氮化镓晶体管及其制作方法技术

本发明专利技术涉及半导体技术，尤其涉及一种氮化镓晶体管及其制作方法。其中，氮化镓晶体管，包括：硅衬底层；氮化镓缓冲层，所述氮化镓缓冲层制作于所述硅衬底层表面；氮化铝镓势垒层，所述氮化铝镓势垒层制作于所述氮化镓缓冲层表面；氮化硅钝化层，所述氮化硅钝化层制作于所述氮化铝镓势垒层表面；所述氮化硅钝化层上分别设置有源极、漏极及栅极，所述源极、所述漏极及所述栅极穿透所述氮化硅钝化层并延伸至所述氮化铝镓势垒层表面；其中，所述栅极与所述氮化铝镓势垒层之间设置有用于和氧相关陷阱结合的金属薄层。本发明专利技术实施例的氮化镓晶体管及其制作方法，能够改善氮化镓晶体管的电流崩塌效应。

【技术实现步骤摘要】
氮化镓晶体管及其制作方法
本专利技术涉及半导体技术，尤其涉及一种氮化镓晶体管及其制作方法。
技术介绍
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吸引了很多关注。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(3.4eV)、高电子饱和速率(2e7cm/s)、高击穿电场(1e10--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。GaN基AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HighElectronMobilityTransistor，HEMT)是功率器件中的研究热点，这是因为AlGaN/GaN异质结处形成高浓度、高迁移率的二维电子气(2DEG),同时异质结对2DEG具有良好的调节作用。由于AlGaN/GaN材料缺陷，HEMT器件会存在电流崩塌现象，降低器件的可靠性。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种氮化镓晶体管及其制作方法，以改善氮化镓晶体管的电流崩塌效应。第一方面，本专利技术实施例提供了一种一种氮化镓晶体管，包括：硅衬底层；氮化镓缓冲层，所述氮化镓缓冲层制作于所述硅衬底层表面；氮化铝镓势垒层，所述氮化铝镓势垒层制作于所述氮化镓缓冲层表面；氮化硅钝化层，所述氮化硅钝化层制作于所述氮化铝镓势垒层表面；所述氮化硅钝化层上分别设置有源极、漏极及栅极，所述源极、所述漏极及所述栅极穿透所述氮化硅钝化层并延伸至所述氮化铝镓势垒层表面；其中，所述栅极与所述氮化铝镓势垒层之间设置有用于和氧相关陷阱结合的金属薄层。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述金属薄层为铝薄层。结合第一方面的第一种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述铝薄层的厚度为28～32纳米。结合第一方面、第一方面的第一种或第二种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述硅衬底层的厚度为200微米～600微米，所述氮化镓缓冲层的厚度为2微米～4微米，所述氮化铝镓势垒层的厚度为20纳米～30纳米，所述氮化硅钝化层的厚度为30～40纳米。结合第一方面的第三种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述硅衬底层的厚度为200微米或600微米，所述氮化镓缓冲层的厚度为3微米，所述氮化铝镓势垒层的厚度为25纳米，所述氮化硅钝化层的厚度为35纳米。第二方面，本专利技术实施例提供了一种氮化镓晶体管的制作方法，包括：在硅衬底层上依次生长氮化镓缓冲层及氮化铝镓势垒层，其中所述氮化镓缓冲层位于所述硅衬底层及所述氮化铝镓势垒层之间；在所述氮化铝镓势垒层上淀积氮化硅钝化层；刻蚀所述氮化硅钝化层至所述氮化铝镓势垒层表面，分别形成源极接触孔及漏极接触孔；分别在所述源极接触孔及漏极接触孔中电子束蒸发源极金属及漏极金属，形成源极及漏极；刻蚀所述氮化硅钝化层至所述氮化铝镓势垒层表面，形成栅极接触孔；穿过所述栅极接触孔在所述氮化铝镓势垒层表面淀积用于和氧相关陷阱结合的金属薄层；在所述栅极接触孔中电子束蒸发栅极金属，形成栅极。结合第二方面，本专利技术实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述金属薄层为铝薄层。结合第二方面的第一种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中所述铝薄层的厚度为28～32纳米。本专利技术实施例的氮化镓晶体管，在栅极与氮化铝镓势垒层之间插入金属薄层，金属薄膜层能够与氧相关陷阱结合，从而减少氮化铝镓势垒层表面氧相关陷阱密度，随着氮化铝镓势垒层表面氧相关陷阱密度的减少，氮化镓晶体管的电流崩塌效应也会明显改善。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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示出了本专利技术实施例氮化镓晶体管的制作方法流程图；图2示出了本专利技术实施例氮化镓晶体管制作过程中的第一结构示意图；图3示出了本专利技术实施例氮化镓晶体管制作过程中的第二结构示意图；图4示出了本专利技术实施例氮化镓晶体管制作过程中的第三结构示意图；图5示出了本专利技术实施例氮化镓晶体管制作过程中的第四结构示意图；图6示出了本专利技术实施例氮化镓晶体管制作过程中的第五结构示意图；图7示出了本专利技术实施例氮化镓晶体管制作过程中的第六结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或器的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或器，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或器。GaN基AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管中，由于AlGaN/GaN材料缺陷，HEMT器件会存在电流崩塌现象，其中，电流崩塌现象是指材料中的缺陷陷阱俘获电子，一方面令沟道层电子减少，另一方面令能带抬高引起对沟道层的进一步耗尽，从而形成对沟道电流具有控制作用的虚栅。由于这些表面态的充放电需要时间，在直流或应力条件下会造成瞬态，在RF条件下电流的变化赶不上RF信号的频率，使器件输出功率密度和功率附加效率减小，形成崩塌。为了改善氮化镓晶体管的电流崩塌效应，本专利技术实施例提供了一种氮化镓晶体管的制作方法，如图1所示，该方法的主要处理步骤包括：步骤S11：在硅衬底层上依次生长氮化镓缓冲层及氮化铝镓势垒层，其中氮化镓缓冲层位于硅衬底层及氮化铝镓势垒层之间。如图2所示，氮化镓(GaN)缓冲层位于硅(Si)衬底层表面，氮化铝镓(AlGaN)势垒层位于氮化镓缓冲层表面，具体的，形成的硅衬底层的厚度为200微米～600微米，氮化镓缓冲层的厚度为2微米～4微米，氮化铝镓势垒层的厚度为20纳米～30纳米。优选的，硅衬底层的厚度为200微米或600微米，氮化镓缓冲层的厚度为3微米，氮化铝镓势垒层的厚度为25纳米，氮化硅钝化层的厚度为35纳米。步骤S12：在氮化铝镓势垒层上淀积氮化硅钝化层。具体的，在氮化铝镓势垒层上淀积氮化硅钝化层包括：把含有氮化硅(SiN)元素的气态反应剂引入反应室，在晶圆表面发生化学反应，从而生成氮化硅固态薄膜并淀积在氮化铝镓势垒层表面。如图3所示，淀积氮化硅钝化层位于氮化铝镓势垒层表面，氮化硅钝化层的厚度为30纳米～40纳米，例如为30纳米、31纳米、32纳米……39纳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化镓晶体管，其特征在于，包括：硅衬底层；氮化镓缓冲层，所述氮化镓缓冲层制作于所述硅衬底层表面；氮化铝镓势垒层，所述氮化铝镓势垒层制作于所述氮化镓缓冲层表面；氮化硅钝化层，所述氮化硅钝化层制作于所述氮化铝镓势垒层表面；所述氮化硅钝化层上分别设置有源极、漏极及栅极，所述源极、所述漏极及所述栅极穿透所述氮化硅钝化层并延伸至所述氮化铝镓势垒层表面；其中，所述栅极与所述氮化铝镓势垒层之间设置有用于和氧相关陷阱结合的金属薄层。

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓晶体管，其特征在于，包括：硅衬底层；氮化镓缓冲层，所述氮化镓缓冲层制作于所述硅衬底层表面；氮化铝镓势垒层，所述氮化铝镓势垒层制作于所述氮化镓缓冲层表面；氮化硅钝化层，所述氮化硅钝化层制作于所述氮化铝镓势垒层表面；所述氮化硅钝化层上分别设置有源极、漏极及栅极，所述源极、所述漏极及所述栅极穿透所述氮化硅钝化层并延伸至所述氮化铝镓势垒层表面；其中，所述栅极与所述氮化铝镓势垒层之间设置有用于和氧相关陷阱结合的金属薄层。2.根据权利要求1所述的氮化镓晶体管，其特征在于，所述金属薄层为铝薄层。3.根据权利要求2所述的氮化镓晶体管，其特征在于，所述铝薄层的厚度为28～32纳米。4.根据权利要求1～3中任一项所述的氮化镓晶体管，其特征在于，所述硅衬底层的厚度为200微米～600微米，所述氮化镓缓冲层的厚度为2微米～4微米，所述氮化铝镓势垒层的厚度为20纳米～30纳米，所述氮化硅钝化层的厚度为30纳米～40纳米。5.根据权利要求4所述的氮化镓晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘美华，孙辉，林信南，陈建国，
申请(专利权)人：北京大学，北大方正集团有限公司，深圳方正微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11