一种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了一种高电子迁移率晶体管及其制作方法，晶体管包含衬底、缓冲层、沟道层、势垒层，还包括相对设置在势垒层上方有源区处的源极和漏极，设置在有源区处的源极和漏极之间栅极区域处势垒层表面的P型氮化物栅层，在P型氮化物栅层上设置栅极；于有源区处的源极与漏极之间栅极区域处的势垒层表面的P型氮化物栅层为沿着栅宽方向M个P型掺杂区的掺杂浓度不规则排列。采用本发明专利技术晶体管及其制作方法，形成M个P型掺杂区不规则排列，形成具有不同关断电压的区域栅极，沿着栅宽方向形成不同的关断电压不规则排布，保证总体器件在开态漏极电流均匀分布的同时，实现器件跨导的平整性，使器件在射频工作时随着输入功率的增加，器件增益保持不变，线性度提高。

【技术实现步骤摘要】
一种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器件领域，特别涉及氮化物半导体器件及其制作方法。
技术介绍
5G通信技术是最新一代蜂窝移动通信技术，是4G(LTE-A、WiMax)、3G(UMTS、LTE)和2G(GSM)系统后的延伸。5G通信技术将广泛用于智慧家庭、远程医疗、远程教育、工业制造和物联网领域，具体包括千兆级移动宽带数据接入、3D视频、高清视频、云服务、增强现实(AR)、虚拟现实(VR)、工业制造自动化、紧急救援、自动驾驶、现代物流等典型业务应用。其中，高清视频、AR、VR、远程医疗、工业制造自动化、现代物流管理等主要发生在建筑物室内场景。GaN材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点，是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料，并与SIC、金刚石等半导体材料一起，被誉为是继第一代Ge、Si半导体材料、第二代GaAs、InP化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。氮化镓(GaN)具有宽禁带宽度，高击穿电场，高热导率，高电子饱和速率以及更高的抗辐射能力等优点，在高温、高频和微波大功率半导体器件中有着十分广阔的应用前景。低欧姆接触电阻对于输出功率，高效率，高频和噪声性能起到至关重要的作用。近年来，GaN凭借高频下更高的功率输出和更小的占位面积，被射频行业大量应用。GaN射频器件在应用中，GaNHEMT射频器件为横向平面器件，如附图1所示，GaNHEMT器件的跨导(gm)随栅电压(Vgs)变化曲线，随着栅极输入电压增加，跨导gm下降，对应增益降低；跨导gm是指输出端电流的变化值与输入端电压的变化值之间的比值其PA的非线性导致显著的带边泄露、输出功率过早饱和、信号失真等，影响系统的特性及增加了系统设计的复杂度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术问题，提供一种高电子迁移率晶体管及其制作方法。为了实现以上目的，本专利技术的一具体实施例中，提供了一种高电子迁移率晶体管的制作方法，包括如下：在半导体衬底上依次形成缓冲层、沟道层、势垒层、GaN层；在刻蚀GaN层，保留栅极区域的GaN层，在势垒层上的源极区域和漏极区域相应形成源极窗口、漏极窗口；在源极窗口、漏极窗口上形成欧姆接触金属，形成源极和漏极；通过若干次光刻、离子注入工艺依次在有源区处的源极与漏极之间栅极区域的GaN层形成沿着栅宽方向排列的M个P型掺杂区，M个P型掺杂区包含N种不同的P型掺杂浓度；沿着栅宽方向M个P型掺杂区的P型掺杂浓度不规则排列；其中，M≥N且M为大于等于3的正整数，N为大于等于3的正整数；在M个P型掺杂区上形成栅极。上述，不规则排列是指非线性规律排列；M个P型掺杂区线性规律排列是指不同P型掺杂浓度的P型掺杂区沿着栅宽方向若干P型掺杂区的P型掺杂浓度依次变大或依次变小。通过若干次光刻、离子注入工艺中，若干次离子注入的注入剂量不相同，注入能量相同；离子注入的注入离子包含镁离子、锌离子或铁离子中的任意一种，注入能量范围为0.1KeV～100KeV，注入剂量范围为1×1010cm-2～1×1015cm-2；若干次光刻、离子注入工艺的次数范围为大于等于2且小于等于N。上述方法中，通过若干次光刻、离子注入工艺依次在有源区处的源极与漏极之间栅极区域的GaN层的形成沿着栅宽方向M个P型掺杂区，M个P型掺杂区包含N种不同的P型掺杂浓度；沿着栅宽方向M个P型掺杂区的P型掺杂浓度不规则排列，通过不同的P型掺杂浓度，形成不同的栅极区域，不同区域栅极具有不同关断电压调制，由于不同的关断电压沿着栅宽方向不规则分布，保证总体器件在开态漏极电流均匀分布的同时，使器件在射频工作时随着输入功率的增加，器件增益保持不变，线性度提高，从而实现跨导gm呈现平整形貌，提高氮化物器件的线性度。在本专利技术另一实施例中，进一步降低工艺成本，采用一次或若干次光刻工艺在有源区处的源极与漏极之间栅极区域的GaN层上的形成凹槽深度不规则排列的凹槽状光刻胶层，凹槽状光刻胶层包含M个P型掺杂区域，对M个P型掺杂区域进行一次离子注入(注入离子包含镁离子、锌离子或铁离子中的任意一种)形成沿着栅宽方向M个P型掺杂区，M个P型掺杂区包含N种不同的P型掺杂浓度；沿着栅宽方向M个P型掺杂区的P型掺杂浓度不规则排列，通过不同的P型掺杂浓度，形成不同的栅极区域，不同区域栅极具有不同关断电压调制，由于不同的关断电压沿着栅宽方向不规则分布，保证总体器件在开态漏极电流均匀分布的同时，使器件在射频工作时随着输入功率的增加，器件增益保持不变，线性度提高，从而实现跨导gm呈现平整形貌，提高氮化物器件的线性度。一种高电子迁移率晶体管的制作方法，包括如下步骤：在半导体衬底上依次形成缓冲层、沟道层、势垒层、GaN层；在刻蚀GaN层，保留栅极区域的GaN层，在势垒层上方的源极区域和漏极区域相应形成源极窗口、漏极窗口；在源极窗口、漏极窗口上形成欧姆接触金属，形成源极和漏极；在GaN层上方涂覆一层光刻胶层；采用一次或若干次光刻工艺在有源区处的源极与漏极之间栅极区域的GaN层上形成凹槽深度不规则排列的凹槽状光刻胶层；有源区栅极区域处的GaN层上的凹槽状光刻胶层至少形成三种或三种以上的凹槽深度，包含M个P型掺杂区域，沿着栅宽方向不同凹槽深度的凹槽不规则排列，即沿着栅宽方向在GaN层表面上的栅极区域形成厚度不规则的光刻胶层；其中，在凹槽状光刻胶层的厚度小于等于P型掺杂区域外的光刻胶层；M为大于等于3的正整数；进行一次离子注入，离子注入的注入离子包含镁离子、锌离子或铁离子中的任意一种；其中，M≥N且N为大于等于3的正整数；去除凹槽状光刻胶层，形成沿着栅宽方向M个P型掺杂区从势垒层的上表面的沿着栅宽方向M个P型掺杂区的掺杂浓度不规则排列，M个P型掺杂区域包含N种不同的P型掺杂浓度；在M个P型掺杂区上形成栅极。其中，GaN层上方涂覆的光刻胶层厚度范围为0.1μm～1μm；一次离子注入的注入能量范围为0.1KeV～100KeV，注入剂量范围为1×1010cm-2～1×1015cm-2。在本专利技术的另一实施中，通过若干次光刻、氢离子注入工艺依次在有源区处的源极与漏极之间栅极区域的P型氮化物层形成沿着栅宽方向M个P型掺杂区，M个P型掺杂区包含N种不同的P型掺杂浓度；采用氢注入离子对高掺杂浓度的P型氮化物层的掺杂浓度进行钝化，其中，氢离子可钝化P型掺杂的镁离子、锌离子或铁离子，使得P型氮化物层的P型掺杂浓度范围产生变化，实现沿着栅宽方向M个P型掺杂区的P型掺杂浓度不规则排列，通过不同的P型掺杂浓度，形成不同的栅极区域，不同区域栅极具有不同关断电压调制，由于不同的关断电压沿着栅宽方向不规则分布，保证总体器件在开态漏极电流均匀分布的同时，使器件在射频工作时随着输入功率的增加，器件增益保持不变，线性度提高，从而实现跨导gm呈现平整形貌，提高氮化物器件的线性度，该高电子迁移率晶体管的制作方法，包括如下步骤：在半导体衬底上依次形成缓冲层、沟道层、势垒层、P型氮化物层，P型氮化物层的P型掺杂浓度范围1×101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的制作方法，其特征在于，/n在半导体衬底上依次形成缓冲层、沟道层、势垒层、GaN层；/n在刻蚀GaN层，保留栅极区域的GaN层，在势垒层上的源极区域和漏极区域相应形成源极窗口、漏极窗口；在源极窗口、漏极窗口上形成欧姆接触金属，形成源极和漏极；/n通过若干次光刻、离子注入工艺依次在有源区处的源极与漏极之间栅极区域的GaN层形成沿着栅宽方向排列的M个P型掺杂区，M个P型掺杂区包含N种不同的P型掺杂浓度；沿着栅宽方向M个P型掺杂区的P型掺杂浓度不规则排列；其中，M≥N且M为大于等于3的正整数，N为大于等于3的正整数；/n在M个P型掺杂区上形成栅极。/n

【技术特征摘要】
1.一种高电子迁移率晶体管的制作方法，其特征在于，
在半导体衬底上依次形成缓冲层、沟道层、势垒层、GaN层；
在刻蚀GaN层，保留栅极区域的GaN层，在势垒层上的源极区域和漏极区域相应形成源极窗口、漏极窗口；在源极窗口、漏极窗口上形成欧姆接触金属，形成源极和漏极；
通过若干次光刻、离子注入工艺依次在有源区处的源极与漏极之间栅极区域的GaN层形成沿着栅宽方向排列的M个P型掺杂区，M个P型掺杂区包含N种不同的P型掺杂浓度；沿着栅宽方向M个P型掺杂区的P型掺杂浓度不规则排列；其中，M≥N且M为大于等于3的正整数，N为大于等于3的正整数；
在M个P型掺杂区上形成栅极。


2.根据权利要求1所述的高电子迁移率晶体管的制作方法，其特征在于，
通过若干次光刻、离子注入工艺中，若干次离子注入的注入剂量不相同，注入能量相同；
离子注入的注入离子包含镁离子、锌离子或铁离子中的任意一种，注入能量范围为0.1KeV～100KeV，注入剂量范围为1×1010cm-2～1×1015cm-2；
若干次光刻、离子注入工艺的次数范围为大于等于2且小于等于N。


3.一种高电子迁移率晶体管的制作方法，其特征在于，
在半导体衬底上依次形成缓冲层、沟道层、势垒层、GaN层；
在刻蚀GaN层，保留栅极区域的GaN层，在势垒层上方的源极区域和漏极区域相应形成源极窗口、漏极窗口；在源极窗口、漏极窗口上形成欧姆接触金属，形成源极和漏极；
在GaN层上方涂覆一层光刻胶层；
采用一次或若干次光刻工艺在有源区处的源极与漏极之间栅极区域的GaN层上形成凹槽深度不规则排列的凹槽状光刻胶层；有源区栅极区域处的GaN层上的凹槽状光刻胶层至少形成三种或三种以上的凹槽深度，包含M个P型掺杂区域，沿着栅宽方向不同凹槽深度的凹槽不规则排列，即沿着栅宽方向在GaN层表面上的栅极区域形成厚度不规则的光刻胶层；其中，在凹槽状光刻胶层的厚度小于等于P型掺杂区域外的光刻胶层；M为大于等于3的正整数；
进行一次离子注入，离子注入的注入离子包含镁离子、锌离子或铁离子中的任意一种；其中，M≥N且N为大于等于3的正整数；
去除凹槽状光刻胶层，形成沿着栅宽方向M个P型掺杂区从势垒层的上表面的沿着栅宽方向M个P型掺杂区的掺杂浓度不规则排列，M个P型掺杂区域包含N种不同的P型掺杂浓度；
在M个P型掺杂区上形成栅极。


4.根据权利要求3所述的高电子迁移率晶体管的制作方法，其特征在于，
在GaN层上方涂覆的光刻胶层厚度范围为0.1μm～1μm；一次离子注入的注入能量范围为0.1KeV～100KeV，注入剂量范围为1×1010cm-2～1×1015cm-2。


5.一种高电子迁移率晶体管的制作方法，其特征在于，
在半导体衬底上依次形成缓冲层、沟道层、势垒层、P型氮化物层，P型氮化物层的P型掺杂浓度范围1×1010cm-3～1×1015cm-3；
刻蚀P型氮化物层，保留栅极区域的P型氮化物层；在势垒层上的源极区域和漏极区域相应形成源极窗口、漏极窗口；在源极窗口、漏极窗口上形成欧姆接触金属，形成源极和漏极；
通过若干次光刻、氢离子注入工艺依次在有源区处的源极与漏极之间栅极区域的P型氮化物层的形成沿着栅宽方向M个P型掺杂区，M个P型掺杂区包含N种不同的P型掺杂浓度；沿着栅宽方向M个P型掺杂区的P型掺杂浓度不规则排列；其中，M≥N且M为大于等于3的正整数，N为大于等于3的正整数；氢离子注入工艺的注入离子为氢离子；氢离子工艺的注入能量范围为0.1KeV～100KeV，注入剂量范围为1×1010cm-2...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘胜厚，林科闯，孙希国，蔡仙清，张辉，
申请(专利权)人：厦门市三安集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35