[發(fā)明專利]一種氮化鎵薄膜晶體管及其制造方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201710680935.2
• 申請日: 2017-08-10
• 公開（公告）號: CN107464851A
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發(fā)明（設計）人: 陳榮盛;劉遠;吳朝暉;李斌;李國元
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;H01L21/336;H01L21/02
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標事務所有限公司44205
• 代理人: 胡輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導體領(lǐng)域，尤其是一種氮化鎵薄膜晶體管及其制造方法。

背景技術(shù)

名詞解釋：

歐姆接觸：金屬與半導體在接觸處是一個純電阻，而且該電阻越小越好。

等比例縮小：是指在縮小半導體體積的同時，等比例地縮小一些關(guān)鍵參數(shù)，如柵長、柵介電層厚度，漏電流和漏極飽和電流等。

在下一代新型AMOLED有源顯示的發(fā)展及推動下，金屬氧化物薄膜晶體管受到越來越多的關(guān)注與研究，然而金屬氧化物類的薄膜晶體管易受周圍環(huán)境、水汽的影響，其穩(wěn)定性性能一直表現(xiàn)不佳，該難題阻礙了金屬氧化物薄膜晶體管大規(guī)模商業(yè)化的進程。

氮化鎵薄膜因其特有的寬禁帶、透明、遷移率高等特性，在高電子遷移率晶體管器件中備受關(guān)注。氮化鎵薄膜的制備方法使用傳統(tǒng)的金屬有機化學氣相沉積設備，成膜結(jié)晶質(zhì)量優(yōu)越，但該設備費用昂貴，且成膜面積小，不可以應用于大面積的顯示行業(yè)中。S.Kobayashi等日本學者在論文(J.Cryst.Growth 189–190,749，1998，J.Non-Cryst.Solids，227–230,1245，1998)中提出采用磁控濺射法制備氮化鎵薄膜，并制備出簡單的底柵型薄膜晶體管，然而該薄膜晶體管中的氮化鎵薄膜的成膜質(zhì)量差、結(jié)晶度低以及源漏接觸電極與溝道并沒有形成良好的歐姆接觸，使得晶體管的遷移率僅為0.06cm²/Vs，開關(guān)電流比不足10的3次方，器件性能差，難以得到實際應用。此外，目前的氮化鎵薄膜晶體管主要采用底柵結(jié)構(gòu)(即柵極在器件底部)，采用這樣的結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生較大的寄生電容，等比例縮小能力差，同時柵極的驅(qū)動電壓較高。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的第一目的在于：提供一種寄生電容小、等比例縮小能力強和驅(qū)動電壓低的氮化鎵薄膜晶體管。

本發(fā)明的第二目的在于：提供一種器件性能好的氮化鎵薄膜晶體管的制造方法。

本發(fā)明所采用的第一種技術(shù)方案是：

一種氮化鎵薄膜晶體管，包括從下至上分布的襯底、緩沖層和氮化鎵薄膜，所述氮化鎵薄膜上設有源漏接觸電極和柵介質(zhì)層，所述柵介質(zhì)層上設有柵電極；所述氮化鎵薄膜從左至右分為三個區(qū)域，其中，氮化鎵薄膜左右的兩個區(qū)域為N型重摻雜源漏區(qū)，中間的區(qū)域為無摻雜氮化鎵區(qū)，所述源漏接觸電極與氮化鎵薄膜的N型重摻雜源漏區(qū)歐姆接觸。

進一步，所述柵電極為ITO薄膜，所述柵介質(zhì)層為SiO₂層，所述源漏接觸電極為Ti/Al雙層金屬電極。

進一步，所述緩沖層為SiO₂層、Si₃N₄層或SiO₂與Si₃N₄的混合層，所述襯底為硅襯底或玻璃襯底。

本發(fā)明所采用的第二種技術(shù)方案是：

一種氮化鎵薄膜晶體管的制造方法，包括以下步驟：

在襯底上沉積緩沖層；

使用直流磁控濺射法在緩沖層上沉積氮化鎵薄膜；

對氮化鎵薄膜進行光刻和剝離，使氮化鎵薄膜圖形化；

在圖形化后的氮化鎵薄膜上沉積離子注入緩沖層；

對離子注入緩沖層進行光刻，形成圖形化的源漏區(qū)；

對圖形化的源漏區(qū)進行離子注入、去膠和退火，以在氮化鎵薄膜中形成N型重摻雜源漏區(qū)；

通過刻蝕工藝移除離子注入緩沖層；

在移除離子注入緩沖層后的氮化鎵薄膜上沉積柵介質(zhì)層；

在柵介質(zhì)層上沉積柵電極；

以柵電極為圖形，刻蝕柵介質(zhì)層，形成源漏區(qū)的接觸孔；

在源漏區(qū)的接觸孔中沉積源漏接觸電極。

進一步，所述直流磁控濺射法中使用的靶材為液態(tài)金屬鎵或含有鎵的靶材，反應氣體為氮氣，反應時襯底的溫度為27℃至600℃。

進一步，所述對圖形化的源漏區(qū)進行離子注入、去膠和退火，以在氮化鎵薄膜中形成N型重摻雜源漏區(qū)，這一步驟包括：使用離子注入機或者離子噴淋機向源漏區(qū)注入硅離子。

進一步，所述對圖形化的源漏區(qū)進行離子注入、去膠和退火，以在氮化鎵薄膜中形成N型重摻雜源漏區(qū)，這一步驟還包括：去除光膠，并使用快速退火設備或高溫度爐進行退火，其中，退火溫度為500℃至1000℃，退火時間為3-15分鐘，退火氣氛為氮氣、氧氣或氬氣。

進一步，所述硅離子的劑量為10¹⁴至10¹⁶/cm²，所述硅離子的能量為100至200keV。