层的表面上方淀积欧姆接触金属层，包括：

采用磁控溅射镀膜工艺，在所述n型掺杂的氮化镓的表面上方以及所述介质层的表面上方沉积金属钛层；

在所述金属钛层的上方沉积金属铂层；

其中，所述金属钛层以及所述金属铂层形成所述欧姆接触金属层。

如上所述的方法，在所述漏极接触孔中的n型掺杂的氮化镓层的上方形成漏极，在所述源极接触孔中的n型掺杂的氮化镓层的上方形成源极之后，还包括：

在氮气的条件下，采用840℃的退火温度进行30s的退火工艺。

如上所述的方法，在所述漏极接触孔中的n型掺杂的氮化镓层的上方形成漏极，在所述源极接触孔中的n型掺杂的氮化镓层的上方形成源极之 后，还包括：

对所述介质层、所述氮化镓铝层进行刻蚀，形成栅极接触孔；

在所述栅极接触孔中沉积一层氮化硅，形成栅介质；

在所述栅介质上形成栅极。

如上所述的方法，在所述栅介质上形成栅极，包括：

采用磁控溅射镀膜工艺，在所述栅介质和所述介质层上沉积金属镍层，在所述金属镍层上沉积金属金层；

对所述金属金层和金属镍层进行光刻、刻蚀，仅保留部分金属金层和金属镍层，从而形成栅极。

本发明还提供一种氮化镓晶体管，包括：硅衬底、设置在所述硅衬底上方的未掺杂的氮化镓层、设置在所述为掺杂的氮化镓层上方的氮化镓铝层以及设置在所述氮化镓铝层上方的介质层；

所述介质层中开设有源极接触孔和漏极接触孔，所述源极接触孔和所述漏极接触孔均穿过所述氮化镓铝层，且穿过部分所述未掺杂的氮化镓层；

所述漏极接触孔和源极接触孔中均形成有n型掺杂的氮化镓层，所述漏极接触孔中的n型掺杂的氮化镓层的上方形成有漏极，在所述源极接触孔中的n型掺杂的氮化镓层的上方形成有源极。

如上所述的氮化镓晶体管，还包括：栅介质和栅极；

介质层中开设有栅极接触孔，所述栅极接触孔中形成有所述栅介质；

所述栅介质上方形成有所述栅极。

如上所述的氮化镓晶体管，所述源极和漏极均包括一层金属钛层和设置在所述金属钛层上方的金属铂层；

所述栅极包括一层金属镍层和设置在所述金属镍层上方的金属金层。

本发明提供的氮化镓晶体管及其制造方法，通过在硅衬底的表面上方形成未掺杂的氮化镓层，在所述未掺杂的氮化镓层的表面上方形成氮化镓铝层，在所述氮化镓铝层的表面上方沉积一层氮化硅，形成介质层，对所述介质层、所述氮化镓铝层和所述未掺杂的氮化镓层进行刻蚀，形成漏极接触孔和源极接触孔，在所述漏极接触孔和源极接触孔中再生长出n型掺杂的氮化镓层，并在所述漏极接触孔中的n型掺杂的氮化镓层的上方形成 漏极，在所述源极接触孔中的n型掺杂的氮化镓层的上方形成源极，在器件上电之后，由于未掺杂的氮化镓层与源极之间、未掺杂的氮化镓层与漏极之间存在n型掺杂的氮化镓层，能够减小欧姆接触电阻，增加器件电流，提高器件的整体性能。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的氮化镓晶体管制造方法的流程图；

图2为本发明实施例一提供的氮化镓晶体管制造方法中形成介质层之后的器件结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的氮化镓晶体管制造方法中形成漏极接触孔和源极接触孔之后的器件结构示意图；

图4为本发明实施例一提供的氮化镓晶体管制造方法中形成源极和漏极的方法流程图；

图5为本发明实施例一提供的氮化镓晶体管制造方法中去除部分n型掺杂的氮化镓层后的器件结构示意图；

图6为本发明实施例一提供的氮化镓晶体管制造方法中去除部分欧姆接触金属层后的器件结构示意图；

图7为本发明实施例一提供的氮化镓晶体管制造方法中形成栅极接触孔后的器件结构示意图；

图8为本发明实施例一提供的氮化镓晶体管制造方法中形成栅介质后的器件结构示意图；

图9为本发明实施例一提供的氮化镓晶体管制造方法中形成栅极后的器件结构示意图。

附图标记：

1-硅衬底2-未掺杂的氮化镓层3-氮化镓铝层

4-介质层5-漏极接触孔6-源极接触孔

7-n型掺杂的氮化镓层8-漏极9-源极

10-栅极接触孔11-栅介质12-栅极

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作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。

实施例一

本发明实施例一提供一种氮化镓晶体管制造方法。图1为本发明实施例一提供的氮化镓晶体管制造方法的流程图。如图1所示，本实施例中的方法，可以包括：

步骤101、在硅衬底1的表面上方形成未掺杂的氮化镓层2，在所述未掺杂的氮化镓层2的表面上方形成氮化镓铝层3。

步骤102、在所述氮化镓铝层3的表面上方沉积一层氮化硅，形成介质层4。

图2为本发明实施例一提供的氮化镓晶体管制造方法中形成介质层4之后的器件结构示意图。

如图2所示，可以在硅衬底1的表面上方沉积一层氮化镓，不掺杂任何杂质，就形成了所述未掺杂的氮化镓层2。在所述为掺杂的氮化镓层表面上方沉积一层氮化镓铝(algan)，就形成了所述氮化镓铝层3，所述氮化镓铝层3可以作为器件的势垒层。在所述氮化镓铝层3的表面上方沉积一层氮化硅(si3n4)，就形成了所述介质层4。

步骤103、对所述介质层4、所述氮化镓铝层3和所述未掺杂的氮化镓层2进行刻蚀，形成漏极接触孔5和源极接触孔6。

具体地，可以采用干法刻蚀对所述介质层4进行刻蚀，刻蚀出漏极接触孔5和源极接触孔6，所述漏极接触孔5和所述源极接触孔6可以穿过所述介质层4，同时穿过所述介质层4下方的氮化镓铝层3，并部分穿过所述氮化镓铝层3下方的未掺杂的氮化镓层2。

进一步的，在步骤103之后，所述方法还可以包括：对所述漏极接触孔5和所述源极接触孔6进行表面处理，具体地，可以采用dhf+sc1+sc2的方法对所述漏极接触孔5和所述源极接触孔6的表面进行清洗，其中，dhf表示用稀氟氢酸清洗，sc1表示标准化第一步清洗，sc2表示标准化第 二步清洗，三次清洗的时间均可以设置在50s至80s之间。

通过dhf+sc1+sc2的方法对所述漏极接触孔5和所述源极接触孔6的表面进行清洗，能够去除所述漏极接触孔5与所述源极接触孔6中的杂质，提高器件整体性能。

图3为本发明实施例一提供的氮化镓晶体管制造方法中形成漏极接触孔5和源极接触孔6之后的器件结构示意图。如图3所示，在进行刻蚀时，介质层4和氮化镓铝层3被完全刻穿，未掺杂的氮化镓层2被部分刻蚀。

步骤104、在所述漏极接触孔5和源极接触孔6中再生长出n型掺杂的氮化镓层7，并在所述漏极接触孔5中的n型掺杂的氮化镓层7的上方形成漏极8，在所述源极接触孔6中的n型掺杂的氮化镓层7的上方形成源极9。

图4为本发明实施例一提供的氮化镓晶体管制造方法中形成源极9和漏极8的方法流程图。如图4所示，本实施例中的步骤104可以具体包括：

步骤1041、在所述漏极接触孔5中、所述源极接触孔6中以及所述介质层4的上方再生长出n型掺杂的氮化镓层7。

由于所述漏极接触孔5和所述源极接触孔6的底面均为氮化镓，因此，可以采用再生长的方式在所述漏极接触孔5中、所述源极接触孔6中以及所述介质层4上方形成n型掺杂的氮化镓层7。其中，n型掺杂的氮化镓层7为掺杂了n型离子的氮化镓层。n型离子可以为磷等。

具体地，在所述漏极接触孔5中、所述源极接触孔6中和所述介质层4上方再生长出n型掺杂的氮化镓层7，可以有多种实现方法。例如，可以首先在器件表面再生长出未掺杂的氮化镓，然后通过离子注入的方式形成n型掺杂的氮化镓层7；或者，可以采用其它处理方式在器件表面直接生成n型掺杂的氮化镓层7，本实施例对此不作限制。

步骤1042、在所述n型掺杂的氮化镓层7位于所述漏极接触孔5和所述源极接触孔6之间的部分区域上方涂抹光刻胶。

在器件表面生成n型掺杂的氮化镓层7之后，由于所述漏极接触孔5中、所述源极接触孔6中以及所述介质层4上方均有所述n型掺杂的氮化镓层7，而制作源极9和漏极8只需要用到源区和漏区的n型掺杂的氮化镓层7，因此，需要对当前的n型掺杂的氮化镓层7进行光刻刻蚀。

具体地，可以在所述n型掺杂的氮化镓层7位于所述漏极接触孔5和所述源极接触孔6之间的部分区域上方涂抹光刻胶，也就是位于所述介质层4上方的部分区域上涂抹光刻胶。

步骤1043、在光刻胶的阻挡下对所述n型掺杂的氮化镓层7进行刻蚀，并在刻蚀完成后去除光刻胶，露出部分所述介质层4。

图5为本发明实施例一提供的氮化镓晶体管制造方法中去除部分n型掺杂的氮化镓层7后的器件结构示意图。如图5所示，在源极接触孔6和漏极接触孔5之间、位于所述介质层4上方的部分n型掺杂的氮化镓层7被刻蚀掉，仅保留了源极接触孔6中及其附近、漏极接触孔5及其附近的n型掺杂的氮化镓层7。

这样，通过步骤1041至步骤1043就得到了在所述漏极接触孔5和源极接触孔6中的n型掺杂的氮化镓层7，为后续源极9和漏极8的制备提供了条件。

步骤1044、在所述n型掺杂的氮化镓层7的表面上方以及所述介质层4的表面上方淀积欧姆接触金属层。

具体地，本步骤中的在所述n型掺杂的氮化镓层7的表面上方以及所述介质层4的表面上方淀积欧姆接触金属层，可以包括：

采用磁控溅射镀膜工艺，在所述n型掺杂的氮化镓的表面上方以及所述介质层4的表面上方沉积金属钛层；在所述金属钛层的上方沉积金属铂层；其中，所述金属钛层以及所述金属铂层形成所述欧姆接触金属层。

这样，就在器件表面形成了一层欧姆接触金属层。采用非合金的金属钛和金属铂作为欧姆接触金属，能够有效减小器件的欧姆接触电阻。

步骤1045、对所述欧姆接触金属层位于所述介质层4上方的区域上涂抹光刻胶。

步骤1046、在光刻胶的阻挡下对所述欧姆接触金属层进行刻蚀，并在刻蚀完后去除光刻胶，仅保留位于所述n型掺杂的氮化镓层7上方的欧姆接触金属层。

图6为本发明实施例一提供的氮化镓晶体管制造方法中去除部分欧姆接触金属层后的器件结构示意图。如图6所示，位于介质层4上方的欧姆接触金属层被去除了，仅保留了位于n型掺杂的氮化镓层7上方的欧姆接 触金属层。

其中，位于所述漏极接触孔5上方的欧姆接触金属层形成漏极8，位于所述源极接触孔6上方的欧姆接触金属层形成源极9。这样，通过步骤,1044至步骤1046，器件的漏极8和源极9制作完成了。

进一步的，在所述漏极接触孔5中的n型掺杂的氮化镓层7的上方形成漏极8，在所述源极接触孔6中的n型掺杂的氮化镓层7的上方形成源极9之后，所述方法还可以包括：在氮气的条件下，采用840℃的退火温度进行30s的退火工艺。退火后的所述欧姆接触金属层能够形成良好的欧姆接触。

进一步的，在所述漏极接触孔5中的n型掺杂的氮化镓层7的上方形成漏极8，在所述源极接触孔6中的n型掺杂的氮化镓层7的上方形成源极9之后，还可以通过如下方法生成器件的栅极12：

首先，对所述介质层4、所述氮化镓铝层3进行刻蚀，形成栅极接触孔10。图7为本发明实施例一提供的氮化镓晶体管制造方法中形成栅极接触孔10后的器件结构示意图。如图7所示，在刻蚀所述栅极接触孔10时，所述介质层4被刻穿，所述氮化镓铝层3被部分刻蚀。

在形成栅极接触孔10后，可以采用盐酸清洗所述栅极接触孔10，去除栅极接触孔10内的杂质。

然后，在所述栅极接触孔10中沉积一层氮化硅，形成栅介质11。图8为本发明实施例一提供的氮化镓晶体管制造方法中形成栅介质11后的器件结构示意图。如图8所示，所述栅介质11的上表面低于所述介质层4的上表面。

最后，在所述栅介质11上形成栅极12。具体地，可以采用磁控溅射镀膜工艺，在所述栅介质11和所述介质层4上沉积金属镍层，在所述金属镍层上沉积金属金层；对所述金属金层和金属镍层进行光刻、刻蚀，仅保留部分金属金层和金属镍层，从而形成栅极12。

图9为本发明实施例一提供的氮化镓晶体管制造方法中形成栅极12后的器件结构示意图。如图9所示，所述栅极12可以呈“t”字形。

本实施例提供的氮化镓晶体管制造方法，通过在硅衬底1的表面上方形成未掺杂的氮化镓层2，在所述未掺杂的氮化镓层2的表面上方形成氮 化镓铝层3，在所述氮化镓铝层3的表面上方沉积一层氮化硅，形成介质层4，对所述介质层4、所述氮化镓铝层3和所述未掺杂的氮化镓层2进行刻蚀，形成漏极接触孔5和源极接触孔6，在所述漏极接触孔5和源极接触孔6中再生长出n型掺杂的氮化镓层7，并在所述漏极接触孔5中的n型掺杂的氮化镓层7的上方形成漏极8，在所述源极接触孔6中的n型掺杂的氮化镓层7的上方形成源极9，在器件上电之后，由于未掺杂的氮化镓层2与源极9之间、未掺杂的氮化镓层2与漏极8之间存在n型掺杂的氮化镓层7，能够减小欧姆接触电阻，增加器件电流，提高器件的整体性能。

实施例二

本发明实施例二提供一种氮化镓晶体管。本实施例提供的氮化镓晶体管的具体结构可以参照图9。如图9所示，本实施例中的氮化镓晶体管，可以包括：

硅衬底1、设置在所述硅衬底1上方的未掺杂的氮化镓层2、设置在所述为掺杂的氮化镓层上方的氮化镓铝层3以及设置在所述氮化镓铝层3上方的介质层4；

所述介质层4中开设有源极接触孔6和漏极接触孔5，所述源极接触孔6和所述漏极接触孔5均穿过所述氮化镓铝层3，且穿过部分所述未掺杂的氮化镓层2；

所述漏极接触孔5和源极接触孔6中均形成有n型掺杂的氮化镓层7，所述漏极接触孔5中的n型掺杂的氮化镓层7的上方形成有漏极8，在所述源极接触孔6中的n型掺杂的氮化镓层7的上方形成有源极9。

具体地，本实施例中的氮化镓晶体管，可以采用实施例一所述的方法制造而成，其具体实现原理和制造流程与实施例一类似，此处不再赘述。

本实施例提供的氮化镓晶体管，包括硅衬底1、设置在所述硅衬底1上方的未掺杂的氮化镓层2、设置在所述为掺杂的氮化镓层上方的氮化镓铝层3以及设置在所述氮化镓铝层3上方的介质层4，所述介质层4中开设有源极接触孔6和漏极接触孔5，所述源极接触孔6和所述漏极接触孔5均穿过所述氮化镓铝层3，且穿过部分所述未掺杂的氮化镓层2，所述漏极接触孔5和源极接触孔6中均形成有n型掺杂的氮化镓层7，所述漏极 接触孔5中的n型掺杂的氮化镓层7的上方形成有漏极8，在所述源极接触孔6中的n型掺杂的氮化镓层7的上方形成有源极9，在器件上电之后，由于未掺杂的氮化镓层2与源极9之间、未掺杂的氮化镓层2与漏极8之间存在n型掺杂的氮化镓层7，能够减小欧姆接触电阻，增加器件电流，提高器件的整体性能。

在上述实施例提供的技术方案的基础上，优选的是，所述氮化镓晶体管，还可以包括：栅介质11和栅极12；

介质层4中开设有栅极接触孔10，所述栅极接触孔10中形成有所述栅介质11；

所述栅介质11上方形成有所述栅极12。

在上述实施例提供的技术方案的基础上，优选的是，所述源极9和漏极8均包括一层金属钛层和设置在所述金属钛层上方的金属铂层；

所述栅极12包括一层金属镍层和设置在所述金属镍层上方的金属金层。

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。