[發明專利]增強型高電子遷移率晶體管元件及其制造方法

有效

• 申請號: 201911004925.2
• 申請日: 2019-10-22
• 公開（公告）號: CN112310215B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 陳智偉;溫文瑩
• 申請（專利權）人: 新唐科技股份有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L21/335
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 周曉飛;許曼

本發明提供了一種增強型高電子遷移率晶體管元件及其制造方法。所述增強型高電子遷移率晶體管元件包括依序配置于一基板上的一通道層、一阻擋層、一反極化層、一低溫氮化鋁層與一P型氮化鎵層以及一柵極、一源極與一漏極。柵極配置于P型氮化鎵層上，源極與漏極則配置于柵極兩側的低溫氮化鋁層上。

技術領域

本發明是有關于一種高電子遷移率晶體管(HEMT)技術，且特別是有關于一種增強型(E-mode)高電子遷移率晶體管元件(HEMT)及其制造方法。

背景技術

近年來，以III-V族化合物半導體為基礎的HEMT元件因為其低阻值、高擊穿電壓以及快速開關切換頻率等特性，在高功率電子元件領域被廣泛地應用。一般來說，HEMT元件可分為消耗型或常開型晶體管元件，以及增強型或常關型晶體管元件。增強型晶體管元件因為其提供的附加安全性以及其更易于由簡單、低成本的驅動電路來控制，因而在業界獲得相當大的關注。近來，P型GaN增強型HEMT元件已成為各方研究的重點，并預期增加P型GaN內的摻雜濃度，能進一步提升元件的臨界電壓(Vth)。

然而，P型GaN增強型結構的制作通常要經過高溫處理，導致其中的摻質(如鎂)擴散到通道層中，而無法產生二維電子氣(2DEG)，從而導致元件特性異常，如Vth偏移、Ron增加和可靠性失效。

發明內容

本發明提供一種增強型高電子遷移率晶體管元件，能抑制P型氮化鎵層中摻質的再分布(redistribution)，并維持增強型元件特性。

本發明另提供一種增強型高電子遷移率晶體管元件的制造方法，能減少掩膜工藝，并制作出可抑制摻質再分布及維持增強型元件特性的HEMT元件。

本發明的增強型高電子遷移率晶體管元件，包括配置于一基板上的一通道層、配置于所述通道層上的一阻擋層、配置于所述阻擋層上的一反極化層、配置于所述反極化層上的一低溫氮化鋁層、配置于所述低溫氮化鋁層上的一P型氮化鎵層、配置于所述P型氮化鎵層上的一柵極以及，配置于柵極兩側的所述低溫氮化鋁層上的一源極與一漏極。

在本發明的一實施例中，上述低溫氮化鋁層的厚度在1nm～20nm之間。

在本發明的一實施例中，上述反極化層的材料包括In_XGa_1-XN，且X＝0.15～0.3。

在本發明的一實施例中，上述反極化層包括一梯度銦摻雜濃度，且所述梯度銦摻雜濃度是自鄰接阻擋層處朝向低溫氮化鋁層而由低至高變化。

在本發明的一實施例中，上述反極化層的厚度大于10nm且小于80nm。

在本發明的一實施例中，上述P型氮化鎵層的摻質例如鎂。

在本發明的一實施例中，上述增強型高電子遷移率晶體管元件還可包括位于通道層與基板之間的一緩沖層以及位于所述緩沖層與基板之間的一成核層(nucleationlayer)。

本發明的增強型高電子遷移率晶體管元件的制造方法，包括利用外延工藝，于一基板上依序形成一通道層、一阻擋層、一反極化層、一低溫氮化鋁層以及一P型氮化鎵層，而后選擇性刻蝕所述P型氮化鎵層直到露出部分所述低溫氮化鋁層，再在所述P型氮化鎵層上形成一柵極，并同時在P型氮化鎵層兩側露出的低溫氮化鋁層上形成一源極與一漏極。

在本發明的另一實施例中，形成上述低溫氮化鋁層的溫度在700℃～800℃之間。

在本發明的另一實施例中，形成上述通道層、阻擋層、反極化層以及P型氮化鎵層的溫度在1000℃以上。

在本發明的另一實施例中，形成上述P型氮化鎵層所用的摻質例如鎂。