一种晶体管及其制作方法技术

本发明专利技术提供了一种晶体管，由下往上依次包括衬底、绝缘介质层以及金属硅化物层，在所述金属硅化物层上的两端设有有源区，所述有源区延伸至所述衬底，在所述有源区上依次生长出缓冲层和非掺杂GaN层，所述非掺杂GaN层和所述金属硅化物层之间形成高浓二位电子气沟道，所述非掺杂GaN层的表面和所述高浓二位电子气沟道的侧壁上覆盖有异质结构势垒层，所述异质结构势垒层和所述金属硅化物层之间形成栅极导电沟道，在所述异质结构势垒层上和所述金属硅化物层上覆盖有绝缘栅介质层，所述绝缘栅介质层的两端分别设有源极和漏极，所述栅极导电沟道处的所述绝缘栅介质层上设有栅极，本发明专利技术还提供的一种晶体管制作方法，使晶体管的栅极不易漏电。

A Transistor and Its Fabrication Method

【技术实现步骤摘要】
一种晶体管及其制作方法
本专利技术属于半导体器件
，更具体地说，是涉及一种晶体管及其制作方法。
技术介绍
GaN宽禁带半导体材料，相比于Si材料，具有高的击穿电场(高达3MV/cm)、高的饱和电子漂移速度和良好的热导率等优越的性能，适合制作应用于高频和高功率的功率器件。GaN材料具有较强的极化效应，极化方向上生长的AlGaN/GaN异质结的界面由于极化效应形成1013cm-2左右高浓度和高电子迁移率的二维电子气(2DEG)，使得AlGaN/GaN异质结场效应晶体管(HFETs)具有极低的导通电阻，非常适合制作功率开关器件。因此利用具有2DEG的GaN异质结构来制备高性能的常关型功率开关器件，是实现GaN功率开关器件实用化目标的重要课题。增强型GaN功率开关器件一般由P-GaN和凹栅两种工艺途径实现。P-GaN的增强型GaN功率开关器件的阈值电压仅能达到3v左右，栅压摆幅较小，可靠性不佳；凹栅的增强型GaN功率开关器件，能够实现高阈值电压，和足够大的栅压摆幅，但因刻蚀引入的界面态及晶格损伤不利于发挥器件的性能。通过以上两种工艺的形成的增强型GaN功率开关器件的栅极，栅极通常为平面栅，不能有效的分解栅极处的电场，易发生栅极漏电，从而导致增强型GaN功率开关器件失效。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种晶体管，以解决现有技术中存在的增强型GaN功率开关器件的栅极通常为平面栅，不能有效的分解栅极处的电场，易发生栅极漏电，从而导致增强型GaN功率开关器件失效的技术问题。为实现上述目的之一，本专利技术采用的技术方案是：提供一种晶体管，由下往上依次包括衬底、绝缘介质层以及金属硅化物层，在所述金属硅化物层上的两端设有有源区，所述有源区延伸至所述衬底，在所述有源区上依次生长出缓冲层和非掺杂GaN层，所述非掺杂GaN层和所述金属硅化物层之间形成高浓二位电子气沟道，所述非掺杂GaN层的表面和所述高浓二位电子气沟道的侧壁上覆盖有异质结构势垒层，所述异质结构势垒层和所述金属硅化物层之间形成栅极导电沟道，在所述异质结构势垒层上和所述金属硅化物层上覆盖有绝缘栅介质层，所述绝缘栅介质层的两端分别设有源极和漏极，所述栅极导电沟道处的所述绝缘栅介质层上设有栅极。本专利技术提供的一种晶体管的有益效果在于：与现有技术相比，本专利技术一种晶体管，该晶体管的栅极导电沟道和栅极能够实现高的阈值电压，和足够大的栅极电压摆幅，以及能有效的分解栅极处的电场，栅极不易漏电，提高了栅极的耐压性，使晶体管不易失效。该晶体管的金属硅化物层使绝缘栅介质层之间导通，栅极的电场平滑分布。非掺杂GaN层的表面和高浓二位电子气沟道的侧壁上覆盖有异质结构势垒层，即高浓二位电子气沟道的侧壁上具有异质结构势垒层，高浓二位电子气沟道的侧壁上的异质结构势垒层实现了晶体管的常关断性能。进一步地，所述缓冲层的厚度小于所述绝缘介质层的厚度。进一步地，所述金属硅化物层与所述异质结构势垒层焊接导通。进一步地，所述衬底为单晶硅或碳化硅或蓝宝石；所述绝缘介质层为SiO2或Al2O3。进一步地，所述金属硅化物层由单晶硅或多晶硅与金属经快速退火或合金而成，所述金属为Ti、W和Al中的一种或多种。进一步地，所述缓冲层为AlN及GaN交替生长而成，厚度为1000-5000nm；所述非掺杂GaN层的厚度为10-5000nm；所述异质结构势垒层的材料为AlGaN、AlInN、AlInGaN、AlN中的一种或多种，所述异质结构势垒层厚度为1-50nm。进一步地，所述绝缘栅介质层的材料为SiO2、SiNx、Al2O3、AlN、HfO2、MgO、Sc2O3、Ga2O3、AlHfOx或HfSiON，所述绝缘栅介质层的厚度为1-100nm；所述源极和所述漏极的材料为Ti/Al/Ni/Au合金、Ti/Al/Ti/Au合金或Ti/Al/Mo/Au合金；所述栅极的材料为Ni/Au合金、Pt/Al合金或Pd/Au合金。本专利技术的目的之二在于提供一种晶体管制作方法，为实现上述目的之二，本专利技术采用的技术方案是：提供一种晶体管制作方法，包括以下步骤：S1：在衬底上依次生长绝缘介质层、单晶硅、金属以及耐高温氧化物介质层，或在衬底上依次生长绝缘介质层、多晶硅、金属以及耐高温氧化物介质层；S2：通过快速退火使单晶硅或多晶硅与金属形成金属硅化物层；S3：通过光刻和刻蚀在耐高温氧化物介质层的两端均形成有源区，有源区延伸到衬底；S4：采用金属有机化学气相沉积法或分子束外延法由下往上依次在有源区生长出缓冲层、非掺杂GaN层、异质结构势垒层，并形成高浓二位电子气沟道；S5：通过湿法技术，去除耐高温氧化物介质层；S6：使用金属有机化学气相沉积法或分子束外延法在高浓二位电子气沟道内生长异质结构势垒层，形成栅极导电沟道；S7：在异质结构势垒层和金属硅化物层的表面沉积绝缘栅介质层；S8：干法刻蚀完成器件隔离，在绝缘栅介质层的两端刻蚀出源漏极欧姆接触区域；S9：在栅极导电沟道处的绝缘栅介质层上蒸镀栅极。进一步地，在步骤S3和步骤S4之间进行以下步骤：步骤S3a：通过酸性或碱性漂洗，清除有源区中衬底表面的绝缘介质层。进一步地，所述耐高温氧化物介质层的材料为SiO2、AlO3、SiN或硼硅玻璃。本专利技术提供的一种晶体管制作方法的有益效果在于：与现有技术相比，本专利技术一种晶体管制作方法中，高浓二位电子气沟道中的异质结构势垒层是通过金属有机化学气相沉积法或分子束外延法生成的，从而形成栅极导电沟道，避免了通过刻蚀形成栅极导电沟道，避免了对晶体管的晶格的损伤，提高了晶体管的栅极电压的控制能力。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，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为本专利技术实施例提供的一种晶体管的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种晶体管制作方法的流程示意图一；图3为本专利技术实施例提供的一种晶体管制作方法的流程示意图二；图4-9为本专利技术实施例提供的一种晶体管制作方法的工艺示意图。其中，图中各附图标记：1、衬底；2、绝缘介质层；3、金属硅化物层；31、有源区；4、异质结构势垒层；5、缓冲层；6、非掺杂GaN层；7、高浓二位电子气沟道；8、栅极导电沟道；9、耐高温氧化物介质层；10、绝缘栅介质层；101、源极；102、漏极；103、栅极；104、源漏极欧姆接触区域。具体实施方式为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶体管，其特征在于，由下往上依次包括衬底、绝缘介质层以及金属硅化物层，在所述金属硅化物层上的两端设有有源区，所述有源区延伸至所述衬底，在所述有源区上依次生长出缓冲层和非掺杂GaN层，所述非掺杂GaN层和所述金属硅化物层之间形成高浓二位电子气沟道，所述非掺杂GaN层的表面和所述高浓二位电子气沟道的侧壁上覆盖有异质结构势垒层，所述异质结构势垒层和所述金属硅化物层之间形成栅极导电沟道，在所述异质结构势垒层上和所述金属硅化物层上覆盖有绝缘栅介质层，所述绝缘栅介质层的两端分别设有源极和漏极，所述栅极导电沟道处的所述绝缘栅介质层上设有栅极。

【技术特征摘要】
1.一种晶体管，其特征在于，由下往上依次包括衬底、绝缘介质层以及金属硅化物层，在所述金属硅化物层上的两端设有有源区，所述有源区延伸至所述衬底，在所述有源区上依次生长出缓冲层和非掺杂GaN层，所述非掺杂GaN层和所述金属硅化物层之间形成高浓二位电子气沟道，所述非掺杂GaN层的表面和所述高浓二位电子气沟道的侧壁上覆盖有异质结构势垒层，所述异质结构势垒层和所述金属硅化物层之间形成栅极导电沟道，在所述异质结构势垒层上和所述金属硅化物层上覆盖有绝缘栅介质层，所述绝缘栅介质层的两端分别设有源极和漏极，所述栅极导电沟道处的所述绝缘栅介质层上设有栅极。2.如权利要求1所述的一种晶体管，其特征在于，所述缓冲层的厚度小于所述绝缘介质层的厚度。3.如权利要求1所述的一种晶体管，其特征在于，所述金属硅化物层与所述异质结构势垒层焊接导通。4.如权利要求1所述的一种晶体管，其特征在于，所述衬底为单晶硅或碳化硅或蓝宝石；所述绝缘介质层为SiO2或Al2O3。5.如权利要求1所述的一种晶体管，其特征在于，所述金属硅化物层由单晶硅或多晶硅与金属经快速退火或合金而成，所述金属为Ti、W和Al中的一种或多种。6.如权利要求1所述的一种晶体管，其特征在于，所述缓冲层为AlN及GaN交替生长而成，厚度为1000-5000nm；所述非掺杂GaN层的厚度为10-5000nm；所述异质结构势垒层的材料为AlGaN、AlInN、AlInGaN、AlN中的一种或多种，所述异质结构势垒层厚度为1-50nm。7.如权利要求1所述的一种晶体管，其特征在于，所述绝缘栅介质层的材料为SiO2、SiNx、Al2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张益鸣，刘杰，
申请(专利权)人：深圳芯能半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44