氮化镓场效应晶体管的制作方法及氮化镓场效应晶体管与流程

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及氮化镓场效应晶体管。

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(1e¹⁰v/cm-3e¹⁰v/cm)，较高热导率，耐腐蚀和抗辐射性能，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，以氮化镓以及铝氮化镓为基础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。

现有技术中的栅极接触孔的结构是垂直结构，即矩形结构，这种结构的缺点是栅极接触孔边缘的电场集中，这样会使得氮化镓场效应晶体管的提前击穿，进而使得氮化镓场效应晶体管的耐压性较差。

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及氮化镓场效应晶体管，以解决现有技术中氮化镓场效应晶体管的耐压性较差的问题。

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介质层；

在所述介质层中形成欧姆接触金属层，所述欧姆接触金属层的底部接触所述氮化镓基底；

在所述介质层和所述氮化镓基底中形成栅极，所述栅极的底部位于所述氮化镓基底中，所述栅极的顶部高于所述介质层或与所述介质层齐平，所述栅极的侧面连接在所述栅极的底部和所述栅极的顶部之间且所述侧面与所述栅极的底部呈钝角。

本发明另一个方面提供一种氮化镓场效应晶体管，包括：

氮化镓基底；

介质层，形成在所述氮化镓基底上；

欧姆接触金属层，形成于所述介质层中，所述欧姆接触金属层的底部接触所述氮化镓基底；

栅极，形成于所述介质层中，所述栅极的底部位于所述氮化镓基底中，所述栅极的顶部高于所述介质层或与所述介质层齐平，所述栅极的侧面连接在所述栅极的底部和所述栅极的顶部之间且所述侧面与所述栅极的底部呈钝角。

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及氮化镓场效应晶体管，通过形成倒梯形的栅极接触孔，进而在栅极接触孔中能够形成倒梯形的栅极，该栅极接触孔的结构能够使得栅极接触孔边缘的电场随着倾斜的边分散，调整了电场的分布，使得电场尽量不集中在一点，进而能够尽量避免氮化镓场效应晶体管被提前击穿，改善了氮化镓场效应晶体管的耐压性。

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2f为根据本发明另一实施例的氮化镓场效应晶体管的结构示意图。

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。该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介质层。

该介质层可以由一层材料层构成，也可以由多层材料层构成，该步骤具体可以是：

在氮化镓基底上形成钝化层；

在钝化层上形成氧化层。

本实施例的钝化层层可以是si3n4层，氧化层可以是peteos(plasmaenhancedtetraethylorthosilicate，等离子增强沉积四乙氧基硅烷)层。

本实施例的氮化镓基底可以为氮化镓场效应晶体管的常用氮化镓基底材料，例如自下而上依次形成的si衬底、gan层和algan层。当然，还可以采用其它材料层，具体不再赘述。

步骤102，在介质层中形成欧姆接触金属层，欧姆接触金属层的底部接触氮化镓基底。

具体地，可以先在介质层中形成欧姆接触孔，以使氮化镓基底部分露出，然后在该欧姆接触孔中沉积金属以形成欧姆接触金属层。该欧姆接触金属层可以包括自下而上依次形成的ti层、al层、ti层和tin层。该欧姆接触金属层的形状可以为t型，例如该欧姆接触金属层的顶部高于介质层，高于介质层的部分的宽度大于位于介质层中的宽度。

步骤103，在介质层和氮化镓基底中形成栅极，栅极的底部位于氮化镓基底中，栅极的侧面连接在栅极的底部和栅极的顶部之间且侧面与栅极的底 部呈钝角。

栅极有顶部、底部和两个侧面，该两个侧面分别连接在顶部和底部之间，侧面与底部之间呈钝角，说明该侧面在介质层中呈倾斜状。

举例来说，形成栅极的方式可以包括以下两种：

第一种方式：刻蚀介质层和氮化镓基底，形成栅极接触孔，栅极接触孔包括位于氮化镓基底中的底接触孔以及位于介质层中的上接触孔，上接触孔呈倒梯形，例如倒等腰梯形，底接触孔呈矩形，并在栅极接触孔中沉积金属层，形成栅极。

本实施例中可以干法刻蚀方式分别刻蚀介质层和氮化镓基底，例如均采用各向异性方式刻蚀介质层和氮化镓基底。若采用相同的干法刻蚀工艺，由于介质层和氮化镓基底的材料不同，因此最终形成的接触孔的形状不同。该第一种方式中，通过形成两种形状的接触孔，进而形成完整的栅极接触孔，能够在保证位于氮化镓基底中的栅极所占空间的情况下，尽量减少位于介质层中的栅极所占用的空间，避免影响氮化镓场效应晶体管的小型化。

需指出的是，为了避免工艺中的误差，栅极的顶部可以高于介质层的顶部。栅极高于介质层的部分可以呈矩形，该矩形的长度可以大于栅极接触孔的顶部宽度。高于介质层部分的栅极都可以作为栅极的顶部，位于氮化镓基底中部分的栅极可以作为栅极的底部。

第二种方式：刻蚀介质层和氮化镓基底，形成栅极接触孔，栅极接触孔呈倒梯形，并在栅极接触孔中沉积金属层，形成栅极。

该第二种方式中，栅极的形状为倒梯形，例如倒等腰梯形，栅极顶部的宽度大于栅极底部的宽度。第二种方式形成栅极接触孔的工艺同样是干法刻蚀。

需指出的是，为了避免工艺中的误差，栅极的顶部可以高于介质层的顶部。栅极高于介质层的部分可以呈矩形，该矩形的长度可以大于栅极接触孔的顶部宽度。高于介质层部分的栅极都可以作为栅极的顶部，位于氮化镓基底中部分的栅极可以作为栅极的底部。

根据本实施例的氮化镓场效应晶体管的制作方法，通过形成具有倾斜侧面的栅极接触孔，进而在栅极接触孔中能够形成具有倾斜侧面的栅极，该栅极的结构能够使得栅极边缘的电场随着倾斜的侧面分散，调整了电场的分布， 使得电场尽量不集中在一点，进而能够尽量避免氮化镓场效应晶体管被提前击穿，改善了氮化镓场效应晶体管的耐压性。

实例二

本实施例提供氮化镓场效应晶体管的制作方法的具体制作方法。如图2a至2f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上形成介质层202。

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。本实施例的介质层202包括钝化层2021和氧化层2022，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2021，并在si3n4层上形成一层peteos层作为氧化层2022。

如图2b所示，在介质层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介质层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)。

具体地，可以同时形成两个欧姆接触孔203，其中一个欧姆接触孔为源极接触孔，另一个欧姆接触孔为漏极接触孔。

该步骤2b所形成的半导体器件为第一器件210。

如图2c所示，在第一器件210上沉积金属，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第一器件210上沉积金属以形成欧姆金属材料层204。

形成欧姆金属材料层204之后，对图2c所示的第二器件220进行退火工艺，具体可以在840℃的条件下，在n2氛围内退火30秒。

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

如图2e所示，在氮化镓基底201和介质层202中形成栅极接触孔206。

具体可以通过干法刻蚀工艺形成栅极接触孔206，图2e所示的栅极接触孔206 的形成方式采用上述实施例一的第一种方式。该栅极接触孔206与欧姆接触金属层205间隔设置，即在两个欧姆接触金属层205之间。举例来说，可以采用干法刻蚀si3n4层2021和部分algan层2013，形成栅极接触孔206。然后，采用盐酸(hcl)清洗该栅极接触孔206。

如图2f所示，在栅极接触孔206中形成栅极207。

该栅极207的栅介质层可以是氮化硅，位于栅介质层上方的是金属层。如图2f所示，该栅极207的顶部2071高于介质层202，该栅极207的底部2072位于氮化镓基底中，例如位于algan层2013中，该栅极207的两个侧面2073连接栅极207的顶部2071和底部2072，且侧面2073与底部2072均呈钝角。

形成栅极207之后还可以形成金属互连层以及后续的各种工艺，这些工艺均为现有技术，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，通过形成具有倾斜侧面的栅极接触孔206，进而在栅极接触孔206中能够形成具有倾斜侧面2073的栅极207，该栅极207的结构能够使得栅极207边缘的电场随着倾斜的侧面分散，调整了电场的分布，使得电场尽量不集中在一点，进而能够尽量避免氮化镓场效应晶体管被提前击穿，改善了氮化镓场效应晶体管的耐压性。此外，通过对栅极接触孔206进行清洗，能够去除栅极接触孔206中的杂质，进而避免这些杂质影响氮化镓场效应晶体管的性能，保证了氮化镓场效应晶体管的可靠性。

实施例三

本实施例提供一种氮化镓场效应晶体管，具体采用实施例一或实施例二的方法制成。

如图2f所示，本实施例的氮化镓场效应晶体管包括氮化镓基底201、介质层202、欧姆接触金属层205和栅极207。

其中，介质层202形成在氮化镓基底201上；欧姆接触金属层205形成于介质层202中，欧姆接触金属层205的底部接触氮化镓基底201；栅极207形成于介质层202中，栅极207的底部位于氮化镓基底201中，栅极207的顶部2071高于介质层202或与介质层202齐平，栅极207的侧面2073连接在栅极207的底部2072和栅极207的顶部2071之间且侧面2073与栅极207的底部2072呈钝角。

可选地，栅极207包括位于氮化镓基底部分中的底层栅极208，以及位于介质层202中的上层栅极209，上层栅极209呈倒梯形，或者栅极207整体呈倒梯形。

可选地，介质层202包括自下而上依次形成的钝化层2021和氧化层2022。其中，钝化层2021为si3n4层，氧化层2022为peteos层。

根据本实施例的氮化镓场效应晶体管，所形成的栅极接触孔包括倾斜的侧面，进而能够在栅极接触孔中能够形成具有倾斜侧面的栅极，该栅极接触孔的结构能够使得栅极接触孔边缘的电场随着倾斜的侧面分散，调整了电场的分布，使得电场尽量不集中在一点，进而能够尽量避免氮化镓场效应晶体管被提前击穿，改善了氮化镓场效应晶体管的耐压性。

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。