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(chǎng)，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(shì)，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-dimensionalelectrongas，簡(jiǎn)稱“2deg”)，同時(shí)異質(zhì)結(jié)對(duì)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(duì)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。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

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(duì)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(chǎng)板功率250～350w，下場(chǎng)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(duì)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(duì)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。

本發(fā)明的氮化鎵晶體管的制備方法，通過在自上而下包含氮化鋁鎵層、氮化鎵層、硅襯底層的半導(dǎo)體襯底上形成第一介質(zhì)層；并在第一介質(zhì)層中形成源極接觸孔和漏極接觸孔；在源極接觸孔和漏極接觸孔中形成第二介質(zhì)層，以使第二介質(zhì)層完全覆蓋源極接觸孔和漏極接觸孔，形成晶體管的源極和漏極；并采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕icp對(duì)第一介質(zhì)層以及預(yù)設(shè)厚度的氮化鋁鎵層進(jìn)行刻蝕，形成柵極接觸孔；在柵極接觸孔內(nèi)依次形成柵介質(zhì)層、第三介質(zhì)層，形成晶體管的柵極。上述氮化鎵晶體管的制備方法優(yōu)化了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)，減小了柵極電阻，進(jìn)而減小了氮化鎵晶體管的導(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。

附圖說明

圖1為一示例性實(shí)施例示出的氮化鎵晶體管的制備方法的流程圖；

圖2～圖8為圖1所示實(shí)施例的氮化鎵晶體管的制備方法中各個(gè)步驟的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為另一示例性實(shí)施例示出的氮化鎵晶體管的制備方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖1為一示例性實(shí)施例示出的氮化鎵晶體管的制備方法的流程圖，圖2～圖8為圖1所示實(shí)施例的氮化鎵晶體管的制備方法中各個(gè)步驟的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1～8所示，本實(shí)施例的方法包括：

步驟101、在半導(dǎo)體襯底上形成第一介質(zhì)層。

具體的，該半導(dǎo)體襯底自上而下包含氮化鋁鎵層13(algan)、氮化鎵層12(gan)、硅襯底層11(si)。其中，半導(dǎo)體襯底的剖面結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，自上而下依次為氮化鋁鎵層13、氮化鎵層12、硅襯底層11。在氮化鋁鎵層13上表面沉積第一介質(zhì)，形成該第一介質(zhì)層14。其中，氮化鎵是第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料，其具有大禁帶寬度(3.4ev)、高電子飽和速率(2e7cm/s)、高擊穿電場(chǎng)(1e10～-3e10v/cm)、較高熱導(dǎo)率、耐腐蝕和抗輻射性能等特性、并且在高壓、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(shì)，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。

步驟102、在第一介質(zhì)層中形成源極接觸孔和漏極接觸孔。

具體的，在圖2所示的第一介質(zhì)層14上進(jìn)行刻蝕，刻蝕的方式可以采用干法刻蝕，干法刻蝕是用等離子體進(jìn)行薄膜刻蝕的技術(shù)，以將氮化鋁鎵層13上的部分第一介質(zhì)去除，如圖3所示，露出源極接觸孔15和漏極接觸孔16。

步驟103、在源極接觸孔和漏極接觸孔中形成第二介質(zhì)層，以使第二介質(zhì)層完全覆蓋源極接觸孔和漏極接觸孔，形成晶體管的源極和漏極。

具體的，如圖4所示，可以采用磁控濺射鍍膜工藝，在第一介質(zhì)層14的表面以及源極接觸孔15內(nèi)、漏極接觸孔16內(nèi)沉積第二介質(zhì)，以使第二介質(zhì)充滿整個(gè)源極接觸孔15內(nèi)和漏極接觸孔16。第二介質(zhì)層17在沉積后覆蓋整個(gè)源極接觸孔15、漏極接觸孔16、以及第一介質(zhì)層14的表面。再對(duì)第二介質(zhì)層17進(jìn)行光刻、刻蝕；其中，光刻的工藝包括了涂膠、曝光和顯影等工 序，刻蝕后，如圖5所示，將源極接觸孔15、漏極接觸孔16之外區(qū)域的第二介質(zhì)去除，使第一介質(zhì)層14的部分上表面外露，源極接觸孔15與漏極接觸孔16之間外露的部分第一介質(zhì)層14形成第一窗口18；被第二介質(zhì)填充滿的源極接觸孔15與漏極接觸孔16形成歐姆接觸電極；其中，第二介質(zhì)為金屬介質(zhì)。

步驟104、采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕icp對(duì)第一介質(zhì)層以及預(yù)設(shè)厚度的氮化鋁鎵層進(jìn)行刻蝕，形成柵極接觸孔。

具體的，在第一窗口18區(qū)域采用采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕icp技術(shù)，進(jìn)行高質(zhì)量的精細(xì)刻蝕，去掉預(yù)設(shè)寬度的全部第一介質(zhì)層14，以及預(yù)設(shè)厚度(深度)的氮化鋁鎵層13，形成柵極接觸孔19。通過單獨(dú)控制等離子體轟擊能量，減小刻蝕損傷，從而獲得較好的刻蝕形貌，形成柵電阻較小的柵極接觸孔19。如圖6所示，柵極接觸孔19完全穿透第一介質(zhì)層14，并穿過部分的氮化鋁鎵層13，使得柵極接觸孔19的深度比源極接觸孔15和漏極接觸孔16的深度深。

步驟105、在柵極接觸孔內(nèi)依次形成柵介質(zhì)層、第三介質(zhì)層，形成晶體管的柵極。

具體的，如圖7所示，在柵極接觸孔19內(nèi)淀積柵介質(zhì)層20，該柵介質(zhì)層20的厚度小于柵極接觸孔19的深度。再在該柵介質(zhì)層20之上沉積第三介質(zhì)層21，具體可以采用磁控濺射鍍膜工藝，在柵極接觸孔19內(nèi)沉積第三介質(zhì)，以使第三介質(zhì)完全覆蓋該柵極接觸孔19區(qū)域，形成第三介質(zhì)層21，從而形成柵極的接觸電極，形成氮化鎵晶體管。

本實(shí)施例的氮化鎵晶體管的制備方法，通過在自上而下包含氮化鋁鎵層、氮化鎵層、硅襯底層的半導(dǎo)體襯底上形成第一介質(zhì)層；并在第一介質(zhì)層中形成源極接觸孔和漏極接觸孔；在源極接觸孔和漏極接觸孔中形成第二介質(zhì)層，以使第二介質(zhì)層完全覆蓋源極接觸孔和漏極接觸孔，形成晶體管的源極和漏極；并采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕icp對(duì)第一介質(zhì)層以及預(yù)設(shè)厚度的氮化鋁鎵層進(jìn)行刻蝕，形成柵極接觸孔；在柵極接觸孔內(nèi)依次形成柵介質(zhì)層、第三介質(zhì)層，形成晶體管的柵極。上述氮化鎵晶體管的制備方法優(yōu)化了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)，減小了柵極電阻，進(jìn)而減小了氮化鎵晶體管的導(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。

圖9為另一示例性實(shí)施例示出的氮化鎵晶體管的制備方法的流程圖，如圖9并結(jié)合圖2～圖8所示的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，在上一實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例的方法包括：

步驟201、在半導(dǎo)體襯底上形成第一介質(zhì)層。

具體的，第一介質(zhì)可以為氮化硅si3n4介質(zhì)，在氮化鋁鎵層13表面沉積氮化硅si3n4介質(zhì)，形成氮化硅si3n4介質(zhì)層14；其中，氮化硅si3n4介質(zhì)層14的厚度可以為350埃。該第一介質(zhì)層14的形成可以采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相電積方法，在反應(yīng)爐中通入硅烷sih4氣體、氧氣o2、一氧化氮no氣體的混合氣體，或者通入硅烷氣體、氧氣、二氧化碳co2氣體的混合氣體，從而混合氣體進(jìn)行反應(yīng)之后生成氮化硅si3n4，在半導(dǎo)體襯底上表面沉積氮化硅si3n4，形成氮化硅層14。

步驟202、在第一介質(zhì)層中形成源極接觸孔和漏極接觸孔。

步驟203、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(duì)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。

具體的，在對(duì)第一介質(zhì)層14進(jìn)行干法刻蝕之后，刻蝕后的半導(dǎo)體襯底表面會(huì)存在雜質(zhì)、顆粒等雜質(zhì)物，采用dhf+sc1+sc2，即先采用稀釋后的氫氟酸溶液處理表面，然后采用過氧化氫與氫氧化氨的堿性混合溶液處理表面，再采用過氧化氫與氯化氫的酸性混合溶液處理表面，可以去除表面的雜質(zhì)物。

步驟204、第二介質(zhì)包括鈦介質(zhì)、鋁介質(zhì)、氮化鈦介質(zhì)；在源極接觸孔內(nèi)、漏極接觸孔內(nèi)，依次沉積鈦介質(zhì)、鋁介質(zhì)、鈦介質(zhì)、氮化鈦介質(zhì)，以形成第二介質(zhì)層。

具體的，第二介質(zhì)層17自下而上包括：第一鈦ti介質(zhì)層、鋁al介質(zhì)層、第二鈦ti介質(zhì)層、氮化鈦tin介質(zhì)層；其中，各層的厚度為：第一鈦介質(zhì)層的厚度為200埃、鋁介質(zhì)層的厚度為1200埃、第二鈦介質(zhì)層的厚度為200埃、氮化鈦介質(zhì)層的厚度為200埃。第二介質(zhì)層17在沉積后覆蓋整個(gè)源極接觸孔15、漏極接觸孔16、以及第一介質(zhì)層14的表面。對(duì)第二介質(zhì)層17進(jìn)行光刻、刻蝕，去除源極接觸孔15、漏極接觸孔16之外區(qū)域的第二介 質(zhì)，以使第一介質(zhì)層14的部分上表面外露，形成第一窗口18；被保留的第二介質(zhì)的寬度大于等于源極接觸孔15以及漏極接觸孔16區(qū)域的寬度，該第二介質(zhì)層17完全覆蓋源極接觸孔15和漏極接觸孔16，形成晶體管的源極和漏極。

步驟205、以氧氣作為反應(yīng)氣體，在800～860攝氏度的條件下，對(duì)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。

具體的，在反應(yīng)爐中通入氧氣o2，對(duì)當(dāng)前形成的整個(gè)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行高溫退火處理，以使填充滿第二介質(zhì)的源極接觸孔15與漏極接觸孔16形成良好的歐姆接觸的電極金屬。同時(shí)，退火處理還可以使第二介質(zhì)層17與氮化鋁鎵層13進(jìn)行反應(yīng)以在兩者的接觸面上形成合金，以降低第二介質(zhì)層17與氮化鋁鎵層13之間的接觸電阻；優(yōu)選的，可以在850攝氏度的條件下，對(duì)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30秒的退火處理。

步驟206、采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕icp對(duì)第一介質(zhì)層以及預(yù)設(shè)厚度的氮化鋁鎵層進(jìn)行刻蝕，形成柵極接觸孔。

具體的，在第一窗口18區(qū)域?qū)Φ谝唤橘|(zhì)層14以及預(yù)設(shè)厚度的氮化鋁鎵層13進(jìn)行icp刻蝕，形成該柵極接觸孔19。其中，柵極接觸孔19的深度優(yōu)選為475?！?50埃。icp的刻蝕條件為：刻蝕氣體為氯氣cl2，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(chǎng)板功率250～350w，下場(chǎng)板功率80～150w；其中優(yōu)選的，氣體流量為35ml/min，壓強(qiáng)為0.35pa，刻蝕時(shí)間為3s，上場(chǎng)板功率300w，下場(chǎng)板功率100w，可以獲得較佳的刻蝕效果。

步驟207、采用鹽酸溶液清洗柵極接觸孔，以去除柵極接觸孔內(nèi)的雜質(zhì)物。

具體的，通過刻蝕得到的柵極接觸孔19內(nèi)會(huì)存在雜質(zhì)、顆粒、離子等雜質(zhì)物，通過采用鹽酸hcl溶液清洗柵極接觸孔19，將柵極接觸孔19內(nèi)的雜質(zhì)物去除掉，以保證后續(xù)沉積形成的柵極具備良好的電氣性能。

步驟208、在柵極接觸孔內(nèi)依次形成柵介質(zhì)層、第三介質(zhì)層，形成晶體管的柵極。

具體的，在柵極接觸孔19內(nèi)淀積柵介質(zhì)氮化硅si3n4，形成氮化硅si3n4介質(zhì)層20。第三介質(zhì)層21可以包括：鎳金屬介質(zhì)、金金屬介質(zhì)。柵極 接觸孔19與源極接觸孔15之間的間距小于柵極接觸孔19與漏極接觸孔16之間的間距。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解：實(shí)現(xiàn)上述各方法實(shí)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(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中。該程序在執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行包括上述各方法實(shí)施例的步驟；而前述的存儲(chǔ)介質(zhì)包括：rom、ram、磁碟或者光盤等各種可以存儲(chǔ)程序代碼的介質(zhì)。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)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(shí)施例技術(shù)方案的范圍。