原位生长的栅介质和场板介质制造技术

本发明专利技术公开了用于提供具有高品质栅介质和场板介质的异质结场效应晶体管（HFET）的方法和设备。栅介质和场板介质原位沉积在半导体表面上。栅极的位置可通过在场板介质中蚀刻第一图案并使用栅介质作为蚀刻停止层而界定。或者，可以在栅介质和场板介质之间原位沉积额外的蚀刻停止层。蚀刻第一图案后，可以沉积并图案化导电材料以界定栅极。与半导体表面电接触的源极和漏极形成于栅极相对的两侧。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及高压场效应晶体管(FET)，更具体地，本专利技术涉及用于制造高压FET的改进的制造方法。
技术介绍
许多电子设备如手机、个人数码助理(PDA)、笔记本电脑等使用电力运行。由于电力通常作为高压交流电(AC)通过壁上插座传送，可以使用一种设备一通常称为整流器一通过能量变换元件将高压AC输入转换成稳压直流(DC)输出。开关式整流器通常用于改进当前许多电子产品的效率、尺寸并减少元件数量。开关式整流器可使用电源开关，其在关闭位置(0N状态)和打开位置(OFF状态)之间转换，以将能量由输入变换为整流器的输出。电源开关通常是需要承受的电压显著高于AC输入电压的高压设备。一类高压FET是异质结FET (HFET)，也称为高电子迁移率晶体管(HEMT)。HFET可作为开关在用于高压电力电子设备(如整流器)的开关装置中使用。在某些应用中，由于较高的带隙可改善高温性能，基于宽带隙半导体的HFET可能是有用的。高压HFET中使用的宽带隙半导体的实例包括材料如碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)和金刚石，尽管也可以使用其他材料。附图说明本专利技术一些实施方案的各个方面、特征和优势将通过下文结合以下附图的更详细描述而更加清晰。本专利技术的非限制性和非穷尽的实施方案参考以下附图描述，除非另有说明，其中同样的附图标记在各个视图中指代相同的部件。图1不出了根据本专利技术的一个实施方案的实例HFET,其包括与栅场板(gatefield plate)分离的栅极(gate electrode)。图2示出了用于制造本专利技术的一个实施方案的实例HFET的实例方法流程图。图3示出了在本专利技术的一个实施方案的实例方法中一个阶段的实例HFET。图4示出了在本专利技术的一个实施方案的实例方法中另一个阶段的实例HFET。图5示出了在本专利技术的一个实施方案的实例方法中另一个阶段的实例HFET。图6示出了在本专利技术的一个实施方案的实例方法中另一个阶段的实例HFET。图7示出了使用本专利技术的一个实施方案的实例方法制造的实例HFET。图8示出了使用本专利技术的一个实施方案的另一实例制造的实例HFET，其包括蚀刻停止层(stop etch layer)。图9示出了使用本专利技术的一个实施方案的实例方法制造的实例HFET，其包括具有基本垂直的侧壁的栅极。图10示出了使用本专利技术的一个实施方案的实例方法制造的实例HFET。
技术实现思路
在以下描述中，为了提供对本专利技术的深入理解，阐述了许多具体细节。然而，对本领域一般技术人员显而易见的是实施本专利技术时不是必须使用所述具体细节。在其他情况下，为了避免掩盖本专利技术，没有详细描述公知的材料或方法。在整个说明书中，提及“一个实施方案”、“实施方案”、“一个实例”或“实例”时，意味着结合实施方案或实例描述的特定特征、结构或特性包含于本专利技术的至少一个实施方案中。因此，在整个说明书中的多处出现的表述“在一个实施方案中”、“在实施方案中”、“一个实例”或“实例”不见得都指同一个实施方案或实例。此外，特定的特征、结构或特性可以在一个或多个实施方案或实例中以任意合适的组合和/或子组合而结合。特定的特征、结构或特性可包含于集成电路、电子电路、组合逻辑电路或其他合适的提供所述功能的元件中。此外，应当理解本文提供的附图是为了对本领域普通技术人员进行解释，附图不见得是按比例绘制的。在下文描述中，实例FET用于说明的目的。尽管FET含有栅介质，实例FET仍被称作HFET。在这方面，实例FET也可被称为金属绝缘体半导体FET (MISFET)。然而，为易于说明，使用术语HFET。应该理解使用该术语并不限制权利要求。图1示出了一种氮化铝镓(AlGaN) /GaN HFET0该HFET包括GaN膜102，其可以是(例如生长或沉积于)处理基底上的顶层，所述基底如硅、碳化硅、单晶GaN或蓝宝石基底(未示出)。如进一步所示，AlGaN膜106沉积于GaN膜102上。AlGaN膜102形成阻挡层。在其它情况下，GaN的薄膜，例如10至20A，可以作为表面覆盖层(未示出)沉积于AlGaN膜106上。在一个实例中，由于GaN晶格上的压电效应，在AlGaN和GaN的异质界面形成二维电子气(2DEG)片。位于GaN膜102上表面附近的电子等离子体(电子气)中高迁移电子的高浓度使得在源极112和漏极114之间存在低阻抗通路，其使得能够高频运行。在另一实例中，源极和漏极均可在高温下通过AlGaN膜熔合并在异质界面上与2DEG物理接触。如图所示，栅介质层108上的栅极118控制源极112和漏极114之间的电流传导通路。栅介质层108也可用作AlGaN膜106表面的钝化层。具体地，栅介质层108用作“未-选通(un-gated)”区域(即栅极边缘和源极之间的区域以及栅极另一边缘和漏极之间的区域)的钝化层。栅场板(GFP) 116，其形成于场板介质110上，可减小栅极118边缘(最靠近漏极)的电场强度且也可通过控制AlGaN膜106和栅介质层108之间的界面处的电荷陷阱状态而减少漏电流。除了漏电流，对于HFET设计的其他可能关注点例如有电流崩塌和栅介质击穿。电流崩塌，其为运行过程中或负荷状态下漏电流的意外减少，可能由AlGaN膜表面或AlGaN和GaN层的其他地方的电荷捕获所引发。除了改善AlGaN膜表面的钝化，场板也可用于减少电流崩塌。栅介质击穿是栅极至AlGaN/GaN膜的电短路且由有缺陷的或超负荷的栅介质导致。更高品质的栅介质可改善HFET的击穿性能以及长期可靠性。图2示出了流程图200，描述了制造HFET的实例方法。该实例方法也由附图3_7描述，所述附图3-7描述了在采用所述实例方法的制造过程中各个阶段的实例HFET。应当了解下述操作和步骤可能不是对制造HFET所必需的所有操作和步骤的完整列举。例如，在沉积步骤前可能需要常规的清洗操作以准备晶片表面。描述了用于制造AlGaN/GaN HFET的实例方法。然而，该HFET是用于说明目的。应当理解其他实例方法可采用其他材料并用于其他类型的FET而不背离本专利技术。在框202中，如图3所示，得到晶片300。该晶片可由合适的材料如硅(Si)、蓝宝石(Al2O3)或碳化硅(SiC)制得。然而，也可以使用其他材料。晶片300也可以具有在晶片300表面生长或沉积的活性半导体膜。例如，在本实例方法中，晶片300在GaN膜304上具有AlGaN膜302。这两层膜，AlGaN膜302和GaN膜304，形成活性层，意味着在设备运行过程中，在这两层膜中或附近可发生导电。也可以使用具有更多或更少膜的其他晶片。也可以使用其他半导体材料。例如，也可以使用材料如AIN、InAlN, InGaN, GaAs, InP、或SiC。AlGaN膜302，其用作阻挡膜，可以为10至40nm厚。GaN膜304，其形成通道膜，可以为约0.3至5μπι厚。然而，也可以使用其他厚度。图3示出了框202 (图2)中得到的晶片300的实例。晶片300包括在GaN膜304上的AlGaN膜302。在某些情况下，GaN膜304处于由另一种材料制得的处理晶片(未示出)上，所述材料为如S1、Al203、SiC、GaN等。AlGaN膜302和GaN膜304可生长于处理晶片上，或者也可由供应商处购买完整晶片30本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造场效应晶体管（FET）的方法，该方法包括：在原位原子层沉积（ALD）方法中，在上表面具有第一半导体膜的晶片上沉积第一介质膜和第二介质膜，其中第一介质膜沉积在第一半导体膜上，且其中第二介质膜沉积在第一介质膜上；在第二介质膜中蚀刻第一图案以界定栅极的位置；在第一图案上沉积导体；以及蚀刻一部分导体以界定与第一图案部分重叠的第二图案，其中第二图案界定栅极。

【技术特征摘要】
2011.12.12 US 13/323,6721.一种制造场效应晶体管(FET)的方法，该方法包括: 在原位原子层沉积(ALD)方法中，在上表面具有第一半导体膜的晶片上沉积第一介质膜和第二介质膜，其中第一介质膜沉积在第一半导体膜上，且其中第二介质膜沉积在第一介质膜上； 在第二介质膜中蚀刻第一图案以界定栅极的位置； 在第一图案上沉积导体；以及 蚀刻一部分导体以界定与第一图案部分重叠的第二图案，其中第二图案界定栅极。2.权利要求1的方法，还包括: 形成源极和漏极，其中源极和漏极电接触第一半导体膜，且其中源极和漏极在栅极的相对两侧。3.权利要求2的方法，其中晶片在第一半导体膜下具有第二半导体膜。4.权利要求3的方法，其中第一半导体膜是AlGaN且第二半导体膜是GaN。5.权利要求4的方法，其中蚀刻第一图案在部分第一图案底部暴露第一介质膜。6.权利要求4的方法，其中第一和第二介质膜具有彼此不同的蚀刻性能。7.权利要求4的方法，其中在第一和第二介质膜之间，原位沉积第三层膜，且其中第三层膜具有与第二介质膜不同的蚀刻性能。8.权利要求7的方法，其中第三层膜是用于在第二介质膜中蚀刻第一图案的蚀刻停止层。9.权利要求7的方法，其中蚀刻第一图案沿着第一图案的底部部分暴露第三层膜。10.权利要求9的方法，其中在将导体沉积在第一图案上之前，第一介质膜的上表面暴露在第一图案的底部部分。11.权利要求7的方法，其中第一介质膜由Al2O3制得，第三层膜由HfO2制得，且第二层膜由Al2O3制得。12.权利要求7的方法，其中第一介质膜由Al2O3制得，第三层膜由AlN制得，且第二层膜由S...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·P·爱德华兹，L·刘，
申请(专利权)人：电力集成公司，
类型：发明
国别省市：