氮化镓场效应晶体管的制作方法与流程

本发明涉及半导体技术，尤其涉及一种氮化镓场效应晶体管的制作方法。

背景技术：

随着高效完备的功率转换电路和系统需求的日益增加，具有低功耗和高速特性的功率器件最近吸引了很多关注。gan是第三代宽禁带半导体材料，由于其具有大禁带宽度(3.4ev)、高电子饱和速率(2e⁷cm/s)、高击穿电场(1e¹⁰-3e¹⁰v/cm)、较高热导率、耐腐蚀和抗辐射等性能，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，被认为是研究短波光电子器件和高压高频率大功率器件的最佳材料。因此，以氮化镓为基底材料的氮化镓场效应晶体管(galliumnitridefield-effecttransistor)具有好的散热性能、高的击穿电场、高的饱和速度，氮化镓场效应晶体管在大功率高频能量转换和高频微波通讯等方面有着远大的应用前景。

但是，制作氮化镓场效应晶体管所必须的高温退火工艺会使欧姆电极中的某些金属层(例如al)的表面粗糙而且边缘形貌很差，而边缘电场又较强，从而造成氮化镓场效应晶体管耐压的均一性很差，还有可能对氮化镓场效应晶体管的可靠性会造成危害。

技术实现要素：

本发明提供一种氮化镓场效应晶体管的制作方法，以解决现有技术中的高温退火工艺导致欧姆电极中的某些金属层的表面粗糙而且边缘形貌很差的问题。

本发明第一个方面提供一种氮化镓场效应晶体管的制作方法，包括：

在氮化镓基底上形成钝化层；

在所述钝化层中形成欧姆金属层，所述欧姆金属层的底部接触所述氮化镓基底；

进行第一退火工艺，以使所述欧姆金属层与所述氮化镓基底之间形成欧姆接触， 所述第一退火工艺的退火温度大于或等于760摄氏度且小于或等于800摄氏度；

进行第二退火工艺，形成欧姆电极，所述第二退火工艺的退火温度大于或等于790摄氏度且小于或等于830摄氏度。

根据如上所述的氮化镓场效应晶体管的制作方法，可选地，所述第一退火工艺的退火温度为780摄氏度，在n2气环境下退火30-35秒。

根据如上所述的氮化镓场效应晶体管的制作方法，可选地，所述第二退火工艺的退火温度为810摄氏度，在n2气环境下退火30-35秒。

根据如上所述的氮化镓场效应晶体管的制作方法，可选地，在形成欧姆电极之后，还包括：

在所述氮化镓基底和所述钝化层中形成栅极孔；

在所述栅极孔中形成氧化锆栅介质层；

在所述氧化锆栅介质层上形成栅极。

根据如上所述的氮化镓场效应晶体管的制作方法，可选地，在所述氮化镓基底和所述钝化层中形成栅极孔之后且在所述栅极孔中形成氧化锆栅介质层之前，还包括：

采用盐酸清洗所述栅极孔。

根据如上所述的氮化镓场效应晶体管的制作方法，可选地，在所述钝化层中形成欧姆金属层包括：

在所述钝化层中形成欧姆接触孔，露出所述基底；

对所述欧姆接触孔进行表面处理；

在所述欧姆接触孔中沉积金属，形成所述欧姆金属层。

根据如上所述的氮化镓场效应晶体管的制作方法，可选地，所述对所述欧姆接触孔进行表面处理包括：

采用氢氟酸液体、氨水和盐酸的混合液体对所述欧姆接触孔进行表面处理。

根据如上所述的氮化镓场效应晶体管的制作方法，可选地，所述欧姆金属层包括从下而上依次形成的ti层、al层、ti层和tin层。

根据如上所述的氮化镓场效应晶体管的制作方法，可选地，所述氮化镓基底包括自下而上依次形成的si衬底、gan层和algan层。

根据如上所述的氮化镓场效应晶体管的制作方法，可选地，所述钝化层的材料为si3n4。

由上述技术方案可知，本发明提供的氮化镓场效应晶体管的制作方法，形成欧姆电极时进行两次退火工艺，且每次退火工艺的温度均不高于830摄氏度，这样，通过两次退火工艺，第一次退火工艺形成良好的欧姆接触，第二次退火工艺用于形成良好形貌的欧姆电极，既能够避免传统的高温退火工艺导致的氮化镓场效应晶体管的表面粗糙而且边缘形貌很差的问题，又能够恢复晶体的结构和消除缺陷，形成良好的欧姆接触以及较好的边缘形貌，使得氮化镓场效应晶体管耐压的均一性好，可靠性高。

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为根据本发明一实施例的氮化镓场效应晶体管的制作方法的流程示意图；

图2a至图2g为根据本发明另一实施例的氮化镓场效应晶体管的制作方法中各个步骤的结构示意图。

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

本实施例提供一种氮化镓场效应晶体管的制作方法，用于制作氮化镓场效应晶体管。

如图1所示，为根据本实施例的氮化镓场效应晶体管的制作方法的流程示意图。本实施例的氮化镓场效应晶体管的制作方法包括：

步骤101，在氮化镓基底上形成钝化层。

该氮化镓基底可以是现有技术中任意一种用于制作氮化镓场效应晶体管的基底。本实施例中该氮化镓基底包括自下而上依次形成的si衬底、gan层和algan层。

本实施例的钝化层用于保护金属表面不易被氧化，进而延缓金属的腐蚀速度，能够提高半导体器件的可靠性。该钝化层的材料可以采用现有技术中用于形成氮化镓场效应晶体管的任一种材料，当然还可以采用si3n4。

步骤102，在钝化层中形成欧姆金属层，欧姆金属层的底部接触氮化镓基底。

该欧姆金属层的可以包括从下而上依次形成的ti层、al层、ti层和tin层，各层的厚度可以均为

步骤103，进行第一退火工艺，以使欧姆金属层与氮化镓基底之间形成欧姆接触，第一退火工艺的退火温度是大于或等于760摄氏度且小于或等于800摄氏度。

例如该步骤103选择780摄氏度作为退火温度。

步骤104，进行第二退火工艺，形成欧姆电极，第二退火工艺的退火温度大于或等于790摄氏度且小于或等于830摄氏度。

例如该步骤104选择810摄氏度作为退火温度。该第二退火工艺能够使得欧姆电极形成良好的形貌。

根据本实施例的氮化镓场效应晶体管的制作方法，形成欧姆电极时进行两次退火工艺，且每次退火工艺的温度均不高于830摄氏度，这样，通过两次退火工艺，第一次退火工艺形成良好的欧姆接触，第二次退火工艺用于形成良好形貌的欧姆电极，既能够避免传统的高温退火工艺导致的氮化镓场效应晶体管的表面粗糙而且边缘形貌很差的问题，又能够恢复晶体的结构和消除缺陷，形成良好的欧姆接触以及较好的边缘形貌，使得氮化镓场效应晶体管耐压的均一性好，可靠性高。

实施例二

本实施例对上述实施例的氮化镓场效应晶体管的制作方法做进一步补充说明。如图2a至2g所示，为根据本实施例的氮化镓场效应晶体管的制作方法中各个步骤的结构示意图。

如图2a所示，在氮化镓基底201上形成钝化层202。

本实施例中，氮化镓基底201包括自下而上依次形成的si衬底2011、gan层2012和algan层2013。具体可以在algan层2013的势垒层表面形成一层si3n4层作为钝 化层202。

如图2b所示，在钝化层202中形成欧姆接触孔203，露出氮化镓基底201，并对欧姆接触孔203进行表面处理。

举例来说，可以用采用干法刻蚀钝化层202，刻蚀气体为sf6(sulfurhexafluoride，六氟化硫)，刻蚀功率为10w，刻蚀压强为100mt。此外，可以用采用氢氟酸液体、氨水和盐酸的混合液体对欧姆接触孔203进行表面处理，其中氢氟酸液体是稀释的氢氟酸(dilutedhf)。

如图2c所示，在欧姆接触孔203中沉积金属，形成欧姆金属材料层204。

该欧姆金属材料层204可以由多层金属构成，例如该欧姆金属材料层204包括从下而上依次形成的ti层、al层、ti层和tin层。具体可以采用磁控溅射工艺在欧姆接触孔203中沉积金属。

如图2d所示，对欧姆金属材料层204进行光刻、刻蚀等工艺，形成欧姆金属层205。

形成欧姆金属层205之后，对图2d所示的半导体器件先进行第一退火工艺，第一退火工艺的退火温度为780摄氏度，在n2气环境下退火30-35秒。然后进行第二退火工艺，第二退火工艺的退火温度为810摄氏度，在n2气环境下退火30-35秒。

如图2e所示，在氮化镓基底201和钝化层202中形成栅极孔206。

该栅极孔206与欧姆金属层205间隔设置。举例来说，可以采用干法刻蚀钝化层202和部分algan层2013，形成栅极孔206。然后，采用盐酸(hcl)清洗该栅极孔206。

如图2f所示，在栅极孔206中形成氧化锆栅介质层207。

举例来说，可以采用等离子体增强化学气相沉积(plasmaenhancedchemicalvapordeposition，pecvd)在栅极孔206中形成氧化锆栅介质层207。采用氧化锆(zro2)作为栅介质层的材料，其致密性较好，后续形成的栅极不易漏电，保证氮化镓场效应晶体管的可靠性。

如图2g所示，在氧化锆栅介质层207上形成栅极208。

该栅极208可以包括多层金属，例如采用磁控溅射镀膜工艺，沉积依次在氧化锆栅介质层207上沉积ni层和au层作为栅极208的材料层，并通过对金属的光刻、刻蚀等工艺，形成栅极208。具体如何进行光刻和刻蚀工艺属于现有技术，在此不再 赘述。

根据本实施例的氮化镓场效应晶体管的制作方法，形成欧姆电极时进行两次退火工艺，且每次退火工艺的温度均不高于830摄氏度，这样，通过两次退火工艺，第一次退火工艺形成良好的欧姆接触，第二次退火工艺用于形成良好形貌的欧姆电极，既能够避免传统的高温退火工艺导致的氮化镓场效应晶体管的表面粗糙而且边缘形貌很差的问题，又能够恢复晶体的结构和消除缺陷，形成良好的欧姆接触以及较好的边缘形貌，使得氮化镓场效应晶体管耐压的均一性好，可靠性高。此外，通过采用氧化锆材料作为栅介质层，能够尽量避免栅极漏电，提高氮化镓场效应晶体管的可靠性。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上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。