GaN高電子遷移率晶體管復(fù)合介質(zhì)絕緣柵的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種GaN高電子遷移率晶體管復(fù)合介質(zhì)絕緣柵的制造方法,其通過(guò)熱氧化方法將AlGaN表面氧化為氧化鋁,能夠有效降低介質(zhì)與半導(dǎo)體之間的界面態(tài)。通過(guò)選擇合適的鈦金屬,提高了HEMT器件的跨導(dǎo)。整個(gè)制造工藝與現(xiàn)有GaN?HEMT工藝完全兼容。
【專利說(shuō)明】GaN高電子遷移率晶體管復(fù)合介質(zhì)絕緣柵的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種GaN高電子遷移率晶體管復(fù)合介質(zhì)絕緣柵的制造方法,屬于半導(dǎo)體工藝領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]第三代半導(dǎo)體材料GaN相對(duì)于硅(Si)材料具有禁帶寬度寬、臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)大、飽和漂移速度高、介電常數(shù)小以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn),尤其是基于GaN材料的鋁鎵氮/氮化鎵(AlGaN/GaN)異質(zhì)結(jié)構(gòu)更是具有高電子遷移率的特點(diǎn)。使得基于AlGaN/GaN結(jié)構(gòu)的高電子遷移率晶體管(High Electron Mobility Transistor, HEMT)功率電子器件具有高頻率、高耐壓、高工作溫度和小體積等優(yōu)點(diǎn),使其在高性能、低成本的新型功率電子器件研究中成為熱點(diǎn)。增強(qiáng)型器件是電力電子系統(tǒng)的首選器件,可以簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu),提高系統(tǒng)的安全性。而傳統(tǒng)的GaN HEMT器件均為耗盡型器件,無(wú)法滿足系統(tǒng)需求。在AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)材料上實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型器件的途徑主要有以下幾種:1.通過(guò)勢(shì)壘層減薄,降低柵下溝道二維電子氣濃度,實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型;2.通過(guò)在柵下方進(jìn)行氟(F)離子注入,降低二維電子氣濃度,實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型;3.通過(guò)外延的方法生長(zhǎng)P型帽層,通過(guò)器件工藝僅保留柵下方的P型帽層,實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型。其中,勢(shì)壘層減薄的方法具有工藝簡(jiǎn)單,要求材料結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),但是過(guò)薄的勢(shì)壘層容易引起較大的柵漏電,并降低器件的擊穿電壓。因此,在采用勢(shì)壘層減薄法實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型GaN HEMT器件時(shí),通常在柵下引入介質(zhì)實(shí)現(xiàn)金屬_絕緣體_半導(dǎo)體(Metal-1nsulator-Semiconductor, MIS)的絕緣柵結(jié)構(gòu)。
[0003]比較有代表性的MIS結(jié)構(gòu)GaN HEMT功率電子器件是日本富士通公司報(bào)道的采用原子層淀積(ALD)制作的氧化鋁(Al2O3)絕緣柵介質(zhì)的MIS結(jié)構(gòu)GaN HEMT。而采用常規(guī)方法制作絕緣柵介質(zhì),容易在介質(zhì)和半導(dǎo)體之間產(chǎn)生較高的界面態(tài)。界面態(tài)將嚴(yán)重的影響器件性能,如引起器件閾值電壓漂移等,嚴(yán)重影響器件的可靠性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]發(fā)明目的:本發(fā)明提出一種GaN高電子遷移率晶體管復(fù)合介質(zhì)絕緣柵的制造方法,
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種GaN高電子遷移率晶體管復(fù)合介質(zhì)絕緣柵的制造方法,選用已完成歐姆金屬制作的AlGaN/GaN異質(zhì)材料基片,包括以下步驟:
[0006]I)在所述基片上生長(zhǎng)氮化硅層;
[0007]2)通過(guò)光刻工藝和刻蝕工藝,于所述氮化硅層中刻蝕柵腳圖形;
[0008]3)在與所述柵腳圖形對(duì)應(yīng)的AlGaN層中刻蝕接觸槽;
[0009]4 )所述接觸槽表面氧化形成氧化鋁層;
[0010]5)在整個(gè)基片表面淀積金屬層,然后將該金屬層氧化;
[0011]6)在所述接觸槽和柵腳圖形內(nèi)制做柵帽。
[0012]作為本發(fā)明的一種改進(jìn),所述步驟I)中在基片上使用PECVD工藝生長(zhǎng)氮化硅層。所述步驟2)中使用RIE工藝于所述氮化硅層中刻蝕柵腳。所述步驟3)中在與所述柵腳圖形對(duì)應(yīng)的AlGaN層中利用ICP工藝刻蝕接觸槽。
[0013]作為本發(fā)明的又一種改進(jìn),所述步驟5)中利用電子束蒸鍍工藝在整個(gè)基片表面淀積金屬層。所述步驟5)中淀積的金屬層為鈦金屬層。
[0014]作為本發(fā)明的更進(jìn)一步改進(jìn),所述步驟6)中使用電子束蒸鍍工藝制做柵帽。
[0015]有益效果:本發(fā)明通過(guò)熱氧化方法將AlGaN表面氧化為氧化鋁,能夠有效降低介質(zhì)與半導(dǎo)體之間的界面態(tài)。通過(guò)選擇合適的鈦金屬,提高了 HEMT器件的跨導(dǎo)。整個(gè)制造工藝與現(xiàn)有GaN HEMT工藝完全兼容。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1至圖10為本發(fā)明制造形成半導(dǎo)體器件的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例,進(jìn)一步闡明本發(fā)明,應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍,在閱讀了本發(fā)明之后,本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等同形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0018]如圖1所示,首先選取已完成歐姆金屬制作的AlGaN/GaN異質(zhì)材料基片,所述基片最下層為GaN層I,該GaN層I上方為AlGaN層2。所述AlGaN層2上通過(guò)合金工藝形成源、漏歐姆接觸,源漏極3為鈦/鋁/鈦/金結(jié)構(gòu)。GaN層I與AlGaN層2之間的異質(zhì)結(jié)界面處形成三角形勢(shì)肼,電子在三角形勢(shì)肼中的遷移率很高。在所述基片上利用等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積工藝生長(zhǎng)厚度為150nm的氮化硅層4,該氮化硅層4覆蓋了 AlGaN層2和源漏極3。
[0019]圖2所示,經(jīng)過(guò)涂布光刻膠、曝光顯影后,在所述氮化硅層4上形成具有柵腳圖案的光刻膠層5。
[0020]圖3中以該光刻膠層5為掩膜,使用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)工藝在氮化硅層4中刻蝕柵腳圖形6,刻蝕時(shí)間100s??涛g完成后用丙酮超聲去除基片表面殘余的光刻膠,形成氮化硅層4中的柵腳圖形6,如圖4所示。
[0021]此時(shí)AlGaN層2中與所述柵腳圖形6相對(duì)應(yīng)的一部分露出,使用電感耦合等離子體刻蝕(ICP)工藝在氯氣氛圍中將上述露出部分的AlGaN層2刻蝕掉7nm,刻蝕時(shí)間為120s,如圖5所示。
[0022]如圖6所示,為了降低柵帽與AlGaN材料之間的界面態(tài),使用氧化爐在氧氣氛圍、550攝氏度的條件下,將位于露出部被刻蝕后的AlGaN層2平面部分氧化成氧化鋁層7。氧化爐是以10°c /min的速率緩慢地從室溫加熱到550°C。
[0023]利用電子束蒸鍍工藝在整個(gè)基片表面淀積一層IOnm的金屬鈦層8,如圖7所示,所述金屬鈦層8覆蓋了柵腳圖形6以外的氮化硅層4、柵腳圖形6的側(cè)面以及所述氧化鋁層7。
[0024]如圖8所示,然后再次利用氧化爐在氧氣氛圍中,從室溫以10°C /min的速率緩慢加熱到550°C,將金屬鈦層8氧化為二氧化鈦層9。
[0025]最后一步是制作柵帽11,先經(jīng)過(guò)光刻膠涂布、曝光顯影后獲得帶有柵帽圖案光刻膠層10,圖9所示。
[0026]再利用電子束蒸鍍和剝離工藝在柵腳圖形6內(nèi)由下而上地淀積Ti和Au金屬形成Ti/Au結(jié)構(gòu),厚度分別為20nm和200nm,并去除多余的帶有柵帽圖案光刻膠層10,最后形成Ti/Au結(jié)構(gòu)的柵帽11,圖10所示。值得注意的是,二氧化鈦層9與氧化鋁層7由上至下地位于柵帽11與AlGaN層2之間,其中二氧化鈦層9能夠有效提升器件的跨導(dǎo)。
【權(quán)利要求】
1.一種GaN高電子遷移率晶體管復(fù)合介質(zhì)絕緣柵的制造方法,選用已完成歐姆 金屬制作的AlGaN/GaN異質(zhì)材料基片,其特征在于,包括以下步驟: 1)在所述基片上生長(zhǎng)氮化硅層; 2)通過(guò)光刻工藝和刻蝕工藝,于所述氮化硅層中刻蝕柵腳圖形; 3)在與所述柵腳圖形對(duì)應(yīng)的AlGaN層中刻蝕接觸槽; 4)所述接觸槽表面氧化形成氧化鋁層; 5)在整個(gè)基片表面淀積金屬層,然后將該金屬層氧化; 6)在所述接觸槽和柵腳內(nèi)制做柵帽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN高電子遷移率晶體管復(fù)合介質(zhì)絕緣柵的制造方法,其特征在于,所述步驟I)中在基片上使用PECVD工藝生長(zhǎng)氮化硅層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN高電子遷移率晶體管復(fù)合介質(zhì)絕緣柵的制造方法,其特征在于,所述步驟2)中使用RIE工藝于所述氮化硅層中刻蝕柵腳。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN高電子遷移率晶體管復(fù)合介質(zhì)絕緣柵的制造方法,其特征在于,所述步驟3)中在與所述柵腳圖形對(duì)應(yīng)的AlGaN層中利用ICP工藝刻蝕接觸槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN高電子遷移率晶體管復(fù)合介質(zhì)絕緣柵的制造方法,其特征在于,所述步驟5)中利用電子束蒸鍍工藝在整個(gè)基片表面淀積金屬層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的GaN高電子遷移率晶體管復(fù)合介質(zhì)絕緣柵的制造方法,其特征在于,所述步驟5)中淀積的金屬層為鈦金屬層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN高電子遷移率晶體管復(fù)合介質(zhì)絕緣柵的制造方法,其特征在于,所述步驟6)中使用電子束蒸鍍工藝制做柵帽。
【文檔編號(hào)】H01L21/28GK103745922SQ201310686471
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】孔岑, 周建軍, 孔月嬋 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所