氮化镓场效应晶体管及其制造方法与流程

本发明涉及半导体器件制造技术，尤其涉及一种氮化镓场效应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，尤其是氮化镓misfet(metal-insulator-semiconductorfieldeffecttransistor，金属-绝缘体-半导体场效应晶体管)已经成为功率器件中的研究热点。

但是，依照现有的制造工艺制作出的氮化镓场效应晶体管，存在耐压性能较差、易引起电流崩塌等问题，这些问题严重影响了氮化镓场效应晶体管的性能。

技术实现要素：

本发明提供一种氮化镓场效应晶体管及其制造方法，用以解决现有技术中氮化镓场效应晶体管耐压性能较差、易引起电流崩塌的技术问题。

本发明提供一种氮化镓场效应晶体管制造方法，包括：

在第一n型gan层上生长第二n型gan层和p型gan层，以形成外延层；

对所述外延层进行刻蚀，在所述p型gan层上形成沟道孔；

在所述外延层上继续生长第二n型gan层，并在所述第二n型gan层上生长algan层；

在所述algan层上形成源极和栅极，在所述外延层的底部形成漏极。

如上所述的方法，在所述algan层上形成源极和栅极，包括：

在所述p型gan层上方的第一区域和第二区域注入硅离子，其中，所述第一区域和所述第二区域分别位于所述沟道孔的两侧，所述第一区域的厚度和所述第二区域的厚度均等于所述p型gan层上方的第二n型氮化镓层和algan层的厚度之和；

在所述algan层和所述第二n型氮化镓层中形成沟槽，在所述沟槽中淀积栅介质层；

在所述第一区域和所述第二区域的上表面淀积金属层，形成所述氮化镓场效应晶体管的源极；

在所述栅介质层上淀积多晶硅层，形成所述氮化镓场效应晶体管的栅极。

如上所述的方法，在所述沟槽中淀积栅介质层，包括：

通过淀积工艺在器件的上表面淀积一层栅介质层；

采用光刻工艺对所述栅介质层进行刻蚀，以使所述栅介质层与所述第一区域、所述第二区域均间隔预设距离。

如上所述的方法，在所述第一区域和所述第二区域的上表面淀积金属层，形成所述氮化镓场效应晶体管的源极，包括：

采用气相淀积的工艺，在器件的上表面淀积金属层；

在所述金属层位于所述第一区域和所述第二区域正上方的区域上涂抹光刻胶；

在所述光刻胶的阻挡下将未被所述光刻胶覆盖的区域上的金属层刻蚀掉；

在刻蚀完成后去除光刻胶，形成源极。

如上所述的方法，在所述栅介质层上淀积多晶硅层，形成所述氮化镓场效应晶体管的栅极，包括：

采用淀积工艺在器件的表面上淀积一层多晶硅层；

在所述多晶硅层位于所述栅介质层正上方的区域上涂抹光刻胶；

在光刻胶的阻挡下对所述多晶硅层进行刻蚀，仅保留位于所述栅介质层正上方的多晶硅层，并在刻蚀完成后去除光刻胶，形成栅极。

如上所述的方法，在所述外延层的底部形成漏极，包括：

通过气相淀积工艺在所述第一n型gan层的底面上淀积漏极金属层，形成所述氮化镓场效应晶体管的漏极。

本发明还提供一种氮化镓场效应晶体管，包括：外延层、algan层、源极、栅极和漏极；

所述外延层包括第一n型gan层、p型gan层、以及位于所述第一n型gan层和所述p型gan层之间的第二n型gan层；

所述p型gan层中形成有沟道孔，所述沟道孔中填充有第二n型gan，且所述p型gan层上方生长有第二n型gan层；

所述algan层位于所述p型gan层上的第二n型gan层的上方；

所述源极和所述栅极位于所述algan层上方，所述漏极位于所述外延层的底部下方。

如上所述的氮化镓场效应晶体管，所述第二n型gan层和所述algan层中开设有沟槽，所述沟槽中形成有栅介质层及所述栅极。

如上所述的氮化镓场效应晶体管，所述源极分别位于第一区域和第二区域的上方；

所述第一区域和第二区域均位于所述p型gan层的上方、且分别位于所述沟槽的两侧。

如上所述的氮化镓场效应晶体管，所述第一n型gan层为掺杂有n+型离子的gan层，所述第二n型gan层为掺杂有n-型离子的gan层。

本发明提供的氮化镓场效应晶体管及其制造方法，通过对外延层进行刻蚀，在p型gan层上形成沟道孔，在p型gan层上和沟道孔中继续生长第二n型gan层，在所述第二n型gan层上生长algan层，并在所述algan层上形成源极和栅极，在所述外延层的底部形成漏极，可以增大耗尽区面积，从而提高器件的耐压性能，且通电后器件能够形成纵向沟道，避免出现电流崩塌的问题，有效提高了氮化镓场效应晶体管的整体性能。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的氮化镓场效应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场效应晶体管制造方法中形成外延层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场效应晶体管制造方法中形成沟道孔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场效应晶体管制造方法中形成algan层后的器件结构示意图；

图5为本发明实施例一提供的氮化镓场效应晶体管制造方法中完成硅离子注入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场效应晶体管制造方法中形成栅介质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场效应晶体管制造方法中形成源极、栅极和漏极后的器件结构示意图。

附图标记：

1-第一n型gan层；2-第二n型gan层；3-p型gan层；

4-沟道孔；5-algan层；6-第一区域；

7-第二区域；8-栅介质层；9-源极；

10-栅极11-漏极

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场效应晶体管制造方法。图1为本发明实施例一提供的氮化镓场效应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、在第一n型gan层1上生长第二n型gan层2和p型gan层3，以形成外延层。

图2为本发明实施例一提供的氮化镓场效应晶体管制造方法中形成外延层后的器件结构示意图。如图2所示，可以首先形成第一n型gan层1，然后通过淀积工艺在所述第一n型gan层1上生长出第二n型gan层2，在所述第二n型gan层2上生长出p型gan层3，图2中的所述第一n型gan层1、第二n型gan层2和p型gan层3构成所述外延层。

其中，n型gan层可以为掺入n型杂质的gan层，p型gan层可以为掺入p型杂质的gan层。n型杂质可以包括但不限于：五价元素砷、磷、锑等。p型杂质可以包括但不限于：三价元素硼、铟、镓等。

第一n型gan层1中和第二n型gan层2中n型杂质的浓度可以不同，所述第一n型gan层1可以为掺杂有n+型离子的gan层，所述第二n型gan层2可以为掺杂有n-型离子的gan层，即，所述第一n型gan层1为掺杂有高浓度n型离子的gan层，所述第二n型gan层2为掺杂有低浓度n型离子的n型gan层。

优选的是，所述第一n型gan层1掺杂的n型离子的浓度为1e21个/平方厘米，所述第二n型gan层2掺杂的n型离子的浓度为1e16个/平方厘米。

步骤102、对所述外延层进行刻蚀，在所述p型gan层3上形成沟道孔4。

图3为本发明实施例一提供的氮化镓场效应晶体管制造方法中形成沟道孔4后的器件结构示意图。其中，图3所示的器件结构可以通过如下方法获得：

在p型gan层3的表面上选取一待刻蚀区域，在所述待刻蚀区域以外的区域上涂抹光刻胶，并在光刻胶的阻挡下，对p型gan层3进行刻蚀，为了保证所述待刻蚀区域对应的p型gan层3能够被完全刻蚀掉，可以在p型gan层3下方的第二n型gan层2被部分刻蚀后才停止刻蚀。刻蚀完毕后，去除光刻胶，即形成如图3所示的器件结构。

步骤103、在所述外延层上继续生长第二n型gan层2，并在所述第二n型gan层2上生长algan(氮化铝镓)层5。

图4为本发明实施例一提供的氮化镓场效应晶体管制造方法中形成algan层5后的器件结构示意图。其中，图4所示的器件结构可以通过如下方法获得：

首先在所述沟道孔4内和所述p型gan层3的表面上继续生长第二n型gan层2，新生长的第二n型gan层2会和原有的第二n型gan层2融为一体，即所述p型gan层3的上面、下面均有一层第二n型gan层2，所述p型gan层3中的沟道孔4中也充盈着一层第二n型gan层2，从图3中看，第二n型gan层2整体呈“工”字形。

在所述沟道孔4内和所述p型gan层3的表面上生长完第二n型gan层2后，可以进一步在第二n型gan层2的表面上生长一层algan层5，即形成如图4所示的结构。

步骤104、在所述第二n型gan层2和所述algan层5上形成源极9和栅极10，在所述外延层的底部形成漏极11。

具体地，可以通过以下步骤在所述algan层5上形成源极9和栅极10：

首先，在所述p型gan层3上方的第一区域6和第二区域7注入硅离子，其中，所述第一区域6和所述第二区域7分别位于所述沟道孔4的两侧，所述第一区域6的厚度和所述第二区域7的厚度均等于所述p型gan层3上方的第二n型gan层2的厚度与algan层5的厚度之和。

图5为本发明实施例一提供的氮化镓场效应晶体管制造方法中完成硅离子注入后的器件结构示意图。如图5所示，第一区域6与第二区域7之间的距离大于沟道孔4的宽度，且第一区域6和第二区域7均不与所述沟道孔4接触；第一区域6的厚度和第二区域7的厚度均与整个器件在所述p型gan层3上方的部分的厚度相同。

本步骤中注入硅离子所采用的工艺与现有的离子注入工艺相同，此处不再赘述。

然后，在所述algan层5和所述第二n型氮化镓层中形成沟槽，在所述沟槽中淀积栅介质层8，该栅介质层8可以是二氧化硅层。

图6为本发明实施例一提供的氮化镓场效应晶体管制造方法中形成栅介质层8后的器件结构示意图。具体地，栅介质层8可以通过如下方式形成：

通过淀积工艺在器件的上表面淀积一层栅介质层8；在algan层5的表面上位于沟道孔4正上方的区域上涂抹光刻胶，并在光刻胶的阻挡下对栅介质层8进行刻蚀，仅保留位于光刻胶下方的栅介质层8。刻蚀完毕后，去除光刻胶即形成如图6所示的器件结构。

所述栅介质层8位于所述沟道孔4的正上方，所述栅介质层8与所述第一区域6、所述第二区域7均间隔预设距离，即所述栅介质层8与第一区域6、第二区域7均不接触。

在形成栅介质层8后，可以在所述第一区域6和所述第二区域7的上表面淀积金属层，形成所述氮化镓场效应晶体管的源极9。具体地，可以采用气相淀积工艺，在器件的上表面淀积金属层，所述金属层可以是ti(钛)金属层或者al(铝)金属层；在所述金属层位于所述第一区域6和所述第二区域7正上方的区域上涂抹光刻胶；在所述光刻胶的阻挡下将未被所述光刻胶覆盖的区域上的金属层刻蚀掉；在刻蚀完成后去除所述光刻胶，形成源极9。

最后，在所述栅介质层8上淀积多晶硅层，形成所述氮化镓场效应晶体管的栅极10。其中，栅极10可具体采用如下方法制作：

采用淀积工艺在器件的表面上淀积一层多晶硅层；在所述多晶硅层位于所述栅介质层8正上方的区域上涂抹光刻胶；在光刻胶的阻挡下对所述多晶硅层进行刻蚀，仅保留位于所述栅介质层8正上方的多晶硅层，在刻蚀完成后去除光刻胶，即形成栅极10。

漏极11形成在所述外延层的底部，漏极11具体可采用如下方法制作：通过气相淀积工艺在所述第一n型gan层1的底面上淀积漏极金属层，形成所述氮化镓场效应晶体管的漏极11。所述漏极金属层可以是ti金属层或者al金属层。

图7为本发明实施例一提供的氮化镓场效应晶体管制造方法中形成源极9、栅极10和漏极11后的器件结构示意图。如图7所示，采用本实施例中方法制作的氮化镓场效应晶体管，源极9和栅极10位于器件的一侧，漏极11位于器件的另一侧，因此，本实施例中的氮化镓场效应晶体管属于垂直结构的氮化镓场效应晶体管。

本实施例提供的氮化镓场效应晶体管制造方法，通过对外延层进行刻蚀，在p型gan层3上形成沟道孔4，在p型gan层3上和沟道孔4中继续生长第二n型gan层2，在所述第二n型gan层2上生长algan层5，并在所述algan层5上形成源极9和栅极10，在所述外延层的底部形成漏极11，可以增大耗尽区面积，从而提高器件的耐压性能，且通电后器件能够形成纵向沟道，避免出现电流崩塌的问题，有效提高了氮化镓场效应晶体管的整体性能。

实施例二

本发明实施例二提供一种氮化镓场效应晶体管。本实施例提供的氮化镓场效应晶体管的具体结构可以参照图7。如图7所示，本实施例中的氮化镓场效应晶体管，可以包括：外延层、algan层5、源极9、栅极10和漏极11；

所述外延层包括第一n型gan层1、p型gan层3、以及位于所述第一n型gan层1和所述p型gan层3之间的第二n型gan层2；

所述p型gan层3中形成有沟道孔4，所述沟道孔4中填充有第二n型gan，且所述p型gan层3上方生长有第二n型gan层2；

所述algan层5位于所述p型gan层3上的第二n型gan层2的上方；

所述源极9和所述栅极10位于所述algan层5上方，所述漏极11位于所述外延层的底部下方。

具体地，本实施例中的氮化镓场效应晶体管，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场效应晶体管，在p型gan层3上形成有沟道孔4，在p型gan层3上和沟道孔4中继续生长第二n型gan层2，在所述第二n型gan层2上生长有algan层5，在所述algan层5上形成有源极9和栅极10，在所述外延层的底部形成漏极11，可以增大耗尽区面积，从而提高器件的耐压性能，且通电后器件能够形成纵向沟道，避免出现电流崩塌的问题，有效提高了氮化镓场效应晶体管的整体性能。

进一步地，所述第二n型gan层2和所述algan层5中开设有沟槽，所述沟槽中形成有栅介质层8及所述栅极10。

进一步地，所述源极9分别位于第一区域6和第二区域7的上方；

所述第一区域6和第二区域7均位于所述p型gan层3的上方、且分别位于所述沟槽的两侧。

进一步地，所述第一n型gan层1为掺杂有n+型离子的gan层，所述第二n型gan层2为掺杂有n-型离子的gan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。