高电子迁移率晶体管及其制作方法技术

本发明专利技术公开一种高电子迁移率晶体管，包括基底、P型III‑V族化合物层、栅极电极以及含碳层。该P型III‑V族化合物层设置于该基底上，且该栅极电极设置于该P型III‑V族化合物层上。该含碳层设置于该P型III‑V族化合物层下方，作为一扩散阻挡层以阻挡该P型III‑V族化合物层内的掺质在退火时扩散至下方的堆叠层中。

【技术实现步骤摘要】
高电子迁移率晶体管及其制作方法
本专利技术涉及一种高电子迁移率晶体管，特别是涉及额外具有可阻挡掺质扩散的一含碳层的高电子迁移率晶体管。
技术介绍
III-V族半导体化合物由于其半导体特性而可应用于形成许多种类的集成电路装置，例如高功率场效晶体管、高频晶体管或高电子迁移率晶体管(highelectronmobilitytransistor,HEMT)。在高电子迁移率晶体管中，两种不同能带隙(band-gap)的半导体材料是结合而于结(junction)形成异质结(heterojunction)而为载流子提供通道。近年来，氮化镓系列的材料由于拥有较宽带隙与饱和速率高的特点而适合应用于高功率与高频率产品。氮化镓系列的高电子迁移率晶体管由材料本身的压电效应产生二维电子气(two-dimensionalelectrongas,2DEG)，相较于传统晶体管，高电子迁移率晶体管的电子速度及密度均较高，故可用以增加切换速度。以氮化镓基材料(GaN-basedmaterials)为基础的高电子迁移率晶体管具有于电子、机械以及化学等特性上的众多优点，例如宽带隙、高崩溃电压、高电子迁移率、大弹性模数(elasticmodulus)、高压电与压阻系数(highpiezoelectricandpiezoresistivecoefficients)等与化学钝性。上述优点使氮化镓基材料可用于如高亮度发光二极管、功率开关元件、调节器、电池保护器、面板显示驱动器、通讯元件等应用的元件的制作。然而随着电子产品升级，一般高电子迁移率晶体管的结构及其制作工艺还需进一步改良，以配合产业需求而增进其功能性。
技术实现思路
本专利技术的一目的在于提供一种高电子迁移率晶体管及其形成方法，该高电子迁移率晶体管额外具有一扩散阻挡层，该扩散阻挡层可进一步阻挡P型III-V族化合物层内的掺质在退火制作工艺时扩散至下方的堆叠层中，可避免该高电子迁移率晶体管的电性受到扩散掺质的影响。为达上述目的，本专利技术的一优选实施例提供一种高电子迁移率晶体管，其包括基底、P型III-V族化合物层、栅极电极以及含碳层。该P型III-V族化合物层设置于该基底上，该栅极电极设置于该P型III-V族化合物层上，而该含碳层则设置于该P型III-V族化合物层下方。为达上述目的，本专利技术的另一优选实施例提供一种高电子迁移率晶体管的形成方法，包括以下步骤。首先，提供一基底。接着，在该基底上形成一P型III-V族化合物层，并在该P型III-V族化合物层上形成一栅极电极。然后，在该P型III-V族化合物层下方形成一含碳层。附图说明图1为本专利技术一实施例中高电子迁移率晶体管的剖面示意图；图2为本专利技术另一实施例中高电子迁移率晶体管的剖面示意图；图3为本专利技术再一实施例中高电子迁移率晶体管的剖面示意图；图4至图6为本专利技术再一实施例中高电子迁移率晶体管的剖面示意图；图7至图8为本专利技术再一实施例中高电子迁移率晶体管的剖面示意图；图9为本专利技术再一实施例中高电子迁移率晶体管的剖面示意图；图10为本专利技术再一实施例中高电子迁移率晶体管的剖面示意图。主要元件符号说明100高电子迁移率晶体管110基底130通道层140二维电子气150阻障层170P型III-V族化合物层191栅极电极193源极电极195漏极电极200高电子迁移率晶体管260含碳层300高电子迁移率晶体管380间隔层400高电子迁移率晶体管460含碳层500、600高电子迁移率晶体管560含碳层570P型III-V族化合物层570a第一P型III-V族化合物层570b第二P型III-V族化合物层700高电子迁移率晶体管721成核层723过渡层725超晶格层800高电子迁移率晶体管T1、T2、T3厚度具体实施方式为使熟悉本专利技术所属
的一般技术者能更进一步了解本专利技术，下文特列举本专利技术的数个优选实施例，并配合所附的附图，详细说明本专利技术的构成内容及所欲达成的功效。请参阅图1，其为依据本专利技术一实施例所绘示的高电子迁移率晶体管的剖面示意图。如图1所示，一种高电子迁移率晶体管100包含一基底110，基底110可以由硅或是其他半导体材料制成。在一实施例中，基底110例如是具有〈111〉晶格结构的硅层，但不以此为限；而在其他实施例中，基底110也可以具有半导体化合物，如碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)、砷化铟(InAs)、或是磷化铟(InP)，或是具有半导体合金，如硅锗(SiGe)、碳化硅锗(SiGeC)、磷化砷镓(AsGaP)、或是磷化铟镓(InGaP)等材质。基底110上则依序形成有一通道层(channel)130与一阻障层(barrier)150，通道层130与阻障层150例如是分别包含不同的III-V族材质，使得通道层130与阻障层150之间可产生一异质结，其间存在着带隙不连续性。在本实施例中，阻障层150可包含氮化铝镓(Alx1Ga1-x1N,x1为大于零且小于1的常数，0＜x1＜1)，通道层130则可包含氮化镓(GaN)，而阻障层150的带隙会大于通道层130的带隙，使得阻障层150因压电极化效应产生的电子会落入通道层130中，从而产生高移动传导性的一电子薄层，即图1所示位于通道层130内且邻近阻障层150的二维电子气(two-dimensionelectrongas,2DEG)140。在一实施例中，通道层130下方还可进一步包括一缓冲层(buffer,未绘示)，该缓冲层可具有相同于通道层130的材质，如氮化镓。此外，阻障层150上还形成有一P型III-V族化合物层170，P型III-V族化合物层170上则设有一栅极电极191，阻障层150上则设有一源极电极193和一漏极电极195，并且分别位于P型III-V族化合物层170与栅极电极190的两侧。其中，P型III-V族化合物层170仅位于栅极电极191的正下方，而具有与栅极电极191两侧切齐的侧壁，如图1所示。P型III-V族化合物层170可具有二价掺质，例如是镁(Mg)、锌(Zn)、钙(Ca)、铍(Be)或铁(Fe)，该二价掺质可占据栅极电极191正下方的通道层130内原属于III-V族化合物的空间，耗尽二维电子气140而形成正常关闭态(normally-off)通道，使得本实施例的高电子迁移率晶体管100转变成一正常关闭态的元件。在本实施例中，P型III-V族化合物层170包含但不限定是P型掺杂的氮化镓(p-GaN)，而该二价掺质则优选为镁。在其他实施例中，P型III-V族化合物层170也可选择包含P型掺杂的氮化铟镓或氮化铝镓等，或是具有一复合层结构。而栅极电极191、源极电极193和漏极电极195则可包含钛(Ti)、铝(Al)、氮化钛(TiN)或是其它合适的导电材料。在本实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高电子迁移率晶体管，其特征在于，包括：/n基底；/nP型III-V族化合物层，设置于该基底上；/n栅极电极，设置于该P型III-V族化合物层上；以及/n含碳层，设置于该P型III-V族化合物层下方。/n

【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：
基底；
P型III-V族化合物层，设置于该基底上；
栅极电极，设置于该P型III-V族化合物层上；以及
含碳层，设置于该P型III-V族化合物层下方。


2.依据权利要求1所述的高电子迁移率晶体管，其特征在于，该含碳层中碳原子的掺杂浓度为每立方厘米1E15至1E21。


3.依据权利要求1所述的高电子迁移率晶体管，其特征在于，该含碳层包括碳化硅或碳掺杂III-V族化合物。


4.依据权利要求1所述的高电子迁移率晶体管，其特征在于，该碳掺杂III-V族化合物包括碳掺杂氮化镓(C:GaN)、碳掺杂氮化铝镓(C:AlGaN)、碳掺杂硅(C:Si)或碳掺杂氮化硼(C:BN)。


5.依据权利要求1所述的高电子迁移率晶体管，其特征在于，该P型III-V族化合物层包括第一厚度，该含碳层则具有第二厚度，该第二厚度为该第一厚度的百分之一至十分之一。


6.依据权利要求1所述的高电子迁移率晶体管，其特征在于，该P型III-V族化合物层还包括二价掺质。


7.依据权利要求1所述的高电子迁移率晶体管，其特征在于，该二价掺质包括镁(Mg)、锌(Zn)、钙(Ca)、铍(Be)或铁(Fe)。


8.依据权利要求1所述的高电子迁移率晶体管，其特征在于，该P型III-V族化合物层包括一复合层结构，该复合层结构包括由上而下依序堆叠的第一P型III-V族化合物层以及第二P型III-V族化合物层，该第一P型III-V族化合物层的材质不同于该第二P型III-V族化合物层。


9.依据权利要求1所述的高电子迁移率晶体管，其特征在于，还包括通道层，设置在该基底上，该含碳层设置于该P型III-V族化合物层与该通道层之间。


10.依据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：许祐铭，陈彦兴，杨宗穆，王俞仁，
申请(专利权)人：联华电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71