[發(fā)明專利]氮化鎵晶體管的制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201610178139.4
• 申請日: 2016-03-25
• 公開（公告）號: CN107230620A
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉美華;孫輝;林信南;陳建國
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué);北大方正集團(tuán)有限公司;深圳方正微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/335
• 分類號: H01L21/335;H01L29/778
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11205
• 代理人: 陶敏,劉芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種氮化鎵晶體管的制備方法。

背景技術(shù)

隨著高效完備的功率轉(zhuǎn)換電路和系統(tǒng)需求的日益增加，具有低功耗和高速特性的功率器件越來越被廣泛關(guān)注。

氮化鎵GaN是第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料，其具有大禁帶寬度、高電子飽和速率、高擊穿電場，較高熱導(dǎo)率，耐腐蝕和抗輻射性能，在高壓、高頻、高溫、大功率和抗輻照環(huán)境條件下具有較強(qiáng)的優(yōu)勢，被認(rèn)為是研究短波光電子器件和高壓高頻率大功率器件的最佳材料。氮化鎵GaN基氮化鋁鎵AlGaN/氮化鎵GaN高遷移率晶體管是功率器件中的研究熱點(diǎn)，這是因?yàn)樵诘X鎵AlGaN與氮化鎵GaN的異質(zhì)結(jié)處形成高濃度、高遷移率的二維電子氣(Two-dimensional electron gas，簡稱“2DEG”)，同時(shí)異質(zhì)結(jié)對2DEG具有良好的調(diào)節(jié)作用。

為了獲得高性能的氮化鎵GaN晶體管，導(dǎo)通電阻的改善尤為重要，總的導(dǎo)通電阻中，80％的電阻是非柵區(qū)和柵區(qū)電阻，20％的電阻是歐姆接觸和間接連接的電阻，然而目前還沒有有效的手段可以減少柵電阻，因此，對氮化鎵GaN晶體管的導(dǎo)通電阻進(jìn)行改善是一個(gè)亟需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種氮化鎵晶體管的制備方法，用以優(yōu)化晶體管器件的制作工藝，并可以與CMOS工藝線兼容，優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)，可以減小柵極電阻，進(jìn)而減小氮化鎵晶體管的導(dǎo)通電阻，從而獲得高性能的氮化鎵晶體管，提高氮化鎵半導(dǎo)體器件的可靠性。

本發(fā)明提供一種氮化鎵晶體管的制備方法，包括：

在半導(dǎo)體襯底上形成第一介質(zhì)層；所述半導(dǎo)體襯底自上而下包含氮化鋁鎵層、氮化鎵層、硅襯底層；

在所述第一介質(zhì)層中形成源極接觸孔和漏極接觸孔；

在所述源極接觸孔和所述漏極接觸孔中形成第二介質(zhì)層，以使所述第二介質(zhì)層完全覆蓋所述源極接觸孔和所述漏極接觸孔，形成晶體管的源極和漏極；

采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕ICP對所述第一介質(zhì)層以及預(yù)設(shè)厚度的所述氮化鋁鎵層進(jìn)行刻蝕，形成柵極接觸孔；

在所述柵極接觸孔內(nèi)依次形成柵介質(zhì)層、第三介質(zhì)層，形成晶體管的柵極。

可選的，所述ICP的刻蝕條件為：刻蝕氣體為氯氣，氣體流量為30～40mL/min，壓強(qiáng)為0.3～0.5Pa，刻蝕時(shí)間為2～5s，上場板功率250～350W，下場板功率80～150W。

可選的，所述第一介質(zhì)為氮化硅Si3N4介質(zhì)；相應(yīng)的，所述在半導(dǎo)體襯底上形成第一介質(zhì)層包括：

在所述氮化鋁鎵層表面沉積氮化硅Si3N4介質(zhì)，形成氮化硅Si3N4介質(zhì)層；所述氮化硅Si3N4介質(zhì)層的厚度為350埃。

可選的，所述在所述第一介質(zhì)層中形成源極接觸孔和漏極接觸孔包括：

在所述第一介質(zhì)層上進(jìn)行干法刻蝕，形成源極接觸孔和漏極接觸孔；

所述在所述第一介質(zhì)層上進(jìn)行刻蝕，形成源極接觸孔和漏極接觸孔之后，還包括：

采用氫氟酸溶液、過氧化氫與氫氧化氨的混合溶液、過氧化氫與氯化氫的混合溶液，對所述形成源極接觸孔和漏極接觸孔之后的半導(dǎo)體襯底表面進(jìn)行表面處理。

可選的，所述第二介質(zhì)包括鈦介質(zhì)、鋁介質(zhì)、氮化鈦介質(zhì)；相應(yīng)的，所述在所述源極接觸孔和所述漏極接觸孔中形成第二介質(zhì)層，以使所述第二介質(zhì)層完全覆蓋所述源極接觸孔和所述漏極接觸孔，形成晶體管的源極和漏極包括：

在所述源極接觸孔內(nèi)、所述漏極接觸孔內(nèi)，依次沉積所述鈦介質(zhì)、鋁介質(zhì)、鈦介質(zhì)、氮化鈦介質(zhì)，以形成所述第二介質(zhì)層；以使所述第二介質(zhì)層自 下而上包括：第一鈦介質(zhì)層、鋁介質(zhì)層、第二鈦介質(zhì)層、氮化鈦介質(zhì)層；其中，所述第一鈦介質(zhì)層的厚度為200埃、所述鋁介質(zhì)層的厚度為1200埃、所述第二鈦介質(zhì)層的厚度為200埃、所述氮化鈦介質(zhì)層的厚度為200埃。

可選的，所述形成晶體管的源極和漏極之后，還包括：

以氧氣作為反應(yīng)氣體，在800～860攝氏度的條件下，對所述形成晶體管的源極和漏極之后的整個(gè)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行25～35秒的退火處理。

可選的，所述柵極接觸孔的深度為475埃～550埃。

可選的，所述形成柵極接觸孔之后，還包括：

采用鹽酸溶液清洗所述柵極接觸孔，以去除所述柵極接觸孔內(nèi)的雜質(zhì)物。

可選的，所述柵介質(zhì)層為氮化硅Si3N4介質(zhì)層；所述第三介質(zhì)層包括：鎳金屬介質(zhì)、金金屬介質(zhì)。

可選的，所述柵極接觸孔與所述源極接觸孔之間的間距小于所述柵極接觸孔與所述漏極接觸孔之間的間距。