本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)，尤其涉及一種氮化鎵場效應(yīng)晶體管的制作方法及氮化鎵場效應(yīng)晶體管。

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最近吸引了很多關(guān)注。gan是第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料，由于其具有大禁帶寬度(3.4ev)、高電子飽和速率(2e⁷cm/s)、高擊穿電場(1e¹⁰v/cm-3e¹⁰v/cm)，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)境條件下具有較強的優(yōu)勢，被認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。因此，以氮化鎵以及鋁氮化鎵為基礎(chǔ)材料的氮化鎵場效應(yīng)晶體管(galliumnitridefield-effecttransistor)具有好的散熱性能、高的擊穿電場、高的飽和速度，氮化鎵場效應(yīng)晶體管在大功率高頻能量轉(zhuǎn)換和高頻微波通訊等方面有著遠大的應(yīng)用前景。

現(xiàn)有技術(shù)中的柵極接觸孔的結(jié)構(gòu)是垂直結(jié)構(gòu)，即矩形結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的缺點是柵極接觸孔邊緣的電場集中，這樣會使得氮化鎵場效應(yīng)晶體管的提前擊穿，進而使得氮化鎵場效應(yīng)晶體管的耐壓性較差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種氮化鎵場效應(yīng)晶體管的制作方法及氮化鎵場效應(yīng)晶體管，以解決現(xiàn)有技術(shù)中氮化鎵場效應(yīng)晶體管的耐壓性較差的問題。

本發(fā)明第一個方面提供一種氮化鎵場效應(yīng)晶體管的制作方法，包括：

在氮化鎵基底上形成介質(zhì)層；

在所述介質(zhì)層中形成歐姆接觸金屬層，所述歐姆接觸金屬層的底部接觸所述氮化鎵基底；

在所述介質(zhì)層和所述氮化鎵基底中形成柵極，所述柵極的底部位于所述氮化鎵基底中，所述柵極的頂部高于所述介質(zhì)層或與所述介質(zhì)層齊平，所述柵極的側(cè)面連接在所述柵極的底部和所述柵極的頂部之間且所述側(cè)面與所述柵極的底部呈鈍角。

本發(fā)明另一個方面提供一種氮化鎵場效應(yīng)晶體管，包括：

氮化鎵基底；

介質(zhì)層，形成在所述氮化鎵基底上；

歐姆接觸金屬層，形成于所述介質(zhì)層中，所述歐姆接觸金屬層的底部接觸所述氮化鎵基底；

柵極，形成于所述介質(zhì)層中，所述柵極的底部位于所述氮化鎵基底中，所述柵極的頂部高于所述介質(zhì)層或與所述介質(zhì)層齊平，所述柵極的側(cè)面連接在所述柵極的底部和所述柵極的頂部之間且所述側(cè)面與所述柵極的底部呈鈍角。

由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的氮化鎵場效應(yīng)晶體管的制作方法及氮化鎵場效應(yīng)晶體管，通過形成倒梯形的柵極接觸孔，進而在柵極接觸孔中能夠形成倒梯形的柵極，該柵極接觸孔的結(jié)構(gòu)能夠使得柵極接觸孔邊緣的電場隨著傾斜的邊分散，調(diào)整了電場的分布，使得電場盡量不集中在一點，進而能夠盡量避免氮化鎵場效應(yīng)晶體管被提前擊穿，改善了氮化鎵場效應(yīng)晶體管的耐壓性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為根據(jù)本發(fā)明一實施例的氮化鎵場效應(yīng)晶體管的制作方法的流程示意圖；

圖2a至圖2f為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的氮化鎵場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例一

本實施例提供一種氮化鎵場效應(yīng)晶體管的制作方法，用于制作氮化鎵場效應(yīng)晶體管。

如圖1所示，為根據(jù)本實施例的氮化鎵場效應(yīng)晶體管的制作方法的流程示意圖。該氮化鎵場效應(yīng)晶體管的制作方法包括：

步驟101，在氮化鎵基底上形成介質(zhì)層。

該介質(zhì)層可以由一層材料層構(gòu)成，也可以由多層材料層構(gòu)成，該步驟具體可以是：

在氮化鎵基底上形成鈍化層；

在鈍化層上形成氧化層。

本實施例的鈍化層層可以是si3n4層，氧化層可以是peteos(plasmaenhancedtetraethylorthosilicate，等離子增強沉積四乙氧基硅烷)層。

本實施例的氮化鎵基底可以為氮化鎵場效應(yīng)晶體管的常用氮化鎵基底材料，例如自下而上依次形成的si襯底、gan層和algan層。當然，還可以采用其它材料層，具體不再贅述。

步驟102，在介質(zhì)層中形成歐姆接觸金屬層，歐姆接觸金屬層的底部接觸氮化鎵基底。

具體地，可以先在介質(zhì)層中形成歐姆接觸孔，以使氮化鎵基底部分露出，然后在該歐姆接觸孔中沉積金屬以形成歐姆接觸金屬層。該歐姆接觸金屬層可以包括自下而上依次形成的ti層、al層、ti層和tin層。該歐姆接觸金屬層的形狀可以為t型，例如該歐姆接觸金屬層的頂部高于介質(zhì)層，高于介質(zhì)層的部分的寬度大于位于介質(zhì)層中的寬度。

步驟103，在介質(zhì)層和氮化鎵基底中形成柵極，柵極的底部位于氮化鎵基底中，柵極的側(cè)面連接在柵極的底部和柵極的頂部之間且側(cè)面與柵極的底 部呈鈍角。

柵極有頂部、底部和兩個側(cè)面，該兩個側(cè)面分別連接在頂部和底部之間，側(cè)面與底部之間呈鈍角，說明該側(cè)面在介質(zhì)層中呈傾斜狀。

舉例來說，形成柵極的方式可以包括以下兩種：

第一種方式：刻蝕介質(zhì)層和氮化鎵基底，形成柵極接觸孔，柵極接觸孔包括位于氮化鎵基底中的底接觸孔以及位于介質(zhì)層中的上接觸孔，上接觸孔呈倒梯形，例如倒等腰梯形，底接觸孔呈矩形，并在柵極接觸孔中沉積金屬層，形成柵極。

本實施例中可以干法刻蝕方式分別刻蝕介質(zhì)層和氮化鎵基底，例如均采用各向異性方式刻蝕介質(zhì)層和氮化鎵基底。若采用相同的干法刻蝕工藝，由于介質(zhì)層和氮化鎵基底的材料不同，因此最終形成的接觸孔的形狀不同。該第一種方式中，通過形成兩種形狀的接觸孔，進而形成完整的柵極接觸孔，能夠在保證位于氮化鎵基底中的柵極所占空間的情況下，盡量減少位于介質(zhì)層中的柵極所占用的空間，避免影響氮化鎵場效應(yīng)晶體管的小型化。

需指出的是，為了避免工藝中的誤差，柵極的頂部可以高于介質(zhì)層的頂部。柵極高于介質(zhì)層的部分可以呈矩形，該矩形的長度可以大于柵極接觸孔的頂部寬度。高于介質(zhì)層部分的柵極都可以作為柵極的頂部，位于氮化鎵基底中部分的柵極可以作為柵極的底部。

第二種方式：刻蝕介質(zhì)層和氮化鎵基底，形成柵極接觸孔，柵極接觸孔呈倒梯形，并在柵極接觸孔中沉積金屬層，形成柵極。

該第二種方式中，柵極的形狀為倒梯形，例如倒等腰梯形，柵極頂部的寬度大于柵極底部的寬度。第二種方式形成柵極接觸孔的工藝同樣是干法刻蝕。

需指出的是，為了避免工藝中的誤差，柵極的頂部可以高于介質(zhì)層的頂部。柵極高于介質(zhì)層的部分可以呈矩形，該矩形的長度可以大于柵極接觸孔的頂部寬度。高于介質(zhì)層部分的柵極都可以作為柵極的頂部，位于氮化鎵基底中部分的柵極可以作為柵極的底部。

根據(jù)本實施例的氮化鎵場效應(yīng)晶體管的制作方法，通過形成具有傾斜側(cè)面的柵極接觸孔，進而在柵極接觸孔中能夠形成具有傾斜側(cè)面的柵極，該柵極的結(jié)構(gòu)能夠使得柵極邊緣的電場隨著傾斜的側(cè)面分散，調(diào)整了電場的分布， 使得電場盡量不集中在一點，進而能夠盡量避免氮化鎵場效應(yīng)晶體管被提前擊穿，改善了氮化鎵場效應(yīng)晶體管的耐壓性。

實例二

本實施例提供氮化鎵場效應(yīng)晶體管的制作方法的具體制作方法。如圖2a至2f所示，為根據(jù)本實施例的氮化鎵場效應(yīng)晶體管的制作方法中各個步驟的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖2a所示，在氮化鎵基底201上形成介質(zhì)層202。

氮化鎵基底201包括自下而上依次形成的si襯底2011、gan層2012和algan層2013。本實施例的介質(zhì)層202包括鈍化層2021和氧化層2022，具體可以在algan層2013的勢壘層表面形成一層si3n4層作為鈍化層2021，并在si3n4層上形成一層peteos層作為氧化層2022。

如圖2b所示，在介質(zhì)層202中形成歐姆接觸孔203，露出氮化鎵基底201，并對歐姆接觸孔203進行表面處理。

舉例來說，可以用采用干法刻蝕介質(zhì)層202，刻蝕氣體為sf6(sulfurhexafluoride，六氟化硫)，刻蝕功率為10w，刻蝕壓強為100mt。此外，可以用采用氫氟酸液體、氨水和鹽酸的混合液體對歐姆接觸孔203進行表面處理，其中氫氟酸液體是稀釋的氫氟酸(dilutedhf)。

具體地，可以同時形成兩個歐姆接觸孔203，其中一個歐姆接觸孔為源極接觸孔，另一個歐姆接觸孔為漏極接觸孔。

該步驟2b所形成的半導(dǎo)體器件為第一器件210。

如圖2c所示，在第一器件210上沉積金屬，形成歐姆金屬材料層204。

該歐姆金屬材料層204可以由多層金屬構(gòu)成，例如該歐姆金屬材料層204包括從下而上依次形成的ti層、al層、ti層和tin層。具體可以采用磁控濺射工藝在第一器件210上沉積金屬以形成歐姆金屬材料層204。

形成歐姆金屬材料層204之后，對圖2c所示的第二器件220進行退火工藝，具體可以在840℃的條件下，在n2氛圍內(nèi)退火30秒。

如圖2d所示，對歐姆金屬材料層204進行光刻、刻蝕等工藝，形成歐姆接觸金屬層205。

如圖2e所示，在氮化鎵基底201和介質(zhì)層202中形成柵極接觸孔206。

具體可以通過干法刻蝕工藝形成柵極接觸孔206，圖2e所示的柵極接觸孔206 的形成方式采用上述實施例一的第一種方式。該柵極接觸孔206與歐姆接觸金屬層205間隔設(shè)置，即在兩個歐姆接觸金屬層205之間。舉例來說，可以采用干法刻蝕si3n4層2021和部分algan層2013，形成柵極接觸孔206。然后，采用鹽酸(hcl)清洗該柵極接觸孔206。

如圖2f所示，在柵極接觸孔206中形成柵極207。

該柵極207的柵介質(zhì)層可以是氮化硅，位于柵介質(zhì)層上方的是金屬層。如圖2f所示，該柵極207的頂部2071高于介質(zhì)層202，該柵極207的底部2072位于氮化鎵基底中，例如位于algan層2013中，該柵極207的兩個側(cè)面2073連接?xùn)艠O207的頂部2071和底部2072，且側(cè)面2073與底部2072均呈鈍角。

形成柵極207之后還可以形成金屬互連層以及后續(xù)的各種工藝，這些工藝均為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。

根據(jù)本實施例的氮化鎵場效應(yīng)晶體管的制作方法，通過形成具有傾斜側(cè)面的柵極接觸孔206，進而在柵極接觸孔206中能夠形成具有傾斜側(cè)面2073的柵極207，該柵極207的結(jié)構(gòu)能夠使得柵極207邊緣的電場隨著傾斜的側(cè)面分散，調(diào)整了電場的分布，使得電場盡量不集中在一點，進而能夠盡量避免氮化鎵場效應(yīng)晶體管被提前擊穿，改善了氮化鎵場效應(yīng)晶體管的耐壓性。此外，通過對柵極接觸孔206進行清洗，能夠去除柵極接觸孔206中的雜質(zhì)，進而避免這些雜質(zhì)影響氮化鎵場效應(yīng)晶體管的性能，保證了氮化鎵場效應(yīng)晶體管的可靠性。

實施例三

本實施例提供一種氮化鎵場效應(yīng)晶體管，具體采用實施例一或?qū)嵤├姆椒ㄖ瞥伞?/p>

如圖2f所示，本實施例的氮化鎵場效應(yīng)晶體管包括氮化鎵基底201、介質(zhì)層202、歐姆接觸金屬層205和柵極207。

其中，介質(zhì)層202形成在氮化鎵基底201上；歐姆接觸金屬層205形成于介質(zhì)層202中，歐姆接觸金屬層205的底部接觸氮化鎵基底201；柵極207形成于介質(zhì)層202中，柵極207的底部位于氮化鎵基底201中，柵極207的頂部2071高于介質(zhì)層202或與介質(zhì)層202齊平，柵極207的側(cè)面2073連接在柵極207的底部2072和柵極207的頂部2071之間且側(cè)面2073與柵極207的底部2072呈鈍角。

可選地，柵極207包括位于氮化鎵基底部分中的底層?xùn)艠O208，以及位于介質(zhì)層202中的上層?xùn)艠O209，上層?xùn)艠O209呈倒梯形，或者柵極207整體呈倒梯形。

可選地，介質(zhì)層202包括自下而上依次形成的鈍化層2021和氧化層2022。其中，鈍化層2021為si3n4層，氧化層2022為peteos層。

根據(jù)本實施例的氮化鎵場效應(yīng)晶體管，所形成的柵極接觸孔包括傾斜的側(cè)面，進而能夠在柵極接觸孔中能夠形成具有傾斜側(cè)面的柵極，該柵極接觸孔的結(jié)構(gòu)能夠使得柵極接觸孔邊緣的電場隨著傾斜的側(cè)面分散，調(diào)整了電場的分布，使得電場盡量不集中在一點，進而能夠盡量避免氮化鎵場效應(yīng)晶體管被提前擊穿，改善了氮化鎵場效應(yīng)晶體管的耐壓性。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解：實現(xiàn)上述方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關(guān)的硬件來完成，前述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時，執(zhí)行包括上述方法實施例的步驟；而前述的存儲介質(zhì)包括：rom、ram、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。

最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。