一种复合绝缘结构、晶体管以及复合绝缘结构和晶体管的制作方法技术

本发明专利技术提供了一种复合绝缘结构、晶体管以及复合绝缘结构和晶体管的制作方法，所述复合绝缘结构由AlN薄膜层以及在所述AlN薄膜层表面氧化形成的氧化层构成，其中，AlN薄膜层用于抑制由隧穿引起较大漏电流的同时提高器件的散热能力，而氧化层由于具有较低的界面态密度和较高的致密平整度，有利于后续进行电器元件制作时使用；所述晶体管中的有源层生长于复合绝缘结构中的氧化层上，其利用复合绝缘结构中氧化层表面较低的界面态密度和较高的致密平整度特点，来改善晶体管中有源层与绝缘层之间的界面特性，进而降低晶体管的漏电流、提高工作速度以及散热能力。

Composite insulation structure, transistor, composite insulation structure and manufacturing method of transistor

The invention provides a composite insulating structure, transistor, composite insulating structure and transistor fabrication method. The composite insulating structure is composed of an AlN film layer and an oxide layer formed on the surface of the AlN film layer, wherein the AlN film layer is used to suppress a larger leakage current caused by tunneling while improving the device. The active layer in the transistor grows on the oxide layer in the composite insulation structure, which utilizes the lower interface state density and the higher density and flatness of the oxide layer on the surface of the oxide layer in the composite insulation structure. Higher density and smoothness can improve the interfacial characteristics between the active layer and the insulating layer in the transistor, thereby reducing the leakage current, increasing the working speed and cooling capacity of the transistor.

【技术实现步骤摘要】
一种复合绝缘结构、晶体管以及复合绝缘结构和晶体管的制作方法
本专利技术公开涉及电子器件的
，尤其涉及一种复合绝缘结构、晶体管以及复合绝缘结构和晶体管的制作方法。
技术介绍
目前，许多电子器件采用SiO2或者SiNX等作为绝缘层材料来制备器件。随着微电子技术的快速发展，器件集成度的提高，导致器件特征尺寸的不断缩小，器件中绝缘层厚度的不断减薄导致电子越过绝缘层形成大量的隧穿漏电流，导致器件功耗大幅增加。器件特征尺寸的缩小也导致器件沟道长度缩短，虽然其增加了器件的工作速度，但是同时器件源极和漏极的耗尽区在沟道中所占比例有所提高，在未施加栅极电压时就会产生漏极电流，降低了电压对器件沟道的控制作用，降低了器件的阈值电压。同时，器件特征尺寸的缩小也导致散热问题越来越严重，较大的热功耗也严重影响了微电子技术的进一步发展。因此，如何研发一种新型的绝缘层或绝缘结构，以解决上述电子器件存在漏电流大、散热能力差等问题，成为人们亟待解决的问题。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提供了一种复合绝缘结构、晶体管以及复合绝缘结构和晶体管的制作方法，以至少解决现有电子器件存在的漏电流大、散热能力差等问题。本专利技术一方面提供了一种复合绝缘结构，另一方面还提供了一种晶体管。具体而言，一种复合绝缘结构，包括：AlN薄膜层以及在所述AlN薄膜层表面氧化形成的氧化层；所述氧化层为AlNXOY、Al2O3或两者的混合，其中，X>0、Y>0。优选，所述氧化层的表面态密度低于所述AlN薄膜层的表面态密度。进一步优选，所述氧化层的均方根粗糙度低于所述AlN薄膜层的均方根粗糙度。进一步优选，所述AlN薄膜层的厚度大于一个原子层的厚度。进一步优选，所述AlN薄膜层的均方根粗糙度小于5nm。上述任意一种复合绝缘结构的制作方法，包括如下步骤：1)在衬底表面制备AlN薄膜，备用；2)采用热氧化或热压氧化等方法对所述AlN薄膜表面进行氧化退火处理，在AlN表面形成氧化层，得到复合绝缘结构样品。一种晶体管，所述晶体管包括：有源层以及绝缘层，所述绝缘层为上述任意一种复合绝缘结构；所述有源层生长于所述复合绝缘结构中氧化层的上表面。优选，所述晶体管为场效应晶体管或薄膜晶体管。上述晶体管的制作方法，包括如下步骤：1)在衬底表面制备AlN薄膜，备用；2)采用热氧化或热压氧化等方法对所述AlN薄膜表面进行氧化退火处理，在AlN表面形成氧化层，得到复合绝缘结构样品；3)在所述复合绝缘结构样品的表面进行有源层的外延生长；4)将进行有源层外延生长后的样品进行各电极的制作，获得成品。本专利技术提供的复合绝缘结构，由两层材料构成，其中，AlN材料作为第一层，在第一层AlN的表面进行氧化处理形成的氧化物层作为第二层，该氧化层为AlNXOY、Al2O3或两者的混合，其中(X>0、Y>0)，第一层AlN用于抑制由隧穿引起较大漏电流的同时提高器件的散热能力，而第二层氧化层由于具有较低的界面态密度和较高的致密平整度，有利于后续进行电器元件制作时使用。本专利技术提供的晶体管，将晶体管中的绝缘层采用上述的复合绝缘结构，而且晶体管中的有源层生长于复合绝缘结构中的氧化层上，其利用复合绝缘结构中氧化层表面较低的界面态密度和较高的致密平整度特点，来改善晶体管中有源层与绝缘层之间的界面特性，进而降低晶体管的漏电流、提高工作速度以及散热能力。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为采用AlN为栅绝缘层的薄膜晶体管在不同栅压VG下的ID-VD图；图2为本专利技术实施例1中薄膜晶体管在不同栅压VG下的ID-VD图；图3为采用直接沉积AlN为栅绝缘层的薄膜晶体管和实施例1中薄膜晶体管的半对数坐标转移特性曲线；图4为薄膜晶体管的结构示意图，其中，1表示ZnO层、2表示AlNXOY和Al2O3的混合层、3表示AlN层、4表示Si层、D表示漏极、S表示源极、G表示栅极。具体实施方式这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本专利技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本专利技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。本实施方案提供了一种复合绝缘结构，该复合绝缘结构主要用于电子元器件的制作使用，例如进行场效应晶体管、薄膜晶体管等晶体管类元器件中的栅绝缘层使用，该复合绝缘结构为层状结构，主要由两层构成，分别为AlN薄膜层以及在AlN薄膜层表面氧化形成的氧化层，且氧化层为AlNXOY、Al2O3或两者的混合，其中(X>0、Y>0)。该复合绝缘结构，相比现有技术中采用的SiO2或者SiNX，具有更高的介电常数和热导率，可采用较大厚度的复合绝缘结构作为绝缘层获得等效电容，抑制隧穿引起漏电流，并提高电子器件的散热能力。该复合绝缘结构的具体制作方法如下：1)在衬底表面制备AlN薄膜，备用；2)将所述AlN薄膜放入管式退火炉或热压退火炉等氧化处理装置中，将高纯氧或含氧气体通入退火炉中，固定氧源流量，升高退火炉温度为400～1000℃，进行5～30min的氧化处理，随后降低至室温，取出复合绝缘结构样品。上述制作方法中，步骤1)中的AlN薄膜可采用分子束外延、溅射、化学气相沉积、金属氧化物化学气相沉积、蒸发或HVPE等方法制作获得，优选，AlN薄膜具有均方根粗糙度低于5nm的致密形貌，从而有利于提高绝缘层与有源层界面处载流子的迁移率，AlN薄膜层的厚度大于一个原子层的厚度，从而抑制由隧穿引起的较大的漏电流同时提高器件的散热能力；步骤2)通过在高于AlN生长温度的条件下进行AlN薄膜的氧化，使得获得的氧化层表面粗糙度降低，有利于在后续生长有源层时获得光滑平整的界面，优选，氧化层的表面态密度低于AlN薄膜层的表面态密度，同时氧化层的均方根粗糙度低于AlN薄膜层的均方根粗糙度，从而利用改善了的界面特性提高器件工作速度。其中，上述复合绝缘结构的具体制作方法中，步骤1)中的衬底可为Si、Ge、SiGe、SiC、GaAs、GaN、InP、InAs等其他III/V或II/VI族化合物半导体、玻璃、石英及各种柔性衬底等。本实施方案提供了一种晶体管，该晶体管包括：有源层以及绝缘层，其中，绝缘层由两层材料构成，分别为AlN薄膜层以及在AlN薄膜层表面氧化形成的氧化层，且氧化层为AlNXOY、Al2O3或两者的混合，其中(X>0、Y>0)，而有源层生长于所述氧化层的上表面。上述晶体管的具体制作方法如下：1)在衬底表面制备AlN薄膜，备用；2)将所述AlN薄膜放入管式退火炉或热压退火炉等氧化处理装置中，将高纯氧或含氧气体通入退火炉中，固定氧源流量，升高退火炉温度为400～1000℃，进行5～30min的氧化处理，随后降本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合绝缘结构，其特征在于，包括：AlN薄膜层以及在所述AlN薄膜层表面氧化形成的氧化层；所述氧化层为AlNXOY、Al2O3或两者的混合，其中，X>0、Y>0。

【技术特征摘要】
1.一种复合绝缘结构，其特征在于，包括：AlN薄膜层以及在所述AlN薄膜层表面氧化形成的氧化层；所述氧化层为AlNXOY、Al2O3或两者的混合，其中，X>0、Y>0。2.根据权利要求1所述复合绝缘结构，其特征在于，所述氧化层的表面态密度低于所述AlN薄膜层的表面态密度。3.根据权利要求1所述复合绝缘结构，其特征在于，所述氧化层的均方根粗糙度低于所述AlN薄膜层的均方根粗糙度。4.根据权利要求1所述复合绝缘结构，其特征在于，所述AlN薄膜层的厚度大于一个原子层的厚度。5.根据权利要求1所述复合绝缘结构，其特征在于，所述AlN薄膜层的均方根粗糙度小于5nm。6.一种制作权利要求1～5任一所述复合绝缘结构的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在衬底表面制备AlN薄膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴国光，姜楠，张宝林，杜国同，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22