形成具有势垒层中的金属接触的晶体管的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及形成具有III-N族高电子迁移率晶体管（HEMT)的集成电路的方法，该 III-N族高电子迁移率晶体管（HEMT)具有在势垒层中的金属接触。
【背景技术】 阳00引III-N族高电子迁移率晶体管（HEMT)由于其更宽的带隙和高电子饱和速度而针 对功率电子学展示出潜在优越性。运些材料特性转化为高击穿电压、低导通电阻W及快速 切换。III-N族HEMT也可W操作在比娃基晶体管更高的溫度。运些特性使III-N族HEMT 良好地适用于高效率功率调节应用例如照明和车辆控制。
[0003] 传统III-N族HEMT包括衬底和在衬底的顶表面上形成的层状结构。层状结构进 而包括位于衬底上的缓冲层、位于缓冲层上的沟道层W及位于沟道层上的势垒层。进一步， 层状结构可W可选地包括位于势垒层上的覆盖层（caplayer)。
[0004] 缓冲层提供衬底和沟道层之间的过渡层，W便解决晶格常数差并提供位错最小化 生长表面。沟道层和势垒层具有不同的极化特性和位于沟道层的顶部的诱导两维电子气 (2DEG)的形成的带隙。具有高浓度电子的2DEG类似于传统场效应晶体管（FET)中的沟道。 覆盖层增强III-N族HEMT的可靠性。 阳0化]传统III-N族HEMT也包括被形成层状结构的顶表面上的金属栅极。金属栅极进 行对势垒层（或覆盖层，如果存在的话）的肖特基（Schottky)接触。可替换地，金属栅极 可由绝缘层与势垒层（或覆盖层，如果存在的话）绝缘。
[0006] 此外，传统III-N族肥MT包括源极金属接触和与源极金属接触间隔（spaced apart)开的漏极接触。位于延伸到层状结构中的金属接触开口的源极金属接触和漏极金属 接触进行与势垒层的欧姆接触。
[0007] 天然III-N族衬底不易于得到。结果，III-N族HEMT通常使用单晶娃衬底。（碳 化娃是另一种用于III-NHEMT的常见衬底材料。）层状结构传统上使用外延沉积技术例如 金属有机化学气相沉积（MOCVD)和分子束外延（MB巧生长在衬底上。
[0008] 层状结构中每个层通常被实施为具有一个或更多III序列族氮化物层，其中III 族包括In、Ga和Al中的一种或更多种。例如，缓冲层可被实施为具有顺序的A1N(热稳定 材料）、AlGaNW及GaN层。此外，沟道层通常由GaN形成，同时势垒层通常由AlGaN形成。 进一步,盖层可由GaN形成。
[0009] 源极金属接触和漏极金属接触通常通过在层状结构的顶表面上（如果存在的话， 在覆盖层的顶表面上，或当不存在覆盖层时在势垒层的顶表面上）形成纯化层例如氮化娃 层。然后，图案化光刻胶层被形成在纯化层上。
[0010] 在图案化光刻胶层已经被形成之后，纯化层的暴露区域、覆盖层的底层 (underlying)部分（如果存在的话）W及势垒层的底层部分使用包括CHF3、CF4、Ar和〇2的 气体组合被干蚀刻达预定时间段。
[0011] 干蚀刻形成延伸通过纯化层、通过覆盖层（如果存在的话）并且进入势垒层的源 极金属接触开口和漏极金属接触开口。控制金属接触开口的深度非常困难，运是因为蚀刻 非常短，通常几秒钟。结果，金属接触开口的底表面常延伸通过势垒层并且进入沟道层。
[0012] 然后，金属层被沉积W位于纯化层上方，并且填充金属接触开口。金属层然后被平 面化W暴露纯化层的顶表面，并且分别在源极金属接触开口和漏极金属接触开口中形成源 极金属接触和漏极金属接触。
【发明内容】
[0013] 本发明提供了形成具有高电子迁移率晶体管（HEMT)的集成电路的方法，该高电 子迁移率晶体管在暴露势垒层而不暴露沟道层的金属接触开口中具有金属接触。该方法包 括使用第一气体组合蚀刻层状结构，从而形成数个金属接触开口。层状结构包括接触衬底 并位于衬底上方的缓冲层、接触缓冲层并位于缓冲层上方的沟道层W及接触沟道层并位于 沟道层上方的势垒层。每个金属接触开口都具有位于沟道层的顶表面上方并与沟道层的顶 表面间隔开的第一底表面。该方法还包括使用第二气体组合蚀刻层状结构，从而加深每个 金属接触开口的第一底表面距位于第一底表面下方的第二底表面一距离。第二底表面位于 沟道层的顶表面上方并与沟道层的顶表面间隔开。
[0014] 本发明还提供了形成具有金属接触开口中的肥MT金属接触的集成电路的替换性 方法，该金属接触开口暴露势垒层而不暴露沟道层。该方法包括使用包含=氯化棚度CI3) 和六氣化硫（SFe)的气体组合蚀刻势垒层，从而形成数个金属接触开口。势垒层被形成在 沟道层上，并且包括氮化嫁（GaN)D每个金属接触开口都具有位于沟道层的顶表面上方并 与沟道层的顶表面间隔开的底表面。该方法还包括使用包含=氯化棚度CI3)和氯气（Clz) 的气体组合蚀刻由金属接触开口暴露的势垒层，从而加深金属接触开口到第二底表面。第 二底表面位于沟道层的顶表面上方并与沟道层的顶表面间隔开。
【附图说明】
[0015] 图1-5是示出形成包括III-N族高电子迁移率晶体管（HEMT)的集成电路的方法 的示例的横截面图。
【具体实施方式】
[0016] 图1-5示出形成包括III-N族高电子迁移率晶体管（HEMT)的集成电路的示例方 法100。该方法使用两步蚀刻工艺形成在III-N族HEMT中的金属接触开口，该金属接触开 口的深度易于控制且不延伸到沟道层中。
[0017] 如图1所示，方法100使用传统形成的III-N族肥MT108。肥MT108进而包括单 晶、轻渗杂的、P型娃半导体衬底110(如，<111〉）W及被形成在衬底110顶表面上的层状结 构112。 阳01引层状结构112进而包括接触衬底110的缓冲层114、接触缓冲层114的沟道层116W及接触沟道层116的势垒层。进一步，层状结构112可W可选地包括位于势垒层118上 方的覆盖层120。
[0019] 缓冲层114由于晶格失配提供衬底100和沟道层116之间的过渡层。沟道层116 和势垒层118具有不同的极化特性和诱导位于沟道层116顶部的两维电子气（2DEG)的形 成的带隙。覆盖层120提供增强的可靠性。
[0020] 层状结构112中每个层都可被实施为具有一个或更多顺序的（sequential)III族 氮化物层，其中III族包括In、Ga、和Al中的一种或多种。例如，缓冲层114可被实施为具 有顺序的AlN(热稳定材料）层、AlGaN层和GaN层。此外，沟道层116可由GaN形成，同时 势垒层118可由AlGaN形成。进一步，覆盖层120可由GaN形成。
[0021] 进一步，HEMT108包括接触层状结构112的顶表面（如果存在覆盖层120,在覆盖 层120的顶表面上，或当不存在覆盖层120时在势垒层118的顶表面上）的纯化层122。纯 化层122可W被实施为具有例如氮化娃层。
[0022] 如图1进一步所示，方法100通过在纯化层122上形成图案化光刻胶层124开始。 图案化光刻胶层124是W传统方式形成的，传统方式包括沉积光刻胶层；将光投射通过称 为掩膜的图案化黑色/透明玻璃板从而在光刻胶层上形成图案化图像，W软化曝光的光刻 胶区域；并且除去软化的光刻胶区域。 阳02引如图2所示，在图案化光刻胶层124已经被形成之后，纯化层122的曝光区域、覆 盖层120的底层部分（当存在时）W及势垒层118的底层部分使用包含=氯化棚度CI3)和 六氣化硫（SFe)的气体组合被干蚀刻，从而形成源极金属接触开口 132和漏极金属接触开 日 132。
[0024] 每个金属接触开口 132具有位于沟道层116的顶表面上方并与沟道层116的顶表 面相隔开的底表面136。在本示例中，使用W下蚀刻条件： 阳0巧]压力：19mT-21mT(优选 20mT);
[0026] TCPRF:200W-400W(优选 300W);
[0027] 偏置RF:47. 5W-52. 5W(优选 50W);
[0028] BCl3:20ccm-30ccm(优选 25ccm);
[0029] SF6:45ccm-65ccm(优选 55ccm); W30]He巧位（clamp) :5T-10T(优选 6T) ;W及
[0031] 溫度：45°C(degC)-65°C(优选 55°C)。
[0032] BCls和SFe气体组合在上述条件下向下蚀刻进入势垒层1