一種基于增強(qiáng)型柵極結(jié)構(gòu)的晶體管及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，特別是涉及一種基于增強(qiáng)型柵極結(jié)構(gòu)的晶體管及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高電子迀移率晶體管(HEMT)是利用異質(zhì)結(jié)界面存在的二維電子氣層(2-DGE)，在源極和漏極之間通過改變柵極加壓控制2-DGE的電子濃度，從而控制工作狀態(tài)。HEMT是新一代的晶體管，由于其優(yōu)異的性能成為高頻、高壓、高溫和大功率應(yīng)用方面的首選。
[0003]在目前的HEMT中，柵極材料多采用普通的金屬材料。因其在高電流與高電壓的狀態(tài)下操作，柵極之熱穩(wěn)定與散熱性一直都是重要的研宄主題。但目前常使用的金屬，如鎢(W)雖有很好的熱穩(wěn)定性，熔點(diǎn)可達(dá)3400°C以上，可是由于功函數(shù)太低，造成肖特基接觸(Schottky contact)不佳。而鉬(Mo)作為常被使用的金屬，恪點(diǎn)可達(dá)2600°C以上，但其熱穩(wěn)定性不佳，難以達(dá)到需求。
[0004]另外，HEMT 一般是耗盡型工作，要實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型工作，目前有采用氟(F)電漿處理、N2O電楽處理，但電楽處理所造成的電楽傷害，會造成組件的穩(wěn)定性不足；亦有使用Cascode的方式，但制成過程復(fù)雜、封裝特殊、工藝要求高、良率低，難以實(shí)際應(yīng)用。此外，對于增強(qiáng)型HEMT，多是在柵極區(qū)域具有結(jié)構(gòu)的改變，其柵極之熱穩(wěn)定性更是急需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種基于增強(qiáng)型柵極結(jié)構(gòu)的晶體管及其制備方法。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種基于增強(qiáng)型柵極結(jié)構(gòu)的晶體管，包括有由下至上依次層疊的襯底、緩沖層、氮化鎵(GaN)層、勢皇層，及設(shè)置于氮化鋁鎵層上的源極、漏極和位于兩者之間的柵極，所述勢皇層是AlGaN或InAlGaN，所述柵極是P型Al1^xGaxN (O < X < I)或 P 型 In1IzGayAlzN (O ^y^l；0^z^l),于所述柵極上還設(shè)置有一類鉆碳(Diamond-like carbon ；DLC)層，所述DLC中sp2鍵的含量大于50%。
[0007]優(yōu)選的，所述DLC層是P型摻雜DLC，摻雜有小于5wt%的硼⑶、銷(Al)、銦(In)中的一種或其組合。
[0008]優(yōu)選的，還包括一設(shè)置于所述勢皇層上方并至少覆蓋所述源極、漏極、柵極及導(dǎo)電DLC層部分表面的鈍化層，所述鈍化層是Si02、SiN或絕緣DLC，其中所述絕緣DLC中，sp2鍵的含量小于20%。
[0009]優(yōu)選的，所述源極、漏極和DLC層頂端分別設(shè)置有加厚電極，所述加厚電極選自Ti/Au、Ti/Al、Ti/Pt/Au 或 Cr/Au 的多金屬層。
[0010]優(yōu)選的，所述DLC層的上表面還設(shè)置有金屬電極層，所述加厚電極設(shè)置于金屬電極層上，其中所述金屬電極層是T1、N1、Cu、Al、Pt、W、Mo、Cr、Au或上述金屬的組合層。
[0011]優(yōu)選的，所述勢皇層的上表面部分下凹形成溝槽，所述柵極設(shè)置于所述溝槽上。
[0012]一種基于增強(qiáng)型柵極結(jié)構(gòu)的晶體管的制備方法，包括以下步驟:
[0013](I)于一襯底上依次外延形成緩沖層、氮化鎵(GaN)層及勢皇層；
[0014](2)于勢皇層表面上形成源極和漏極；
[0015](3)于勢皇層上源極和漏極之間的區(qū)域沉積柵極外延，其中所述柵極是P型AVxGaxN (O 彡 X 彡 I)或 P 型 IrvrzGayAlzN (O ^ y ^ I ；0 ^ z ^ I)；
[0016](4)于柵極上形成DLC層，其中所述DLC中sp2鍵的含量大于50% ；
[0017](5)沉積一鈍化層，所述鈍化層覆蓋于步驟(4)形成的結(jié)構(gòu)上方；
[0018](6)于所述源極、漏極和DLC層的頂端開窗鍍上加厚電極。
[0019]優(yōu)選的，步驟(2)具體包括以下步驟:
[0020]通過電子束蒸鍍的方法于所述勢皇層表面的兩個(gè)區(qū)域分別依次蒸鍍上Ti/Al/Ni/Au多金屬層，其中所述Ti/Al/Ni/Au的厚度分別是25/125/45/55nm ；
[0021]于800-950°C下退火5_45秒形成歐姆接觸，形成所述源極和漏極。
[0022]優(yōu)選的，所述DLC層是采用磁控濺鍍、離子蒸鍍、電弧離子蒸鍍或化學(xué)氣相沉積的方法形成于所述柵極表面。
[0023]優(yōu)選的，還包括于所述勢皇層的表面上干法蝕刻形成一溝槽的步驟，所述柵極形成于所述溝槽上。
[0024]優(yōu)選的，步驟(4)中，還包括于DLC層頂端沉積一金屬電極層的子步驟。
[0025]優(yōu)選的，所述柵極是通過磁控濺鍍、離子蒸鍍、電弧離子蒸鍍或化學(xué)氣相沉積的方法沉積于所述勢皇層表面上。
[0026]本發(fā)明的有益效果是:
[0027]1、類鉆碳是空間立體結(jié)構(gòu)(金剛石，sp3鍵)和平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(石墨，sp2鍵)共存的結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整二者的比例關(guān)系，可以調(diào)整其熱學(xué)及電學(xué)性能。其中sp2含量大于50%的類鉆碳呈現(xiàn)出近似石墨的形態(tài)，具有導(dǎo)電的特性；同時(shí)由于其金剛石結(jié)構(gòu)的存在，導(dǎo)熱性能及熱穩(wěn)定性能良好，設(shè)置于柵極之上可以有效降低晶體管器件的自發(fā)性熱效應(yīng)，滿足高壓、高溫工作的需求，提高器件的穩(wěn)定性。
[0028]2、p型AlhGaxN或p型In1IzGayAlzN型作為柵極，可與勢皇層形成p_n接觸面，提高閾值電壓，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型工作的目的；上述結(jié)構(gòu)對AlGaN/GaN或InGaAlN/GaN異質(zhì)結(jié)界面特性無影響，不會造成性能的退化。
[0029]3、于表面覆蓋鈍化層，減少了電流崩塌效應(yīng)，削弱外界環(huán)境對晶體管器件的影響；采用sp2〈20%的近似金剛石形態(tài)的絕緣類鉆碳，散熱性能良好，抗壓耐腐蝕，可以很好的保護(hù)晶體管器件。
[0030]4、制程簡單，無特殊工藝要求，可控性強(qiáng)，適于實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用。
【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2為本發(fā)明第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖3為本發(fā)明第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖4為本發(fā)明第四實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的各附圖僅為示意以更容易了解本發(fā)明，其具體比例可依照設(shè)計(jì)需求進(jìn)行調(diào)整。文中所描述的圖形中相對元件的上下關(guān)系，在本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解是指構(gòu)件的相對位置而言，因此皆可以翻轉(zhuǎn)而呈現(xiàn)相同的構(gòu)件，此皆應(yīng)同屬本說明書所揭露的范圍。
[0036]實(shí)施例1
[0037]參考圖1，本實(shí)施例的晶體管100，由下至上依次層疊有襯底101、緩沖層102、氮化鎵層103及勢皇層104，勢皇層104的上表面設(shè)置有源極105、漏極106及位于兩者之間的柵極107，柵極107頂端依次層疊有DLC層108及金屬電極層109。在上述結(jié)構(gòu)的上方覆蓋有鈍化層110，鈍化層110于源極105、漏極106及金屬電極層109的上方分別設(shè)有開口，并在開口分別設(shè)置有加厚電極IllaUllb及111c。
[0038]勢皇層104 是 AlGaN ;柵極 107 是 p 型 AVxGaxN，其中 O 彡 x 彡 I。AlGaN 與 AVxGaxN之間形成p-n接觸面，其勢皇較普通的肖特基接觸(金屬柵極/氮化鋁鎵)引起的勢皇高，可以增加閾值電壓，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型HEMT。DLC層108是由類鉆碳(Diamond-like carbon ；DLC)制成，具體可以是無其他元素?fù)诫s的結(jié)構(gòu)，其SP2鍵的含量大于50%，偏向于石墨結(jié)構(gòu)，具有良好的導(dǎo)電性能，并可有效降低柵極區(qū)域的自發(fā)性熱效應(yīng)。
[0039]金屬電極層109可以是T1、N1、Cu、Al、Pt、W、Mo、Cr、Au或上述金屬的組合層。
[0040]鈍化層110是S12、SiN或絕緣DLC，其中絕緣DLC可以是無其他元素?fù)诫s的結(jié)構(gòu)，其sp2鍵的含量小于20%，偏向于金剛石結(jié)構(gòu)，具有絕緣特性。
[0041]加厚電極IllaUllb 及 Illc 選自 Ti/Au、Ti/Al、Ti/Pt/Au 或 Cr/Au 的多金屬層。
[0042]制備晶體管100的方法，包括以下步驟:
[0043]1-1:于襯底101上依次外延形成緩沖層102及氮化鎵層103，并沉積AlGaN形成勢皇層104，制得試片；
[0044]1-2:清洗試片，清洗完畢后利用干蝕刻(RIE或ICP)的方式將器件主動(dòng)區(qū)以外的外延層蝕刻干凈，蝕刻深度約為200nm，使用電子束蒸鍍機(jī)于主動(dòng)區(qū)勢皇層104表面的兩個(gè)區(qū)域分別依次蒸鍍上Ti/Al/Ni/Au多金屬層，其中Ti/Al/Ni/Au各層的厚度分別是25/125/45/55nm，蒸鍍后放入快速退火機(jī)，于800-950 °C下退火5_45秒。作為一種優(yōu)選的方式，可于850°C下退火30秒使金屬與AlGaN之間形成歐姆接觸，形成源極105和漏極106 ；
[0045]1-3:于勢皇層104表面源極105和漏極106之間通過磁控