[發(fā)明專利]一種氮化鎵基場效應晶體管及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510057890.4
• 申請日: 2015-02-04
• 公開（公告）號: CN104701364B
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發(fā)明（設計）人: 葉念慈;徐宸科;林科闖
• 申請（專利權(quán)）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;H01L29/43;H01L29/06;H01L21/337
• 代理公司: 廈門市首創(chuàng)君合專利事務所有限公司35204
• 代理人: 連耀忠

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及半導體器件，特別是涉及一種氮化鎵基場效應晶體管及其制備方法。

背景技術(shù)

氮化鎵(GaN)是第三代半導體的代表，具有寬禁帶、高擊穿場強、高飽和電子漂移速率等優(yōu)異的電學特性，在半導體器件領域逐漸受到重視，其中GaN基高電子遷移率晶體管器件更是成為高頻、高壓、高溫和大功率應用方面的首選。習知的GaN基高電子遷移率晶體管，是利用AlGaN/GaN的異質(zhì)結(jié)構(gòu)形成二維電子氣層(2-DGE)，在源極和漏極之間通過改變柵極加壓控制二維電子氣的電子濃度，從而控制晶體管的工作狀態(tài)。

在目前的GaN基晶體管中，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(tài)下操作,柵極之熱穩(wěn)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(wěn)定性，熔點可達3400℃以上，可是由于功函數(shù)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(wěn)定性不佳，難以達到需求。

另外，氮化鎵晶體管一般是耗盡型工作，要實現(xiàn)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(wěn)定性不足。此外，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。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種以類鉆碳(Diamond-like carbon)作為柵極材料的高離子遷移率氮化鎵基場效應晶體管及其制備方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案：一種氮化鎵基場效應晶體管，包括有由下至上依次層疊的襯底、緩沖層、氮化鎵(GaN)層、氮化鋁鎵(AlGaN)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。所述柵極是由導電類鉆碳(Diamond-like carbon；DLC)制成，所述導電DLC中，sp2鍵的含量大于50％。

優(yōu)選的，還包括一設置于所述氮化鋁鎵層上所述源極和漏極之間的絕緣層，所述柵極設置于所述絕緣層上；所述絕緣層是Gd₂O₃、Pr₂O₃、La₂O₃、HfO₂、ZrO₂、Al₂O₃、Y₂O₃、Sc₂O₃、Er₂O₃、Ta₂O₅、HfZrO、AlLaO₃或Nb₂O₅。

優(yōu)選的，所述氮化鋁鎵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。

優(yōu)選的，所述導電DLC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(yōu)選的，還包括一設置于所述氮化鋁鎵層上方并至少覆蓋所述源極、漏極及柵極部分表面的鈍化層，所述鈍化層是SiO₂、SiN_x或絕緣DLC，其中所述絕緣DLC中，sp2鍵的含量小于20％。

優(yōu)選的，所述源極、漏極和柵極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(yōu)選的，還包括有設置于所述柵極和所述加厚電極之間的金屬電極層，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。

一種上述氮化鎵基場效應晶體管的制備方法，包括以下步驟：

(1)于一襯底上依次外延形成緩沖層、氮化鎵(GaN)層及氮化鋁鎵(AlGaN)層；

(2)于氮化鋁鎵層表面上形成源極和漏極；

(3)于源極和漏極之間的區(qū)域形成導電類鉆碳的柵極，其中所述導電類鉆碳sp2鍵的含量大于50％；

(4)沉積一鈍化層，所述鈍化層覆蓋所述氮化鋁鎵層、源極、柵極和漏極；

(5)于所述源極、柵極和漏極的頂端開窗鍍上加厚電極。

優(yōu)選的，步驟(2)具體包括以下步驟：

通過電子束蒸鍍的方法于氮化鋁鎵(AlGaN)層表面的兩個區(qū)域分別依次蒸鍍上Ti/Al/Ni/Au多金屬層，其中所述Ti/Al/Ni/Au的厚度分別是25/125/45/55nm；