氮化镓晶体管和氮化镓晶体管的制造方法与流程

本发明涉及一种半导体器件技术，特别是涉及氮化镓晶体管和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。

现有技术的氮化镓晶体中，在氮化镓晶体管正偏时，从沟道注入异质结表面陷阱的电子会耗尽沟道里的二维电子气电荷；在氮化镓晶体管反偏时，由于电子会被铝镓氮/氮化镓表面的陷阱捕获，从而使得表面漏电增，会造成器件提前击穿。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种氮化镓晶体管和氮化镓晶体管的制作方法，用以解决现有技术中氮化镓晶体管反偏时，由于电子会被铝镓氮/氮化镓表面的陷阱捕获，从而使得表面漏电增，会造成器件提前击穿的问题。

本发明一方面提供了一种氮化镓晶体管，包括：硅衬底；

在所述硅衬底上依次形成的氮化镓缓冲层、铝镓氮势垒层和保护层；

在所述保护层中和所述保护层上形成的源极层；

在所述保护层中和所述保护层上形成的漏极层；

在所述铝镓氮势垒层和所述保护层中以及所述保护层上形成的栅极层；

其中，所述保护层包括：形成在所述铝镓氮势垒层上的氮化铝层和形成在所述氮化铝层上的氮化硅层。

本发明的另一方面提供一种氮化镓晶体管的制作方法，包括：在硅衬底上依次形成氮化镓缓冲层、铝镓氮势垒层和保护层，其中，所述保护层包括；形成在所述铝镓氮势垒层上的氮化铝层和形成在所述氮化铝层上的氮化硅层；

在所述保护层中以及所述保护层上形成源极层、漏极层和栅极层。

本发明提供的氮化镓晶体管的制作方法和氮化镓晶体管，由于采用了氮化铝层和形成在氮化铝层上的氮化硅层作为保护层，从而可以防止镓氮势垒层表面的陷阱捕获的电子增大铝镓氮势垒层表面的漏电，因而增大了器件的击穿电压。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的氮化镓晶体管的结构示意图；

图2为本发明实施例三提供的氮化镓晶体管的制作方法的流程图；

图3a-3g为本发明实施例四提供的制作氮化镓晶体管的各步骤的剖面结构示意图。

附图标记

1-衬底；2-氮化镓缓冲层；

3-铝镓氮势垒层；4-保护层；

51-源极层；52-漏极层；

53-栅极层；52-第二栅极金属层；

61-源端接触孔；62-漏端接触孔；

5-欧姆金属层；63-栅极接触孔。

具体实施方式

实施例一

本实施例提供一种氮化镓晶体管，图1为本发明实施例一提供的氮化镓晶体管的结构示意图，如图1所示，该氮化镓晶体管包括：硅衬底1、在硅衬底1上依次形成的氮化镓缓冲层2、铝镓氮势垒层3和保护层4、在保护层4中以及保护层4上形成的源极层51、在保护层4中和保护层4上形成的漏极层52、在铝镓氮势垒层3和保护层4中以及保护层4上形成的栅极层53。

其中，保护层4上刻蚀有源极接触孔，源极层51形成于源极接触孔中和保护层上。当然，保护层4还刻蚀有漏极接触孔，漏极层52形成于漏极接触孔中和保护层上，源极层51和漏极层52不相互接触。

保护层4上还刻蚀有栅极接触孔，该栅极接触孔是通过刻蚀保护层4和部分氮化镓缓冲层形成的，在栅极接触孔中形成栅极层53，栅极层53位于漏极层51和源极层51之间。

其中，保护层4包括：形成在铝镓氮势垒层3上的氮化铝层41和形成在氮化铝层41上的氮化硅层42。

氮化铝层41可以防止铝镓氮势垒层3表面的陷阱捕获的电子增大铝镓氮表面漏电，进一步的，氮化硅层42不仅可以防止表面漏电，同时还起到表面钝化的作用，使得铝镓氮势垒层3不受机械擦伤。

本实施例中，在制造氮化镓晶体管的源极、漏极和栅极后，还包括对氮化镓晶体管后续其他操作，这些操作与现有技术相同，在此不再一一赘述。

本实施例提供的氮化镓晶体管，由于采用了氮化铝层41和形成在氮化铝层41上的氮化硅层42作为保护层，从而可以防止镓氮势垒层3表面的陷阱捕获的电子增大铝镓氮势垒层3表面的漏电，因而增大了器件的击穿电压。

实施例二

本实施例是对上述实施例进一步的解释说明。

在本实施例中，对氮化镓晶体管的具体材料和结构进行了进一步的说明。

其中，铝镓氮势垒层的厚度与氮化铝层的厚度相等。可选的，铝镓氮势垒层的厚度与氮化铝层的厚度均为120埃-170埃，优选的，铝镓氮势垒层的厚度与氮化铝层的厚度均为150埃，二者加在一起的厚度为300埃。具体的，形成氮化铝层可采用磁控溅射镀膜工艺，形成铝镓氮势垒层可采用低压化学气相沉积法形成。

源极层51和漏极层52由于是同时形成的，因而材料相同，源极层51和漏极层52均包括：在铝镓氮势垒层3上形成的第一钛层、在第一钛层上形成的铝层、在铝层上形成的第二钛层及在第二钛层上形成的氮化钛层。

其中，第一钛层和第二钛层的厚度相等，均为150埃-250埃，铝层的厚度为1100埃-1300埃，氮化钛层的厚度为150埃-250埃。

优选的，第一钛层和第二钛层的厚度为200埃，铝层的厚度为1200埃，氮化钛层的厚度为200埃。

栅极层53包括：镍层和在镍层上形成的金层。

本实施例提供的氮化镓晶体管，由于采用了氮化铝层41和形成在所述氮化铝层41上的氮化硅层42作为保护层，从而可以防止镓氮势垒层3表面的陷阱捕获的电子增大铝镓氮势垒层3表面的漏电，因而增大了器件的击穿电压。

实施例三

本实施例提供一种氮化镓晶体管的制作方法，该制作方法可以用于制造上述实施例中的氮化镓晶体管。图2为本发明实施例三提供的氮化镓晶体管的制作方法的流程图，如图2所示，该氮化镓晶体管的制作方法，包括：

步骤101，在硅衬底上依次形成氮化镓缓冲层、铝镓氮势垒层和保护层，其中，保护层包括；形成在铝镓氮势垒层上的氮化铝层和形成在氮化铝层上的氮化硅层。

其中，采用低压化学气相沉积法形成铝镓氮势垒层，采用磁控溅射镀膜工艺在铝镓氮势垒层形成氮化铝层。

氮化铝层可以防止铝镓氮势垒层表面的陷阱捕获的电子增大铝镓氮表面漏电，进一步的，氮化硅层不仅可以防止表面漏电，同时还起到表面钝化的作用，使得铝镓氮势垒层不受机械擦伤。

步骤102，在保护层中以及保护层上形成源极层、漏极层和栅极层。

其中，需要对保护层进行刻蚀，以形成源端接触孔、漏端接触孔、栅极接触孔，进一步的，在源端接触孔中形成源极，在漏端接触孔中形成漏极，在栅极接触孔中形成栅极，其中，栅极位于源极和漏极之间。

一般来说，源极和漏极同时形成，制作栅极可以在制作源极和漏极之前，也可以在制作源极和漏极之后。

可选的，可以采用干法刻蚀对保护层进行刻蚀。

本实施例中，在制造氮化镓晶体管的源极、漏极和栅极后，还包括对氮化镓晶体管后续其他操作，这些操作与现有技术相同，在此不再一一赘述。

本实施例提供的氮化镓晶体管制作方法，在铝镓氮势垒层表面形成了氮化铝层，并在氮化铝层上形成氮化硅层，氮化铝层和氮化硅层作为保护层，从而可以防止镓氮势垒层表面的陷阱捕获的电子增大铝镓氮势垒层表面的漏电，因而增大了器件的击穿电压。

实施例四

本实施例是对上述方法实施例进一步的解释说明。如图3a至3g所示，图3a-3g为本发明实施例四提供的制作双向开关晶体管的各步骤的剖面结构示意图。

如图3a所示，在硅衬底1上依次形成氮化镓缓冲层2、铝镓氮势垒层3和保护层4，其中，保护层包括；形成在铝镓氮势垒层3上的氮化铝层41和形成在氮化铝层上的氮化硅层42。

其中，铝镓氮势垒层的厚度与氮化铝层的厚度相等。

可选的，铝镓氮势垒层的厚度与氮化铝层的厚度均为120埃-170埃，优选的，铝镓氮势垒层的厚度与氮化铝层的厚度均为150埃，二者加在一起的厚度为300埃。具体的，形成氮化铝层可采用磁控溅射镀膜工艺，形成铝镓氮势垒层可采用低压化学气相沉积法形成。

氮化铝层41可以防止铝镓氮势垒层3表面的陷阱捕获的电子增大铝镓氮表面漏电，进一步的，氮化硅层42不仅可以防止表面漏电，同时还起到表面钝化的作用，使得铝镓氮势垒层3不受机械擦伤。

如图3b所示，刻蚀保护层4，以形成源端接触孔61和漏端接触孔62。

具体的，可以保护层4是通过在保护层4上形成有光刻胶，并对光刻胶进行曝光显影，以曝光后的光刻胶为掩膜，对预设区域进行刻蚀，从而形成源端接触孔61和漏端接触孔62。

如图3c，在源端接触孔61、漏端接触孔62以及保护层4上方形成形成欧姆金属层5。

其中，形成在源端接触孔61和漏端接触孔62中的欧姆金属层的高度大于漏端接触孔61和源端接触孔62的深度。

进一步的，如图3d，对保护层4上形成的欧姆接触层进行机械研磨，使得保护层4上的欧姆接触层与形成在源端接触孔61和漏端接触孔61中的欧姆金属层的高度相等。

其中，欧姆金属层5包括：在铝镓氮势垒层3上形成的第一钛层、在所述第一钛层上形成的铝层、在所述铝层上形成的第二钛层及在所述第二钛层上形成的氮化钛层。

其中，第一钛层和第二钛层的厚度相等，均为150埃-250埃，所述铝层的厚度为1100埃-1300埃，所述氮化钛层的厚度为150埃-250埃。

优选的，第一钛层和第二钛层的厚度为200埃，铝层的厚度为1200埃，氮化钛层的厚度为200埃。

其中，形成欧姆金属层5采用磁控溅射镀膜工艺。

另外，由于铝镓氮势垒层3表面会形成自然氧化膜，例如会形成氧化铝，氧化镓等氧化膜。优选的，在形成欧姆金属层5之前包括：对源端接触孔61和漏端接触孔62进行表面清洗。

具体的，可以依次采用dhf溶液，sc1溶液和sc2溶液对对源端接触孔61和漏端接触孔62进行表面清洗。

dhf溶液为稀释的氢氟酸溶液，首先采用dhf溶液对源端接触孔61和漏端接触孔62下方的铝镓氮势垒层表面进行清洗处理，dhf溶液与铝镓氮势垒层3表面的自然氧化膜反应，以腐蚀掉铝镓氮势垒层表面的自然氧化膜。

然后，采用sc1溶液对源端接触孔61和漏端接触孔62下方的铝镓氮势垒层表面进行清洗处理。

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溶液与铝镓氮势垒层表面的颗粒、有机物和金属杂质反应，以去除掉铝镓氮势垒层表面的颗粒、有机物和金属杂质。

最后，采用sc2溶液对源端接触孔61和漏端接触孔62下方的铝镓氮势垒层表面进行清洗处理。

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溶液与铝镓氮势垒层表面的原子和离子杂质反应，以去除掉铝镓氮势垒层表面的原子和离子杂质。

优选的，在形成欧姆金属层5之后还包括：

对欧姆金属层5在氮气条件下进行高温退火，高温退火的温度为800℃-1000℃。

进行高温退火可以使得欧姆金属层5中的金属向铝镓氮势垒层3扩散，与铝镓氮发生反应，铝镓氮势垒层3中的氮向欧姆金属层5扩散，形成大量空穴，在退火温度和退火时间达到预设时间后，在铝镓氮势垒层和欧姆金属层之间形成欧姆接触。优选的，在840℃的条件下，在氮气氛围内退火30秒可以形成良好的欧姆接触的电极金属。

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。

如图3e所示，去除源端接触孔61以及源端接触孔62之间的保护层上方形成的部分欧姆金属层5，以使得在源端接触孔61中以及保护层4上形成源极层51，在漏端接触孔62中以及保护层4上形成漏极层52。

其中，去除欧姆金属层5的方法可以采用光刻，具体的，光刻步骤与现有技术相同，在此不再赘述。

如图3f所示，刻蚀源极层51和漏极层52之间的保护层4并刻蚀部分铝镓氮势垒层3以形成栅极接触孔63。

其中，部分铝镓氮势垒层指的是在图3e中的深度方向上，并不将铝镓氮势垒层完全刻蚀穿至氮化镓缓冲层。

如图3g所示，在栅极接触孔63中以及保护层4上形成栅极层53。

具体的形成栅极层53首先在源极层51、漏极层52、保护层4以及栅极接触孔63内采用磁控溅射镀膜工艺沉积栅极金属。

进一步的，对栅极金属金属光刻，从而形成栅极层。其中，源极层51、漏极层52以及栅极层53之间不相互接触。

其中，栅极层包括：镍层和在镍层上形成的金层。

本实施例提供的氮化镓晶体管制作方法，在铝镓氮势垒层表面形成了氮化铝层，并在氮化铝层上形成氮化硅层，氮化铝层和氮化硅层作为保护层，从而可以防止镓氮势垒层表面的陷阱捕获的电子增大铝镓氮势垒层表面的漏电，因而增大了器件的击穿电压。

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精神和范围。