高电子迁移率晶体管结构及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种高电子迁移率晶体管改良结构包括有一基板、一氮化物成核层、一氮化物缓冲层、一氮化物通道层及一阻障层，所述氮化物缓冲层包含金属掺杂物；所述氮化物通道层相较于所述氮化物缓冲层具有较低的金属掺杂浓度；一二维电子气体沿所述氮化物通道层与所述阻障层间的界面形成于所述氮化物通道层中；所述氮化物缓冲层与所述氮化物通道层交界处的金属掺杂浓度X定义为每立方公分的金属原子数量，所述氮化物通道层的厚度Y的单位为微米(μm)且满足：Y≤(0.2171)ln(X)

【技术实现步骤摘要】
高电子迁移率晶体管结构及其制造方法


[0001]本专利技术与半导体技术有关；特别是指一种高电子迁移率晶体管。

技术介绍

[0002]已知高电子移动率晶体管(High Electron Mobility Transistor，HEMT)是具有二维电子气(two dimensional electron gas,2
‑
DEG)的一种晶体管，其二维电子气邻近于能隙不同的两种材料之间的异质接合面，由于高电子移动率晶体管并非使用掺杂区域作为晶体管的载子通道，而是使用具有高电子移动性二维电子气作为晶体管的载子通道，因此高电子迁移率晶体管具有高崩溃电压、高电子迁移率、低导通电阻与低输入电容等特性，而能广泛应用于高功率半导体装置中。
[0003]一般为了提升效能，通常会于高电子迁移率晶体管的缓冲层进行掺杂，但缓冲层中的掺杂物会通过扩散于通道层析出，而造成例如通道层的片电阻值升高的问题。因此，如何降低掺杂物对通道层的片电阻值的影响并提供一种具有良好效能的高电子迁移率晶体管，是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种高电子迁移率晶体管结构及其制造方法，能降低掺杂物对通道层的片电阻值的影响并提供一种具有良好效能的高电子迁移率晶体管。
[0005]缘以达成上述目的，本专利技术提供的一种高电子迁移率晶体管改良结构包括有一基板、一氮化物成核层、一氮化物缓冲层、一氮化物通道层及一阻障层，所述氮化物缓冲层包含金属掺杂物；所述氮化物通道层相较于所述氮化物缓冲层具有较低的金属掺杂浓度；一二维电子气体沿所述氮化物通道层与所述阻障层间的界面形成于所述氮化物通道层中；所述氮化物缓冲层与所述氮化物通道层交界处的金属掺杂浓度X定义为每立方公分的金属原子数量，所述氮化物通道层的厚度Y的单位为微米(μm)，所述氮化物通道层的厚度Y满足：Y≤(0.2171)ln(X)
‑
8.34。
[0006]本专利技术另提供一种高电子迁移率晶体管结构制造方法，包含提供一基板；于所述基板上方形成所述氮化物缓冲层并同时进行一金属掺杂步骤；于所述氮化物缓冲层上方形成厚度Y微米(μm)的一氮化物通道层并停止所述金属掺杂步骤；于所述氮化物通道层上方形成一阻障层；所述氮化物通道层的金属掺杂浓度定义为每立方公分有X个金属原子，所述氮化物通道层的厚度Y满足：Y≤(0.2171)ln(X)
‑
8.34。
[0007]本专利技术另提供一种优化高电子迁移率晶体管结构的氮化物通道层厚度及金属掺杂浓度的制造方法，包含提供一基板；于所述基板上方形成一氮化物成核层；于所述氮化物成核层上方形成一氮化物缓冲层并同时进行一金属原子掺杂步骤；停止所述金属掺杂步骤，并于所述氮化物缓冲层上方形成一氮化物通道层；于所述氮化物缓冲层中与所述氮化物通道层交界处量测金属的浓度，以及于所述氮化物通道层的表面及不同厚度处量测金属
原子的浓度，得到多个金属掺杂浓度数值，依据所述多个金属掺杂浓度数值及对应的所述氮化物通道层厚度位置推算出金属掺杂浓度于所述氮化物通道层中每单位厚度的变化量为C；限定金属掺杂浓度数值介于所述多个金属掺杂浓度数值中的两者X1、X2之间，从而，当于所述氮化物缓冲层中与所述氮化物通道层交界处的金属掺杂浓度为X，以及所述氮化物通道层的厚度为Y时，满足X1≤X
‑
C*Y≤X2，能得到优化的金属掺杂浓度值及相对应的氮化物通道层厚度值。
[0008]本专利技术的效果在于，通过所述氮化物通道层的厚度Y满足：Y≤(0.2171)ln(X)
‑
8.34的设计，能降低所述金属掺杂物对所述氮化物通道层的片电阻值的影响并提供一种具有良好效能的高电子迁移率晶体管改良结构，当金属掺杂浓度X为一定值时，能推算出所述氮化物通道层厚度Y的最大值，反之当所述氮化物通道层厚度Y为一定值时，能推算出金属掺杂浓度X的最小值，从而，能得到对应金属掺杂浓度的优化的氮化物通道层厚度数值范围，或是对应氮化物通道层厚度的优化的金属掺杂浓度数值范围，除此之外，本专利技术通过所述优化高电子迁移率晶体管结构的氮化物通道层厚度及金属掺杂浓度的制造方法，能得到优化的金属掺杂浓度值及相对应的氮化物通道层厚度值。
附图说明
[0009]图1本专利技术一优选实施例的高电子迁移率晶体管改良结构的示意图。
[0010]图2为本专利技术一优选实施例的高电子迁移率晶体管结构制造方法的流程图。
[0011]图3为本专利技术一优选实施例的优化高电子迁移率晶体管结构的氮化物通道层厚度及金属掺杂浓度的制造方法的流程图。
[0012]图4为本专利技术一优选实施例的铁原子掺杂浓度与厚度的关系图。
[0013]图5为本专利技术一优选实施例的片电阻值与铁原子掺杂浓度的关系图。
具体实施方式
[0014]为能更清楚地说明本专利技术，兹举优选实施例并配合附图详细说明如后。
[0015]请参图1所示，为本专利技术一优选实施例的高电子迁移率晶体管改良结构1，依序包含一基板10、一成核层20、一缓冲层30、一通道层40及一阻障层50，本专利技术的高电子迁移率晶体管改良结构可以是通过金属有机化学气相沉积法(MOCVD)于所述基板上形成。
[0016]进一步说明的是，所述基板10为电阻率大于或等于1000Ω/cm的基板，举例来说，所述基板可以是SiC基板、蓝宝石基板或Si基板。
[0017]所述成核层20为氮化铝(AlN)或氮化铝镓(AlGaN)的一氮化物成核层，且位于所述基板10与所述缓冲层30之间。
[0018]所述缓冲层30包含一掺杂物，于本实施例中，所述缓冲层30为例如氮化镓的一氮化物缓冲层，所述掺杂物为一金属掺杂物，所述金属掺杂物以铁为例说明，所述缓冲层30的所述掺杂物掺杂浓度大于或等于2
×
10
17
cm
‑3，所述缓冲层30与所述通道层40交界处的金属掺杂浓度大于或等于2
×
10
17
cm
‑3。
[0019]所述通道层40为例如氮化铝镓或氮化镓的一氮化物通道层，一二维电子气体沿所述通道层40与所述阻障层50间的界面形成于所述通道层40中。于一实施例中，所述缓冲层30与所述通道层40是由相同且均匀分布的氮化物组成，所述通道层40的厚度Y介于0.6～
1.2微米，所述缓冲层30与所述通道层40的总厚度T小于或等于2微米，且相较于所述缓冲层30，所述通道层40具有较低的所述掺杂物的掺杂浓度，所述通道层40中的金属掺杂浓度，也就是铁原子浓度是自所述缓冲层30与所述通道层40交界处往所述通道层40与所述阻障层50间的界面的方向递减，于其他实施例中，所述铁原子浓度也可以是以其他方式分布于所述缓冲层30与所述通道层40中。
[0020]再说明的是，于一实施例中，所述缓冲层30的所述掺杂物的掺杂浓度于厚度相同处均匀分布，所述通道层40的所述掺杂物的掺杂浓度于厚度相同处均匀分布，其中，所述缓冲层30的厚度是指所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高电子迁移率晶体管改良结构，依序包含：一基板；一氮化物成核层；一氮化物缓冲层，包含金属掺杂物；一氮化物通道层，相较于所述氮化物缓冲层，所述氮化物通道层具有较低的金属掺杂浓度；一阻障层，一二维电子气体沿所述氮化物通道层与所述阻障层间的界面形成于所述氮化物通道层中；所述氮化物缓冲层与所述氮化物通道层交界处的金属掺杂浓度X定义为每立方公分的金属原子数量，所述氮化物通道层的厚度Y的单位为微米(μm)，所述氮化物通道层的厚度Y满足：Y≤(0.2171)ln(X)
‑
8.34。2.如权利要求1所述的高电子迁移率晶体管改良结构，其中，所述氮化物通道层的厚度Y满足：(0.2171)ln(X)
‑
8.54≤Y。3.如权利要求1所述的高电子迁移率晶体管改良结构，其中，所述氮化物缓冲层于厚度相同处的金属掺杂物浓度均匀分布且满足(金属掺杂物浓度最大值
‑
金属掺杂物浓度最小值)/金属掺杂物浓度最大值≤0.2，所述氮化物通道层于厚度相同处的金属掺杂物浓度均匀分布且满足(金属掺杂物浓度最大值
‑
金属掺杂物浓度最小值)/金属掺杂物浓度最大值≤0.2。4.如权利要求1所述的高电子迁移率晶体管改良结构，其中，所述氮化物通道层由一均匀分布的氮化物组成。5.如权利要求1所述的高电子迁移率晶体管改良结构，其中，所述氮化物缓冲层与所述氮化物通道层由相同的氮化物组成。6.如权利要求1所述的高电子迁移率晶体管改良结构，其中，所述氮化物通道层中的金属掺杂浓度自所述氮化物缓冲层与所述氮化物通道层交界处往所述氮化物通道层与所述阻障层间的界面的方向递减。7.如权利要求1所述的高电子迁移率晶体管改良结构，其中，所述氮化物缓冲层与所述氮化物通道层交界处的金属掺杂浓度大于2
×
10
17
cm
‑3。8.如权利要求1所述的高电子迁移率晶体管改良结构，其中，所述氮化物缓冲层与所述氮化物通道层的总厚度小于2微米。9.一种高电子迁移率晶体管结构制造方法，包含：提供一基板；于所述基板上方形成一氮化物成核层；于所述氮化物成核层上方形成一氮化物缓冲层并同时进行一金属掺杂步骤；于所述氮化物缓冲层上方形成厚度Y微米(μm)的一氮化物通道层并停止所述金属掺杂步骤；于所述氮化物通道层上方形成一阻障层，一二维电子气体沿所述氮化物通道层与所述阻障层间的界面形成于所述通道层中；所述氮化物缓冲层与所述氮化物...

【专利技术属性】
技术研发人员：林伯融，刘嘉哲，
申请(专利权)人：环球晶圆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：