[發明專利]一種基于增強型柵極結構的晶體管及其制備方法

有效

• 申請號: 201510057880.0
• 申請日: 2015-02-04
• 公開（公告）號: CN104701363B
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 葉念慈;徐宸科;林科闖
• 申請（專利權）人: 廈門市三安集成電路有限公司
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/423;H01L29/43;H01L21/28;H01L21/314;H01L21/335
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 連耀忠

本發明公開了一種基于增強型柵極結構的晶體管，包括有由下至上依次層疊的襯底、緩沖層、氮化鎵(GaN)層、勢壘層，及設置于氮化鋁鎵層上的源極、漏極和位于兩者之間的柵極，所述勢壘層是AlGaN或InAlGaN，所述柵極是p型Al_1?xGa_xN(0≤x≤1)或p型In_1?y?zGa_yAl_zN(0≤y≤1；0≤z≤1)，于所述柵極上還設置有一類鉆碳(Diamond?like carbon；DLC)層，所述DLC中sp2鍵的含量大于50％。本發明的晶體管實現了增強型工作的目的，且類鉆碳可降低晶體管器件的自發熱效應，提高穩定性。本發明還提供了上述晶體管的制備方法。

技術領域

本發明涉及半導體器件，特別是涉及一種基于增強型柵極結構的晶體管及其制備方法。

背景技術

高電子遷移率晶體管(HEMT)是利用異質結界面存在的二維電子氣層(2-DGE)，在源極和漏極之間通過改變柵極加壓控制2-DGE的電子濃度，從而控制工作狀態。HEMT是新一代的晶體管，由于其優異的性能成為高頻、高壓、高溫和大功率應用方面的首選。

在目前的HEMT中，柵極材料多采用普通的金屬材料。因其在高電流與高電壓的狀態下操作，柵極之熱穩定與散熱性一直都是重要的研究主題。但目前常使用的金屬，如鎢(W)雖有很好的熱穩定性，熔點可達3400℃以上，可是由于功函數太低，造成肖特基接觸(Schottky contact)不佳。而鉬(Mo)作為常被使用的金屬，熔點可達2600℃以上，但其熱穩定性不佳，難以達到需求。

另外，HEMT一般是耗盡型工作，要實現增強型工作，目前有采用氟(F)電漿處理、N₂O電漿處理，但電漿處理所造成的電漿傷害，會造成組件的穩定性不足；亦有使用Cascode的方式，但制成過程復雜、封裝特殊、工藝要求高、良率低，難以實際應用。此外，對于增強型HEMT，多是在柵極區域具有結構的改變，其柵極之熱穩定性更是急需解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術之不足，提供一種基于增強型柵極結構的晶體管及其制備方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于增強型柵極結構的晶體管，包括有由下至上依次層疊的襯底、緩沖層、氮化鎵(GaN)層、勢壘層，及設置于氮化鋁鎵層上的源極、漏極和位于兩者之間的柵極，所述勢壘層是AlGaN或InAlGaN，所述柵極是p型Al_1-xGa_xN(0≤x≤1)或p型In_1-y-zGa_yAl_zN(0≤y≤1；0≤z≤1)，于所述柵極上還設置有一類鉆碳(Diamond-like carbon；DLC)層，所述DLC中sp2鍵的含量大于50％。

優選的，所述DLC層是p型摻雜DLC，摻雜有小于5wt％的硼(B)、鋁(Al)、銦(In)中的一種或其組合。

優選的，還包括一設置于所述勢壘層上方并至少覆蓋所述源極、漏極、柵極及導電DLC層部分表面的鈍化層，所述鈍化層是SiO₂、SiN或絕緣DLC，其中所述絕緣DLC中，sp2鍵的含量小于20％。

優選的，所述源極、漏極和DLC層頂端分別設置有加厚電極，所述加厚電極選自Ti/Au、Ti/Al、Ti/Pt/Au或Cr/Au的多金屬層。

優選的，所述DLC層的上表面還設置有金屬電極層，所述加厚電極設置于金屬電極層上，其中所述金屬電極層是Ti、Ni、Cu、Al、Pt、W、Mo、Cr、Au或上述金屬的組合層。

優選的，所述勢壘層的上表面部分下凹形成溝槽，所述柵極設置于所述溝槽上。

一種基于增強型柵極結構的晶體管的制備方法，包括以下步驟：