[發明專利]氮化鎵晶體管的制作方法

有效

• 申請號: 201010593719.2
• 申請日: 2010-12-15
• 公開（公告）號: CN102569071A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 張翼;張嘉華;林岳欽
• 申請（專利權）人: 財團法人交大思源基金會
• 主分類號: H01L21/335
• 分類號: H01L21/335;H01L21/336;H01L21/265
• 代理公司: 北京中原華和知識產權代理有限責任公司 11019
• 代理人: 壽寧;張華輝

技術領域

本發明涉及一種氮化鎵晶體管的制作方法，特別是涉及一種增強式(Enhancement?mode，E-mode)氮化鎵晶體管的制作方法。

背景技術

參閱圖1是一以往氮化鎵晶體管結構，包含一基板11、一具有依序由該基板11表面形成的一第一氮化鎵多晶膜121、一氮化鋁鎵多晶膜122，與一第二氮化鎵多晶膜123的半導體層12、一形成在該半導體層12頂面的介電層13、一形成在該介電層13頂面的柵極14，及分別形成在該介電層13兩側的一源極15及一漏極16。

而該氮化鎵晶體管由于半導體層12結構中的該第一氮化鎵多晶膜121與該氮化鋁鎵多晶膜122會產生大量的極化電荷以形成二維電子氣(2DEG)，使得晶體管需在空泛模式(Depletion?mode)操作，在此空泛模式操作的晶體管一般稱為常開式(normal?on)晶體管，由于常開式晶體管的臨界電壓(threshold?voltage)為負值，因此，在柵極零偏壓時晶體管仍會導通電流，而會形成額外的功率耗損；此外，當前述的氮化鎵晶體管應用于高功率電路系統時，由于高功率電路系統需在極高的偏壓環境下操作，容易產生瞬間脈沖電壓，如晶體管的臨界電壓不夠高，也會導致高功率元件不正常導通，造成元件誤動作而影響系統的穩定度。

為了改善以往氮化鎵晶體管，使其具有高臨界電壓、耐高壓、高輸出功率及增強式操作的特性，美國專利第US7655962號專利揭露一種在AlGaN通道下方加入阻障層，利用阻障層的極化電荷空乏通道的電荷，并同時利用深凹陷式柵極結構(deep?recessed?gate)，使得晶體管在零偏壓時不導通，而成為增強式晶體管；此外，在美國第2007/0295993公開號專利，則揭露一種CF4等離子體處理方式，使氟離子進入AlGaN通道中空乏通道的電荷，使得晶體管在零偏壓時不導通，而成為增強式晶體管；然而，前述的深凹陷式柵極結構須導入表面蝕刻，此方式容易造成晶體管的表面狀態(surface?state)密度增加，容易影響晶體管的電流特性及可靠度；而利用CF4等離子體處理方式，雖然可借由將氟離子導入元件中而提高臨界電壓，然而受限于氟離子的擴散能力，利用CF4等離子體處理方式提升的臨界電壓范圍最多為+0.9V，仍無法滿足需求。

因此，如何在維持氮化鎵晶體管元件可靠度的條件下，提供一具有高臨界電壓、耐高壓、高輸出功率及增強式操作特性的氮化鎵晶體管則為本技術領域者不斷發展的方向之一。

由此可見，上述現有的氮化鎵晶體管在方法及使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。為了解決上述存在的問題，相關廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設計被發展完成，因此如何能創設一種新的氮化鎵晶體管的制作方法，亦成為當前業界極需改進的目標。

發明內容

本發明的目的在于，克服現有的氮化鎵晶體管存在的缺陷，而提供一種新的氮化鎵晶體管的制作方法，所要解決的技術問題是使其提供一種制備具有高臨界電壓的增強式氮化鎵晶體管的方法，非常適于實用。

本發明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。依據本發明提出的一種氮化鎵晶體管的制作方法，其中包含一準備步驟，準備一發光元件，該發光元件具有一基板，及一形成在該基板上的半導體多晶層，且該半導體多晶層含有N型氮化鎵系半導體材料；一開口形成步驟，先于該半導體多晶層表面形成一由絕緣材料構成的第一遮覆層，及一形成于該第一遮覆層表面的第二遮覆層，且該第二遮覆層定義出一使該第一遮覆層部分表面裸露的開口；一離子布值步驟，以離子布值方式自該開口向下對該半導體多晶層進行P型離子布值，于該半導體多晶層形成一摻雜區，之后將該第一、二遮覆層移除，使該半導體多晶層露出；一介電層形成步驟，于該半導體多晶層上沉積一層由高介電常數材料構成的介電層；一源/漏極沉積步驟，以微影蝕刻方式將該介電層對應該摻雜區兩側的結構移除至該半導體多晶層裸露出，接著于該裸露出的半導體多晶層沉積金屬，于該摻雜區兩側形成一源極及一漏極；及一柵極沉積步驟，于該介電層的預定表面沉積金屬形成一柵極，即可完成該氮化鎵晶體管的制作。

本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。

前述的氮化鎵晶體管的制作方法，其中所述的半導體多晶層具有由該基板依序向上形成的一第一氮化鎵多晶膜、一氮化鋁鎵多晶膜，及一第二氮化鎵多晶膜。

前述的氮化鎵晶體管的制作方法，其中所述的離子布值步驟形成的摻雜區的深度不大于該第二氮化鎵多晶膜厚度的二分之一。