[發(fā)明專(zhuān)利]氮化鎵晶體管及其制造方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911407484.0
• 申請(qǐng)日: 2019-12-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111081772A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 逯永建;賈利芳;肖金平;聞?dòng)老?/a>;李東昇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 杭州士蘭集成電路有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L29/778
• 分類(lèi)號(hào): H01L29/778;H01L21/335
• 代理公司: 北京成創(chuàng)同維知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11449
• 代理人: 蔡純;張靖琳

本申請(qǐng)公開(kāi)了一種氮化鎵晶體管及其制造方法，包括：在勢(shì)壘層上方的第一區(qū)域形成柵疊層，柵疊層包括柵極結(jié)構(gòu)層以及位于柵極結(jié)構(gòu)層和勢(shì)壘層之間的第一插入層；以及在勢(shì)壘層上方的第二區(qū)域形成第一空穴注入層，第一區(qū)域和第二區(qū)域彼此隔開(kāi)，其中，形成柵疊層的步驟包括采用第一抗蝕劑掩膜對(duì)硬掩膜層進(jìn)行圖案化、采用第一抗蝕劑掩膜對(duì)摻雜層圖案化以形成柵極結(jié)構(gòu)層、以及采用硬掩膜層對(duì)插入層圖案化以形成第一插入層。該制造方法將硬掩膜層用于后續(xù)的圖案化工藝，可以避免多次光刻的錯(cuò)位，以簡(jiǎn)化氮化鎵晶體管的制造工藝以及提高產(chǎn)品良率。該氮化鎵晶體管采用第一空穴注入層向溝道層中注入電荷以釋放陷阱能級(jí)捕獲的電子，因而可以獲得穩(wěn)定的導(dǎo)通電阻。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地，涉及一種氮化鎵晶體管及其制造方法。

背景技術(shù)

與硅、砷化鎵等半導(dǎo)體材料相比，寬禁帶半導(dǎo)體材料氮化鎵(GaN)具有更大的禁帶寬度(3.4eV)、更強(qiáng)的臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)以及更高的電子遷移速率，得到了國(guó)內(nèi)外研究者們的廣泛關(guān)注，在電力電子功率器件以及高頻功率器件方面具有巨大的優(yōu)勢(shì)和潛力。作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體的典型代表，氮化鎵材料不但具有禁帶寬度大、臨界擊穿電場(chǎng)高、電子飽和漂移速度大、耐高溫、抗輻射以及化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，同時(shí)由于氮化鎵材料的極化效應(yīng)，可以與鋁鎵氮等材料形成具有高濃度(大于10¹³cm^-2)和高遷移率(大于2000cm²/V·s)的二維電子氣(2DEG)，非常適合制備功率開(kāi)關(guān)器件，成為當(dāng)前功率器件領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

目前氮化鎵單晶襯底較難得到，絕大多數(shù)氮化鎵薄膜是通過(guò)在其他襯底上進(jìn)行異質(zhì)外延實(shí)現(xiàn)。常用的襯底包括硅、藍(lán)寶石以及碳化硅等。由于氮化鎵與襯底之間存在較大的晶格錯(cuò)配以及熱應(yīng)變，氮化鎵外延材料的缺陷密度可能比硅材料高3至4個(gè)數(shù)量級(jí)。此外為了實(shí)現(xiàn)高擊穿電壓，在高阻氮化物層進(jìn)行碳、鐵或者鎂摻雜。氮化鎵溝道層中的缺陷以及雜質(zhì)能形成陷阱能級(jí)。在反向高壓下，該陷阱能級(jí)會(huì)捕獲電子。結(jié)果，當(dāng)?shù)壘w管重新導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通電阻增大，器件穩(wěn)定性與可靠性變差。

作為進(jìn)一步改進(jìn)的器件結(jié)構(gòu)，在氮化鎵晶體管的柵極區(qū)域和漏極區(qū)域分別形成復(fù)合疊層。在反向截止?fàn)顟B(tài)，采用漏極區(qū)域空穴注入層向溝道層中注入空穴，從而可以釋放陷阱能級(jí)捕獲的電子。因此，在氮化鎵晶體管重新導(dǎo)通時(shí)可以獲得大致恒定的導(dǎo)通電阻。

然而，該氮化鎵晶體管的制造方法工藝復(fù)雜，包括在插入層的圖案化步驟之后的二次光刻和附加的外延生長(zhǎng)，從而存在著二次光刻錯(cuò)位的問(wèn)題。結(jié)果，在柵極區(qū)域的復(fù)合疊層中，柵極結(jié)構(gòu)層與插入層之間彼此錯(cuò)位導(dǎo)致氮化鎵晶體管不能正常工作。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種氮化鎵晶體管及其制造方法，其中，在形成所述柵極結(jié)構(gòu)層時(shí)圖案化硬掩膜層，以及將硬掩膜層用于后續(xù)圖案化工藝，從而可以簡(jiǎn)化氮化鎵晶體管的制造工藝以及提高產(chǎn)品良率。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種氮化鎵晶體管的制造方法，包括：在襯底上形成勢(shì)壘層；在所述勢(shì)壘層上方的第一區(qū)域形成柵疊層，所述柵疊層包括柵極結(jié)構(gòu)層以及位于所述柵極結(jié)構(gòu)層和所述勢(shì)壘層之間的第一插入層；以及在所述勢(shì)壘層上方的第二區(qū)域形成第一空穴注入層，所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域彼此隔開(kāi)，其中，所述形成柵疊層的步驟包括采用第一抗蝕劑掩膜對(duì)硬掩膜層進(jìn)行圖案化、采用所述第一抗蝕劑掩膜對(duì)摻雜層圖案化以形成所述柵極結(jié)構(gòu)層、以及采用所述硬掩膜層對(duì)插入層圖案化以形成所述第一插入層。

優(yōu)選地，在采用所述硬掩膜層對(duì)插入層圖案化以形成所述第一插入層的同時(shí)，采用第二抗蝕劑掩膜對(duì)所述插入層圖案化以形成所述第一空穴注入層。

優(yōu)選地，通過(guò)一次光刻刻蝕形成所述柵疊層。

優(yōu)選地，在對(duì)插入層進(jìn)行圖案化之后，去除所述硬掩膜層。

優(yōu)選地，采用外延生長(zhǎng)方法形成所述摻雜層。

優(yōu)選地，所述柵極結(jié)構(gòu)層、所述第一插入層和所述第一空穴注入層分別由摻雜氮化物組成。