高电子迁移率晶体管及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种高电子迁移率晶体管及其制作方法，涉及半导体元器件技术，该高电子迁移率晶体管包括：半导体有源层，该半导体有源层包括自下而上依次形成AlGaN层、GaN层和AlN层，其中，AlN层的厚度小于AlGaN层的厚度；覆盖在半导体有源层上的介质层；穿过介质层，且暴露半导体有源层的第一接触孔；形成在第一接触孔中的栅电极。解决了现有的高电子迁移率晶体管栅漏电较大的问题。

【技术实现步骤摘要】
高电子迁移率晶体管及其制作方法
本专利技术涉及半导体元器件技术，尤其涉及一种高电子迁移率晶体管及其制作方法。
技术介绍
GaN(氮化镓)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。在大功率器件中，高电子迁移率晶体管是研究热点，其包含的半导体有源层是研究的关键，该半导体有源层包括自下而上依次形成的衬底、GaN层和AlGaN(氮化镓铝)层。AlGaN层与GaN层之间的异质结处能形成高浓度、高迁移率的2DEG(Two-dimensionalelectrongas，二维电子气),同时异质结对2DEG具有良好的调节作用。2DEG作为沟道可显著提升高迁移率晶体管的性能。但是在现有高电子迁移率晶体管的半导体有源层中，AlGaN层较厚，通常超过30nm，使得栅电极底部到沟道的距离相对较大，且AlGaN层中具有缺陷，由于AlGaN层较厚，栅电极底部到沟道之间的缺陷也较多，导致产生较大的栅漏电，从而妨碍了高迁移率晶体管性能的提升。
技术实现思路
本专利技术提供一种高电子迁移率晶体管及其制作方法，解决了现有的高电子迁移率晶体管栅漏电较大的问题。本专利技术实施例一方面提供一种高电子迁移率晶体管，包括：半导体有源层，所述半导体有源层包括自下而上依次形成AlGaN层、GaN层和AlN层，所述AlN层的厚度小于所述AlGaN层的厚度；覆盖在所述半导体有源层上的介质层；穿过所述介质层，且暴露所述半导体有源层的第一接触孔；形成在所述第一接触孔中的栅电极。本专利技术实施例另一方面提供一种高电子迁移率晶体管的制作方法，包括：形成半导体有源层，所述半导体有源层包括自下而上依次形成AlGaN层、GaN层和AlN层，所述AlN层的厚度小于所述AlGaN层的厚度；在所述半导体有源层上形成介质层；在所述介质层上形成暴露所述半导体有源层的第一接触孔；在所述第一接触孔中形成栅电极。本专利技术提供的高电子迁移率晶体管及其制作方法中，由于半导体有源层包括自下而上依次形成AlGaN层、GaN层和AlN层，在GaN层和AlN层之间会形成一个势垒层，这个势垒层用作该高电子迁移率晶体管的沟道，并且由于AlN层的厚度小于AlGaN层的厚度，使得第一接触孔中栅电极的底部与沟道之间的距离减小，同时由于AlN层中的缺陷浓度小于AlGaN层中的缺陷浓度，使得栅电极底部与沟道之间的缺陷显著减小，从而显著减小了栅电极漏电，提升了高迁移率晶体管的性能。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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本专利技术实施例一提供的一种高电子迁移率晶体管的示意图；图2为本专利技术实施例一提供的另一种高电子迁移率晶体管的示意图；图3为本专利技术实施例一提供的又一种高电子迁移率晶体管的示意图；图4为本专利技术实施例二提供的高电子迁移率晶体管的制作方法的流程图；图5a～图5h为本专利技术实施例三提供的高电子迁移率晶体管的制作方法中各步骤形成的结构示意图；图6a～图6j为本专利技术实施例四提供的高电子迁移率晶体管的制作方法中各步骤形成的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。实施例一图1为本专利技术实施例一提供的一种高电子迁移率晶体管的示意图。如图1所示，该高电子迁移率晶体管包括半导体有源层11、介质层12和栅电极14。其中，半导体有源层11包括自下而上依次形成AlGaN层112、GaN层113和AlN层114，该AlN层114的厚度小于该AlGaN层112的厚度。介质层12覆盖在半导体有源层11上，且在介质层12上设置有穿过该介质层12，并暴露该半导体有源层11的第一接触孔13。栅电极14形成在该接触孔中。与现有技术不同的是，本实施例提供的高电子迁移率晶体管将现有高电子迁移率晶体管中的AlGaN层112与GaN层113交换了一下位置，并且在位于上层的GaN层113上形成了AlN层114。AlGaN层112与GaN层113的厚度均与现有技术相同。该高电子迁移率晶体管中，AlGaN层112与GaN层113之间会形成现有技术所述的二维电子气，且AlN层114与GaN层113之间会形成一个较薄的势垒层，相比于二维电子气与栅电极14底部之间的距离，势垒层与栅电极14底部之间的距离更近一些，因此可以将该势垒层作为沟道。AlN层114的厚度就相当于栅电极底部与沟道之间的距离。现有的高电子迁移率晶体管中，AlGaN层是半导体有源层中的顶层，AlGaN层的厚度就相当于栅电极底部与沟道之间的距离。本实施例中，当AlN层114的厚度小于AlGaN层112的厚度时，相比于现有的高电子迁移率晶体管，栅电极14底部与沟道的距离更小。在使用该晶体管时，栅漏电就会更小。图2为本专利技术实施例一提供的另一种高电子迁移率晶体管的示意图。图2所示的晶体管结构与图1所示的晶体管结构不同之处在于：栅电极14的底部嵌入AlN层中。这样设置使得栅电极14与半导体有源层11形成肖特基接触，从而使得栅电极14的正向导通门限电压和正向压降均显著降低。并且能使栅电极14与沟道的距离更小。图3为本专利技术实施例一提供的又一种高电子迁移率晶体管的示意图。图3所示的晶体管结构与图1和图2所示的晶体管结构不同之处在于：该晶体管还包括形成在第一接触孔13中的栅绝缘层15，该栅绝缘层15位于栅电极14与AlN层114之间，且栅绝缘层15的厚度与AlN层114的厚度之和小于AlGaN层的厚度。AlN层114中存在缺陷，虽然该缺陷浓度小于AlGaN层112中的缺陷浓度，但是有缺陷存在也会导致栅电极漏电。通过在栅电极14与AlN层114之间设置栅绝缘层，可以改善栅电极金属和AlN层114之间的界面态，从而减少缺陷对栅电极的影响，从而改善栅漏电。另外，通过限制栅绝缘层15的厚度与AlN层114的厚度之和小于AlGaN层的厚度，可以避免增加栅绝缘层15后，栅电极14的底部与沟道间距离增加过多导致的栅漏电大于现有技术的情况。通常情况下，AlN层114的厚度为11nm～17nm，栅绝缘层15的厚度为5nm～7nm，这两者之和小于现有AlGaN层的厚度(＞30nm)。上述实施例中，栅绝缘层的材料可以为Si3N4。以保证栅电极14与半导体有缘层之间的可靠绝缘以及更好地改善栅电极金属和AlN层114之间的界面态。上述的高电子迁移率晶体管还包括穿过介质层12，且与半导体有源层11接触的源电极16和漏电极17。另外，本实施例中，如图1～图3所示，半导体有源层11还包括衬底111，衬底可以包括但不限于SiC、Si或者蓝宝石。本实施例提供的高电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高电子迁移率晶体管，其特征在于，包括：半导体有源层，所述半导体有源层包括自下而上依次形成AlGaN层、GaN层和AlN层，所述AlN层的厚度小于所述AlGaN层的厚度；覆盖在所述半导体有源层上的介质层；穿过所述介质层，且暴露所述半导体有源层的第一接触孔；形成在所述第一接触孔中的栅电极。

【技术特征摘要】
1.一种高电子迁移率晶体管，其特征在于，包括：半导体有源层，所述半导体有源层包括自下而上依次形成AlGaN层、GaN层和AlN层，所述AlN层的厚度小于所述AlGaN层的厚度；覆盖在所述半导体有源层上的介质层；穿过所述介质层，且暴露所述半导体有源层的第一接触孔；形成在所述第一接触孔中的栅电极。2.根据权利要求1所述的高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述栅电极的底部嵌入所述AlN层中。3.根据权利要求1所述的高电子迁移率晶体管，其特征在于，还包括形成在所述第一接触孔中的栅绝缘层，所述栅绝缘层位于所述栅电极与所述AlN层之间；所述栅绝缘层的厚度与所述AlN层的厚度之和小于所述AlGaN层的厚度。4.根据权利要求3所述的高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述栅绝缘层的材料为Si3N4。5.根据权利要求1所述的高电子迁移率晶体管，其特征在于，还包括穿过所述介质层，且与所述半导体有源层接触的源电极和漏电极。6.一种高电子迁移率晶体管的制作方法，其特征在于，包括：形成半导体有源层，所述半导体有源层包括自下而上依次形成AlGaN层、GaN层和AlN层，所述AlN层的厚度小于所述AlGaN层的厚度；在所述半导体有源层上形成介质层；在所述介质层上形成暴露所述半导体有源层的第一接触孔；在所述第一接触孔中形成栅电极。7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，形成所述第一接触孔的步骤具体包括：利用光刻工艺对所述...

【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