[發(fā)明專利]絕緣柵場效應晶體管及其制造方法

有效

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• 申請日: 2012-05-30
• 公開（公告）號: CN102723358A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發(fā)明（設計）人: 程凱
• 申請（專利權）人: 程凱
• 主分類號: H01L29/423
• 分類號: H01L29/423;H01L29/78;H01L21/28;H01L21/336
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權代理有限公司 11227
• 代理人: 常亮

技術領域

本發(fā)明屬于微電子技術領域，具體涉及一種絕緣柵場效應晶體管，以及制造該絕緣柵場效應晶體管的方法。?

背景技術

III族氮化物半導體具有寬的禁帶寬度、高的介電擊穿電場和高的電子飽和漂移速度等特性，適用于制作高溫、高速轉換和大功率的電子器件。在GaN基場效應晶體管中，通過壓電極化和自發(fā)極化在溝道層中產(chǎn)生大量電荷。由于二維電子氣的來源是氮化物表面的施主型表面態(tài)電離而來，因此氮化物晶體管的電流密度對表面態(tài)極其敏感，容易引起電流崩塌效應。另外，GaN基電子器件的外延生長時，由于存在晶格失配，GaN緩沖層在AlGaN中引入的張應力，使得材料表面出現(xiàn)許多缺陷，這些表面缺陷也會影響器件的性能，如引起電流崩塌效應和器件的可靠性問題等。在GaN基場效應晶體管中，按柵極結構通?？煞譃閮纱箢?，肖特基柵場效應晶體管和絕緣柵場效應晶體管。肖特基接觸的柵極制作簡單，表面容易控制，對射頻器件來說非常理想，但是由于其沒有介質層隔離，柵極的漏電流相對較高，另外，由于受到肖特基接觸的正向導通的限制，柵極的偏壓原則上不能超過2V，否則柵極就失去了對溝道的控制能力。絕緣柵通常是在柵金屬下加入介質層，如二氧化硅、氧化鋁、氧化鉿、氮化硅和氮氧化硅等，柵極的漏電流相對較低，很適合于功率器件。?

現(xiàn)有技術制成的氮化物晶體管通常具有三種結構，如圖1a、1b、1c所示。圖1a所示的氮化鎵晶體管在制備的過程中，通過刻蝕柵區(qū)的介質層6，暴露出氮化物表面，生成具有肖特基接觸的柵極11。這種方法的缺點?是，氮化物的表面容易在干法刻蝕的過程中受到損傷，增加表面態(tài)，從而降低器件性能。此外，肖特基接觸也帶來很大的反向漏電流，引起器件的可靠性問題。為了降低柵極的漏電流，可以在刻蝕掉柵區(qū)的氮化硅鈍化層后重新沉積柵極處的絕緣層，如利用ALD等設備沉積絕緣介質層，如圖1b所示。但是在刻蝕和介質層6沉積的過程中，氮化物晶體管1的表面會受到損傷。而且在沉積ALD介質層之前，氮化物晶體管1的表面也會受到一定程度的沾污，這些因素都會引起表面態(tài)的增加，降低器件性能。ALD介質層和氮化物之間的界面態(tài)也是一個懸而未決的大問題，可以引起嚴重的電流崩塌效應。另外一種結構也可以實現(xiàn)絕緣柵型氮化物場效應管，如圖1c所示。在刻蝕柵極處的介質層時，可以通過控制刻蝕的速度和時間，在柵下局部保留一部分介質層6。但是，由于刻蝕過程的重復性問題，保留的介質層的厚度無法得到精確控制，從而造成閾值電壓的漂移。?

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種絕緣柵場效應晶體管結構及其制造方法，其通過在氮化物晶體管結構上生長多層復合介質層，并在該復合介質中間層引入金屬，含有金屬的這層介質的刻蝕速度遠低于不含金屬的介質。在柵極區(qū)域刻蝕柵槽時，由于刻蝕速度的巨大差異，復合介質的上層被刻蝕掉后，可以很容易地控制刻蝕過程停止在中間的含金屬的介質層。這樣能精確地控制柵槽刻蝕的深度由于氮化物晶體管的表面始終都被剩下的復合介質層下層覆蓋保護，避免了離子刻蝕過程中給氮化物表面帶來的損傷。同時，余下的介質層也隔絕了其他污染對晶體管表面的影響。避免了應力的釋放和氮化物表面的沾污，極大的降低器件的電流崩塌效應。采用本發(fā)明的結構和方法，既在工藝過程中保護了器件的表面，也精確地控制了柵槽刻蝕的深度，穩(wěn)定了器件的閾值電壓。?

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明公開了一種絕緣柵場效應晶體管，包括：?

襯底；?

設于所述襯底上的氮化物晶體管結構；?

所述氮化物晶體管結構上的介質層，所述介質層包括所述氮化物晶體管結構上的第一介質層、所述第一介質層上的第二介質層以及所述第二介質層上的第三介質層，?

其中，所述第二介質層的材質中含有金屬，?

所述介質層上定義有柵極區(qū)域及分別位于所述柵極區(qū)域兩側的兩處歐姆接觸區(qū)域，該兩處歐姆接觸區(qū)域分別貫穿所述介質層；?

形成于所述柵極區(qū)域且至少部分貫穿所述介質層的凹槽；?

形成于所述凹槽內的金屬柵極；?

位于所述兩處歐姆接觸區(qū)域的源電極和漏電極。?

優(yōu)選的，在上述絕緣柵場效應晶體管中，所述氮化物晶體管結構包括：?

位于所述襯底上的氮化物成核層；?

位于所述氮化物成核層上的氮化物緩沖層；?

位于所述氮化物緩沖層上的氮化物溝道層；?

位于所述氮化物溝道層上的氮化物勢壘層。?