專(zhuān)利名稱(chēng)：一種射頻器件及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種射頻器件及其制作方法。
背景技術(shù)：
寬禁帶半導(dǎo)體材料氮化鎵由于具有禁帶寬度大、電子飽和漂移速度高、擊穿場(chǎng)強(qiáng)高、導(dǎo)熱性能好等特點(diǎn)，所以比硅和砷化鎵更適合于制作高溫、高頻、高壓和大功率的器件。氮化鎵電子器件在高頻率大功率器件方面有很好的應(yīng)用前景，從20世紀(jì)90年代至今，氮化鎵基射頻器件的研制一直是氮化鎵電子器件研究的熱點(diǎn)之一。電流增益截止頻率和最大振蕩頻率是射頻器件的兩個(gè)重要性能指標(biāo)，這兩個(gè)指標(biāo)的好壞主要取決于柵長(zhǎng)、柵極對(duì)溝道的控制能力，以及源極和漏極的接觸電阻。而柵極對(duì)溝 道的控制能力(跨導(dǎo))從很大程度上來(lái)說(shuō)是由(柵極的長(zhǎng)度)/ (柵極和溝道之間的距離)的比值決定的。為了提高氮化鎵基高電子遷移率晶體管的射頻特性，需要減薄異質(zhì)結(jié)中的勢(shì)壘層鋁鎵氮層的厚度，同時(shí)還需保持高濃度的二維電子氣和高的電子遷移率，若要同時(shí)滿(mǎn)足這些要求，異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)中氮化鋁/氮化鎵異質(zhì)結(jié)是很好的選擇。由于氮化鋁中存在極強(qiáng)的自發(fā)極化電場(chǎng)，氮化鋁和氮化鎵之間存在巨大的壓電效應(yīng)，因此在氮化鋁/氮化鎵異質(zhì)結(jié)中存在極高濃度的二維電子氣，理論給出的預(yù)計(jì)值可以達(dá)到5E13/cm2。這樣，在氮化鋁/氮化鎵異質(zhì)結(jié)中，幾個(gè)納米的氮化鋁層就可以提供很高濃度的二維電子氣，柵極和溝道的距離也可以做到最小，因而氮化鋁/氮化鎵異質(zhì)結(jié)是提高氮化鎵基高電子遷移率晶體管射頻特性的很好的選擇。但是，由于氮化鋁的能帶寬度很寬，超過(guò)了 6個(gè)電子伏特，所以會(huì)帶來(lái)金屬與半導(dǎo)體之間高的肖特基勢(shì)壘高度，極大地提高源極和漏極的接觸電阻，進(jìn)而降低器件的射頻性能。另外，由于氮化鋁和氮化鎵之間存在巨大的晶格失配，會(huì)引起氮化鋁/氮化鎵異質(zhì)結(jié)中的應(yīng)力釋放，因此為了穩(wěn)定氮化鋁表面需要額外引入氮化鎵冒層，此氮化鎵冒層的厚度通常在3 5納米范圍內(nèi)，這就使得柵極到二維電子氣的距離增加，降低了柵極對(duì)溝道的控制能力，從而降低了器件的射頻性能。而且，柵極的肖特基接觸會(huì)引入大的柵極漏電流，通常人們采用氟處理的方法，在沉積柵極金屬前用CF4處理氮化物表面形成氟化物來(lái)降低柵極的漏電流，但CF4處理會(huì)降低溝道處二維電子氣濃度，影響射頻特性。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提出了一種射頻器件及其制作方法。該器件結(jié)構(gòu)具有極薄的勢(shì)壘層(小于IOnm)，大大提高了柵極對(duì)溝道中載流子的控制能力；同時(shí)該器件具備絕緣柵結(jié)構(gòu)，解決了大電流高頻器件的漏電問(wèn)題；而且絕緣介質(zhì)層是器件的本征氧化物，具有極低的表面態(tài)，避免了電流崩塌效應(yīng)。所述射頻器件的性能是通過(guò)雙層氮化鋁結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中上層氮化鋁含有硅，甚至形成合金，來(lái)降低源極和漏極的歐姆接觸電阻。為了避免該含硅氮化鋁層對(duì)柵極漏電流的影響，需要對(duì)氮化鋁層進(jìn)行氧化處理，生成本征氧化物或者氮氧化物，如氧化鋁或者氮氧化鋁。在所述氧化處理生成的介質(zhì)層上制備絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管，可以極大降低柵極和漏極的漏電流。這種結(jié)構(gòu)能夠改善氮化鋁在作為氮化鎵基高電子遷移率晶體管中的勢(shì)壘層時(shí)，源極和漏極區(qū)域會(huì)產(chǎn)生過(guò)高的肖特基勢(shì)壘高度的問(wèn)題。另外，在雙層氮化鋁結(jié)構(gòu)上可以附加介質(zhì)層，可以減少氮化鋁表面的應(yīng)力釋放，提高器件的射頻性能。根據(jù)本發(fā)明的目的提出的一種射頻器件，包括襯底，氮化物成核層和氮化物緩沖層，依次形成于所述襯底上；形成于所述氮化物緩沖層上的氮化物晶體管結(jié)構(gòu)，所述氮化物晶體管包括氮化鎵溝道層和氮化物勢(shì)壘層，所述氮化物勢(shì)壘層包括位于氮化鎵溝道層之上的第一氮化物層和 位于該第一氮化物層上的第二氮化物層，所述第二氮化物層含有硅元素；形成于所述第二氮化物層上的介質(zhì)鈍化層，所述介質(zhì)鈍化層上定義有柵極區(qū)及分別位于所述柵極兩側(cè)的源極區(qū)和漏極區(qū)；氮化物勢(shì)壘層位于柵極區(qū)上經(jīng)過(guò)氧化處理形成的氧化物和/或氮氧化物；以及形成于所述柵極區(qū)中的柵極以及形成于所述源極區(qū)和漏極區(qū)的源極和漏極。優(yōu)選的，第一氮化物層和第二氮化物層的組分為AlxInyGa1^N,其中鋁的組分x>75%。優(yōu)選的，所述第二氮化物層中的硅含量大于1E/I8cm3。優(yōu)選的，所述第二氮化物層中的硅含量超過(guò)0. 1%，使得該第二氮化物層變成鋁硅
氮合金。優(yōu)選的，所述第一氮化物層的厚度為0. 25nm-12nm ;所述第二氮化物層的厚度為
0.25nm-12nm。優(yōu)選的，所述介質(zhì)鈍化層包括位于該第二氮化物層上的第一介質(zhì)鈍化層和位于該第一介質(zhì)鈍化層上的第二介質(zhì)鈍化層，所述第一介質(zhì)鈍化層為通過(guò)原位生長(zhǎng)的氮化硅或者
娃招氣。優(yōu)選的，所述第二介質(zhì)鈍化層為氮化硅層。優(yōu)選的，所述柵極區(qū)貫穿整個(gè)介質(zhì)鈍化層，所述氮化物勢(shì)壘層對(duì)應(yīng)所述柵極區(qū)的位置被全部或者部分氧化成氧化物和/或氮氧化物，所述柵極位于該氧化物之上。優(yōu)選的，所述柵極區(qū)貫穿整個(gè)介質(zhì)鈍化層，在所述柵極和所述介質(zhì)鈍化層之間進(jìn)
一步設(shè)有第三介質(zhì)層，該第三介質(zhì)層為三氧化二鋁、氮氧化鋁、氧化鉿、氧化鉿鋁、氮化硅、硅鋁氮、氧化硅、氮氧化硅中的一種或其任意組合。優(yōu)選的，所述源極區(qū)和所述漏極區(qū)貫穿整個(gè)介質(zhì)鈍化層，所述源極和所述漏極與所述氮化物勢(shì)壘層形成歐姆接觸。優(yōu)選的，所述襯底為硅、碳化硅、藍(lán)寶石、氮化鎵、氮化鋁、鈮酸鋰或SOI中的一種。同時(shí)，本發(fā)明還提出了所述的射頻器件的制作方法，包括步驟襯底外延工藝在襯底上依次形成氮化物成核層、氮化物緩沖層、氮化鎵溝道層、氮化物勢(shì)壘層和介質(zhì)鈍化層，其中所述氮化物勢(shì)壘層包括第一氮化物層和第二氮化物層，該第二氮化物層含有娃;柵極工藝在所述介質(zhì)鈍化層上定義柵極區(qū)，對(duì)所述柵極區(qū)進(jìn)行刻蝕，使柵極區(qū)貫穿整個(gè)介質(zhì)鈍化層，對(duì)柵極區(qū)中暴露出來(lái)的氮化物勢(shì)壘層進(jìn)行氧化處理形成氧化物和/或氮氧化物，在該柵極區(qū)中沉積金屬形成柵極；源極和漏極工藝在所述介質(zhì)鈍化層上定義源極區(qū)和漏極區(qū)，對(duì)所述源極區(qū)和漏極區(qū)進(jìn)行刻蝕，使源極區(qū)和漏極區(qū)貫穿整個(gè)介質(zhì)鈍化層，在所述源極區(qū)和漏極區(qū)中沉積金屬形成源極和漏極，使源極和漏極與所述氮化物勢(shì)壘層形成歐姆接觸。優(yōu)選的，所述第一氮化物層和第二氮化物層的組分是AlxInyGai_x_yN，其中鋁的組分x>75%。優(yōu)選的，所述第二氮化物層中的硅含量大于1E/I8cm3。優(yōu)選的，所述第二氮化物層中的硅含量超過(guò)0. 1%，使得 該第二氮化物層變成鋁硅
氮合金。優(yōu)選的，所述介質(zhì)鈍化層包括位于該第二氮化物層上的第一介質(zhì)鈍化層和位于該第一介質(zhì)鈍化層上的第二介質(zhì)鈍化層，其中所述第一介質(zhì)鈍化層為通過(guò)原位生長(zhǎng)的氮化硅或者娃招氮。優(yōu)選的，所述第二介質(zhì)層為氮化硅層，該第二介質(zhì)層通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積、低壓化學(xué)氣相沉積、微波等離子濺射沉積或氣體離化團(tuán)束方法中的一種進(jìn)行制作。優(yōu)選的，所述氧化處理形成的氧化物和/或氮氧化物為該柵極區(qū)對(duì)應(yīng)位置處的氮化物勢(shì)壘層全部或者部分。優(yōu)選的，所述氧化處理可以通過(guò)氧離子、臭氧或熱氧化方法中的一種進(jìn)行處理，生成的氧化物和/或氮氧化物可以為AlSi0N、AlSi0、A10N、Al2O3或者其任意組合。優(yōu)選的，所述柵極工藝在刻蝕完介質(zhì)鈍化層之后，進(jìn)一步包括在整個(gè)器件表面沉積第三介質(zhì)層。優(yōu)選的，所述第三介質(zhì)層的材質(zhì)可以是三氧化二鋁、氮氧化鋁、氧化鉿、氧化鉿鋁、氮化硅、硅鋁氮、氧化硅、氮氧化硅中的一種或其任意組合，沉積的方法為CVD、ALD、MOCVD或PVD中的一種。優(yōu)選的，所述柵極工藝和所述源極和漏極工藝的次序可以互換。相比較現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的射頻器件具有如下的特征第一、通過(guò)在富鋁氮化物層上，再制作一層含硅氮化物，使硅的含量足夠高，從而使漏、源極中的金屬電極與該含硅氮化鋁形成歐姆接觸，一方面降低了漏源極的接觸電阻，另一方面，由于含硅氮化鋁能夠提供更多的自由電子，進(jìn)一步提高了二維電子氣的濃度，進(jìn)而提高了器件的射頻性能。第二、在上述含硅氮化鋁上，通過(guò)原位生長(zhǎng)一層氮化硅或硅鋁氮，作為氮化鋁的鈍化層，從而降低表面態(tài)密度，減少應(yīng)力的釋放。第三、對(duì)柵極處的氮化物勢(shì)壘層做氧化處理，生成氧化物、氮氧化物或者其組合，降低柵極漏電流和源極漏極漏電流。


圖I是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的射頻器件結(jié)構(gòu)示意圖；圖2和圖3是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的射頻器件結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的第三實(shí)施方式的射頻器件結(jié)構(gòu)示意圖5A至5F為本發(fā)明第一實(shí)施方式的射頻器件制作方法的流程示意圖；圖6A至6G為本發(fā)明第二實(shí)施方式的射頻器件制作方法的流程示意圖；圖7A至7G為本發(fā)明第三實(shí)施方式的射頻器件制作方法的流程示意圖；圖8A至8F為本發(fā)明第四實(shí)施方式的射頻器件制作方法的流程示意具體實(shí)施例方式正如背景技術(shù)中所述，氮化鋁在氮化鎵基高電子遷移率晶體管中的應(yīng)用，極大地提高了器件的射頻性能。然而較寬的能帶寬度使氮化鋁材料在與金屬材料接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生高的肖特基勢(shì)壘，極大地提高了漏、源極的接觸電阻。同時(shí)為了調(diào)節(jié)氮化鋁和氮化鎵之間的晶格失配問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)往往通過(guò)在氮化鋁表面引入氮化鎵冒層，該氮化鎵冒層增加了柵極至IJ 二維電子氣的距離，從而降低了器件的射頻性能。為了改善上述兩個(gè)缺點(diǎn)，提高氮化鎵基高電子遷移率晶體管的射頻性能，本發(fā)明·提出了一種含有氮化鎵基高電子遷移率晶體管的射頻器件。該射頻器件通過(guò)在結(jié)構(gòu)上做如下改變，來(lái)提高器件的射頻性能第一、在富鋁的第一氮化物層上，再制作一層含硅的第二氮化物層，使硅的含量足夠高，從而使漏、源極中的金屬電極與該含硅氮化物形成歐姆接觸，一方面降低了漏源極的接觸電阻，另一方面，由于含硅氮化物能夠提供更多的自由電子，進(jìn)一步提高了二維電子氣的濃度，進(jìn)而提高了器件的射頻性能。第一氮化物層和第二氮化物層的組分優(yōu)選為AlxInyGa1TyN,其中鋁的組分 x>75%。第二、在上述第二氮化物上，通過(guò)原位生長(zhǎng)一層氮化硅或硅鋁氮，作為的鈍化層，從而降低表面態(tài)密度，減少應(yīng)力的釋放。第三、對(duì)柵極處的氮化物勢(shì)壘層做氧化處理，生成氧化物、氮氧化物或者其組合，降低柵極漏電流和源極漏極漏電流。下面將通過(guò)具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(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(méi)有作出創(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。請(qǐng)參見(jiàn)圖1，圖I是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的射頻器件結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，本發(fā)明的射頻器件包括襯底10，所述襯底10可以為為藍(lán)寶石、碳化硅、硅、鈮酸鋰、SOI、氮化鎵或氮化鋁中的一種。在所述襯底10上形成氮化物成核層11、氮化物緩沖層12。該氮化物成核層11起到匹配襯底材料和氮化鎵層的作用。需要注意的是，所述成核層11和緩沖層12為后續(xù)在襯底上生長(zhǎng)氮化鎵半導(dǎo)體材料提供晶格匹配和保護(hù)襯底的功效，然而該兩層材質(zhì)并非半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝中必須的，在一些極端情況下可以不用成核層11和/或緩沖層12，或者該成核層和/或緩沖層12也可以使用其它材質(zhì)代替。在所述緩沖層12上形成的氮化物晶體管結(jié)構(gòu)，該氮化物晶體管包括氮化鎵溝道層13和氮化物勢(shì)壘層14，該氮化鎵溝道層13提供二維電子氣運(yùn)動(dòng)的溝道,在該氮化鎵溝道層13中，也可以摻入鋁或者銦等其他成分。該氮化物勢(shì)壘層14包括位于氮化鎵溝道層13之上的第一氮化物層141和位于該第一氮化物層上的第二氮化物層142，該第一氮化物層141和第二氮化物層142的組分優(yōu)選為AlxInyGa1^N,其中鋁的組分x>75%，當(dāng)然該第一氮化物層141和第二氮化物層142也可以是其他氮化物材料，比如氮化鋁、鋁鎵氮等。所述第二氮化物層142含有硅，其硅的含量要盡量高，比如超過(guò)lE18/cm3，lE19/cm3,甚至1E20/cm3。更加極端的情況是生成含硅合金，其中硅的比例可以超過(guò)0. 1%，甚至1%，甚至10%。該摻雜硅的第二氮化物層可以降低源漏接觸電阻，同時(shí)增加二維電子氣濃度。所述第一氮化物層141的厚度為0. 25nm至12nm,所述第二氮化物層142的厚度為0. 25nm至12nm。形成于所述第二氮化物層141上的介質(zhì)鈍化層15，所述介質(zhì)鈍化層15優(yōu)選以原位生長(zhǎng)方式形成在所述第二氮化物層141上的第一介質(zhì)鈍化層151，通過(guò)該層原位生長(zhǎng)的第一介質(zhì)鈍化層151，可以減少氮化物勢(shì)壘層14的表面態(tài)，減少勢(shì)壘層的應(yīng)力釋放。進(jìn)一步地，還可以在所述第一介質(zhì)鈍化層151上生長(zhǎng)第二介質(zhì)鈍化層152，使氮化鋁的表面態(tài)進(jìn)一步降低。該第二介質(zhì)鈍化層152可以是通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積M0CVD、原子層沉積ALD、離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積PECVD、低壓化學(xué)氣相沉積LPCVD、分子束外延MBE、化學(xué)氣相 沉積CVD、氣體離化團(tuán)束GCIB等方法制作，該第一介質(zhì)層151和第二介質(zhì)層152的材質(zhì)可以為SiN、Si02、SiAlN、Si0N、Al203、Hf02、HfAlO中的一種，或者是其組合。尺寸上，對(duì)于原位生長(zhǎng)的第一介質(zhì)層151,可以控制在0. 25nm至lOOnm。在所述介質(zhì)鈍化層15上定義有柵極區(qū)及分別位于所述柵極兩側(cè)的源極區(qū)和漏極區(qū)，通過(guò)在這些區(qū)域沉積金屬或其它導(dǎo)電材料，從而形成柵極161以及源極162和漏極163。其中源極162和漏極163貫穿整個(gè)介質(zhì)鈍化層15之后，與第二氮化物層142形成歐姆接觸。柵極161貫穿整個(gè)介質(zhì)鈍化層15，且第二氮化物142位于該柵極區(qū)的位置被全部氧化，從而在該區(qū)域形成氧化物171，柵極161正好設(shè)置于該氧化物171上，需要指出的是，該氧化物171也可以是氮氧化物或者氧化物與氮氧化物的組合，比如AlSi0N、AlSi0、A10N、Al203或者其任意組合。請(qǐng)參見(jiàn)圖2，圖2是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的射頻器件結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，在本實(shí)施方式中，第二氮化物層142位于該柵極區(qū)的位置被減薄，減薄后，對(duì)該位置處剩余部分的第二氮化物層進(jìn)行氧化處理，形成的氧化物172包括第二氮化物層底部的剩余部分以及側(cè)壁上的部分，使該氧化物172形成“凹”字形。請(qǐng)參見(jiàn)圖3，圖3是第二實(shí)施方式的另外一種變形，即將第二氮化物層142完全刻蝕掉，露出第一氮化物141，然后對(duì)該柵極區(qū)的氮化物勢(shì)壘層進(jìn)行氧化處理，生成的氧化物172’包括第一氮化物頂部，以及第二氮化物側(cè)壁部分。其它與第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)相同，此處不再贅述。圖4是本發(fā)明第三實(shí)施方式的射頻器件結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，在本實(shí)施方式中，在所述柵極161和所述介質(zhì)鈍化層15之間進(jìn)一步設(shè)有第三介質(zhì)層153，該第三介質(zhì)層153覆蓋介質(zhì)鈍化層15的最外側(cè)表面以及該介質(zhì)鈍化層15位于柵極區(qū)的凹槽之中。該第三介質(zhì)層153的材質(zhì)可以為三氧化二鋁、氮氧化鋁、氧化鉿、氧化鉿鋁、氮化硅、硅鋁氮、氧化硅、氮氧化硅中的一種或其任意組合。沉積的方法包括PECVD、LPCVD, MBE、CVD、ALD、MOCVD或PVD等等。這里要指出的是，以上各種實(shí)施方式的射頻器件，還可以通過(guò)進(jìn)一步組合，比如將氧化物和第三介質(zhì)鈍化層等特征進(jìn)行任意組合搭配，從而形成更多的實(shí)施方式，由于這些組合通過(guò)對(duì)已有實(shí)施方式的描述可以簡(jiǎn)單的得到，此處不再贅述。下面，將對(duì)本發(fā)明中，用以形成上述各種射頻器件的制作方法，通過(guò)具體實(shí)施方式
做詳細(xì)描述。圖5A至5F為本發(fā)明第一實(shí)施方式的射頻器件制作方法的流程示意圖。如圖所示，該制作方法包括襯底外延工藝在襯底上10依次形成氮化物成核層11、氮化物緩沖層12、氮化鎵溝道層13、氮化物勢(shì)壘層14和介質(zhì)鈍化層15，如圖5A所示。在該步驟中，襯底10可以為為藍(lán)寶石、碳化硅、硅、鈮酸鋰、SOI、氮化鎵或氮化鋁中的一種。
氮化鎵溝道層13和氮化物勢(shì)壘層14 一起形成氮化物晶體管結(jié)構(gòu)。該氮化鎵溝道層13提供二維電子氣運(yùn)動(dòng)的溝道，此溝道層也可以包含鋁或者銦等其他成分。該氮化物勢(shì)壘層14為富鋁結(jié)構(gòu)的四元合金如AlInGaN,其中鋁的含量超過(guò)75%，起到勢(shì)壘的作用。進(jìn)一步地，該氮化物勢(shì)壘層14包括第一氮化物層141和第二氮化物層142，其中該第二氮化物層142含有硅，其硅的含量要盡量高，比如超過(guò)lE18/cm3，lE19/cm3，甚至lE20/cm3，更加極端的情況是生成合金，其中硅的比例可以超過(guò)0. 1%，甚至1%，甚至10%。該摻雜氮化物層可以降低源漏接觸電阻，同時(shí)增加二維電子氣濃度。所述第一氮化物層141的厚度為0. 25nm至12nm,所述第二氮化物層142的厚度為0. 25nm至12nm。所述介質(zhì)鈍化層15優(yōu)選以原位生長(zhǎng)方式形成在所述第二氮化物層142上的第一介質(zhì)鈍化層151，通過(guò)該層原位生長(zhǎng)的第一介質(zhì)鈍化層151，可以減少氮化物勢(shì)壘層14的表面態(tài)，減少勢(shì)壘層的應(yīng)力釋放。進(jìn)一步地，還可以在所述第一介質(zhì)鈍化層151上生長(zhǎng)第二介質(zhì)鈍化層152，使氮化物勢(shì)壘層14的表面態(tài)進(jìn)一步降低。該第二介質(zhì)鈍化層152可以是通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積M0CVD、原子層沉積ALD、離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積PECVDjgSK學(xué)氣相沉積LPCVD、分子束外延MBE、化學(xué)氣相沉積CVD、氣體離化團(tuán)束GCIB等方法制作，該第一介質(zhì)層151和第二介質(zhì)層152的材質(zhì)可以為SiN、Si02、SiAlN、Si0N、Al203、Hf02、HfA10中的一種，或者是其組合。尺寸上，對(duì)于原位生長(zhǎng)的第一介質(zhì)層151，可以控制在0.25nm至IOOnm0源極和漏極工藝在所述介質(zhì)鈍化層15上定義源極區(qū)和漏極區(qū)，對(duì)所述源極區(qū)和漏極區(qū)進(jìn)行刻蝕，使源極區(qū)和漏極區(qū)貫穿整個(gè)介質(zhì)鈍化層，在所述源極區(qū)和漏極區(qū)中沉積金屬或其它導(dǎo)電材料形成源極162和漏極163，使源極162和漏極163與所述氮化物勢(shì)壘層14形成歐姆接觸，如圖5B至5C所示。在該步驟中，對(duì)源極區(qū)和漏極區(qū)刻蝕采用的方法優(yōu)選為基于氟離子的干法刻蝕，當(dāng)然也可以是使用其它刻蝕氣的干法刻蝕或者使用腐蝕液進(jìn)行的濕法刻蝕。柵極工藝，在本實(shí)施方式中，該柵極工藝具體包括步驟在所述介質(zhì)鈍化層15上定義柵極區(qū)，對(duì)所述柵極區(qū)進(jìn)行刻蝕，使柵極區(qū)貫穿整個(gè)介質(zhì)鈍化層，如圖邪。在該步驟中，對(duì)柵極區(qū)刻蝕采用的方法優(yōu)選為基于氟離子的干法刻蝕，當(dāng)然也可以是使用其它刻蝕氣的干法刻蝕或者使用腐蝕液進(jìn)行的濕法刻蝕。對(duì)該柵極區(qū)中露出的氮化物勢(shì)壘層14進(jìn)行氧化處理，使該柵極區(qū)對(duì)應(yīng)位置處的第二氮化物層142全部變成氧化物、氮氧化物或其混合物171，如圖5E。在該步驟中氧化處理可以通過(guò)氧離子/臭氧/熱氧化等方法處理，生成的氧化物171可以為AlSiON、AlSiO,A10N、Al2O3或者其任意組合。在該柵極區(qū)中沉積柵極金屬或其它導(dǎo)電材料形成柵極161，如圖5F。請(qǐng)參見(jiàn)圖6A至6G，圖6A至6G為本發(fā)明第二實(shí)施方式的射頻器件制作方法的流程示意圖。該第二實(shí)施方式與第一實(shí)施方式的不同之處在于，在所述柵極工藝中，對(duì)介質(zhì)鈍化層15刻蝕完成后，還包括對(duì)柵極區(qū)對(duì)應(yīng)位置處的第二氮化物142的減薄工藝，該減薄工藝通過(guò)干法刻蝕或者濕法刻蝕進(jìn)行。通過(guò)該減薄工藝，使柵極區(qū)除了貫穿介質(zhì)鈍化層15之夕卜，進(jìn)一步滲透至第二氮化物層142中，如圖6E所示。然后對(duì)減薄之后的氮化物勢(shì)壘層實(shí)施氧化處理，此時(shí)處理形成的氧化物172包括第二氮化物底部的剩余部分以及側(cè)壁上的部分，使該氧化物172形成“凹”字形，如圖6F所示。其余與第一實(shí)施方式相同之處，此處不再贅述。需要注意的是，在該實(shí)施方式中，在對(duì)第二氮化物142進(jìn)行減薄時(shí)，可以將該第二氮化物142完全刻蝕，露出第一氮化物141，此時(shí)形成的氧化物172’具有如圖3的形狀。請(qǐng)參見(jiàn)圖7A至7G，圖7A至7G為本發(fā)明第三實(shí)施方式的射頻器件制作方法的流程示意圖。在該實(shí)施方式的柵極工藝中，包括如下步驟 在所述介質(zhì)鈍化層15上定義柵極區(qū)，對(duì)所述柵極區(qū)進(jìn)行刻蝕，使柵極區(qū)貫穿整個(gè)介質(zhì)鈍化層，如圖7D所示。對(duì)柵極區(qū)對(duì)應(yīng)位置處的第二氮化物142進(jìn)行減薄工藝，直至第一氮化物層141，如圖7E所示。在整個(gè)器件的表面沉積第三介質(zhì)層153，即該第三介質(zhì)層153覆蓋于源極162、漏極163、第二介質(zhì)鈍化層152，以及柵極區(qū)的凹槽內(nèi)表面，如圖7F所示。第三介質(zhì)層153的材質(zhì)可以是三氧化二招、氮氧化招、氧化鉿、氧化鉿招、氮化娃、娃招氮、氧化娃、氮氧化娃中的一種或其任意組合。沉積的方法包括PECVD、LPCVD, MBE、CVD、ALD、MOCVD或PVD等等。在該柵極區(qū)中沉積柵極金屬或其它導(dǎo)電材料形成柵極161，如圖7G。其余與其他實(shí)施方式相同之處不再贅述。請(qǐng)參見(jiàn)圖8A至8F，圖8A至8F為本發(fā)明第四實(shí)施方式的射頻器件制作方法的流程示意圖。該第四實(shí)施方式與第一實(shí)施方式的不同之處在于，將源極和漏極工藝與柵極工藝的先后次序進(jìn)行了調(diào)換，即先進(jìn)行柵極工藝，在介質(zhì)鈍化層上刻蝕出柵極區(qū)并沉積形成柵極161，然后再在該柵極161的兩側(cè)分別刻蝕出源極區(qū)和漏極區(qū)并沉積形成源極162和漏極163。其余與第一實(shí)施方式相同之處，此處不再贅述。需要指出的是，除了上述的四種實(shí)施方式之外，還可以將各種實(shí)施方式對(duì)應(yīng)的各個(gè)工藝進(jìn)行其它組合，從而形成另外的實(shí)施方式，由于這種組合可以通過(guò)給出的實(shí)施方式進(jìn)行簡(jiǎn)單的變換即能得到，在此不再一一列舉。綜上所述，本發(fā)明提出了一種射頻器件及其制作方法，該射頻器件通過(guò)第一、在富鋁的第一氮化物層上，再制作一層含硅的第二氮化物層，使硅的含量足夠高，從而使漏、源極中的金屬電極與該含硅氮化鋁形成歐姆接觸，一方面降低了漏源極的接觸電阻，另一方面，由于含硅氮化物能夠提供更多的自由電子，進(jìn)一步提高了二維電子氣的濃度，進(jìn)而提高了器件的射頻性能。第一氮化物層和第二氮化物層中的鋁的含量超過(guò)75%。第二、在上述含硅氮化鋁上，通過(guò)原位生長(zhǎng)一層氮化硅或硅鋁氮，作為氮化物勢(shì)壘層的鈍化層，從而降低表面態(tài)密度，減少應(yīng)力的釋放。第三、對(duì)柵極處的氮化物勢(shì)壘層做氧化處理，生成氧化物、氮氧化物或者其組合，降低柵極漏電流和源極漏極漏電流。
對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種射頻器件，其特征在于，包括 襯底， 氮化物成核層和氮化物緩沖層，依次形成于所述襯底上； 形成于所述氮化物緩沖層上的氮化物晶體管結(jié)構(gòu)，所述氮化物晶體管包括氮化鎵溝道層和氮化物勢(shì)壘層，所述氮化物勢(shì)壘層包括位于氮化鎵溝道層之上的第一氮化物層和位于該第一氮化物層上的第二氮化物層，所述第二氮化物層含有硅元素； 形成于所述第二氮化物層上的介質(zhì)鈍化層，所述介質(zhì)鈍化層上定義有柵極區(qū)及分別位于所述柵極區(qū)兩側(cè)的源極區(qū)和漏極區(qū)； 位于柵極區(qū)的氮化物勢(shì)壘層經(jīng)過(guò)氧化處理形成的氧化物和/或氮氧化物； 以及形成于所述柵極區(qū)中的柵極以及形成于所述源極區(qū)和漏極區(qū)的源極和漏極。
2.如權(quán)利要求I所述的射頻器件，其特征在于第一氮化物層和第二氮化物層的組分為是AlxInyGa1IyN,其中鋁的組分x>75%。
3.如權(quán)利要求I所述的射頻器件，其特征在于所述第二氮化物層中的硅含量大于1E/I8cm3。
4.如權(quán)利要求I所述的射頻器件，其特征在于所述第二氮化物層中的硅含量超過(guò)0. 1%。
5.如權(quán)利要求I所述的射頻器件，其特征在于所述第一氮化物層的厚度為0. 25nm-12nm ;所述第二氮化物層的厚度為0. 25nm_12nm。
6.如權(quán)利要求I所述的射頻器件，其特征在于所述介質(zhì)鈍化層包括位于該第二氮化物層上的第一介質(zhì)鈍化層和位于該第一介質(zhì)鈍化層上的第二介質(zhì)鈍化層。
7.如權(quán)利要求6所述的射頻器件，其特征在于所述第一介質(zhì)鈍化層和第二介質(zhì)鈍化層為 SiN、Si02、SiAIN、SiON、Al2O3, HfO2, HfAlO 中的一種，或者是其組合。
8.如權(quán)利要求I所述的射頻器件，其特征在于所述柵極區(qū)貫穿整個(gè)介質(zhì)鈍化層，所述氮化物勢(shì)壘層對(duì)應(yīng)所述柵極區(qū)的位置被全部或者部分氧化成氧化物，所述柵極位于該氧化物之上。
9.如權(quán)利要求I所述的射頻器件，其特征在于所述柵極區(qū)貫穿整個(gè)介質(zhì)鈍化層，在所述柵極和所述介質(zhì)鈍化層之間進(jìn)一步設(shè)有第三介質(zhì)層，該第三介質(zhì)層為三氧化二鋁、氮氧化招、氧化鉿、氧化鉿招、氮化娃、娃招氮、氧化娃、氮氧化娃中的一種或其任意組合。
10.如權(quán)利要求I所述的射頻器件，其特征在于所述源極區(qū)和所述漏極區(qū)貫穿整個(gè)介質(zhì)鈍化層，所述源極和所述漏極與所述氮化物勢(shì)壘層形成歐姆接觸。
11.如權(quán)利要求I所述的射頻器件，其特征在于所述襯底為硅、碳化硅、藍(lán)寶石、氮化鎵、氮化鋁、鈮酸鋰或SOI中的一種。
12.—種如權(quán)利要求I至11任意一項(xiàng)所述的射頻器件的制作方法，其特征在于，包括步驟 襯底外延工藝在襯底上依次形成氮化物成核層、氮化物緩沖層、氮化鎵溝道層、氮化物勢(shì)壘層和介質(zhì)鈍化層，其中所述氮化物勢(shì)壘層包括第一氮化物層和第二氮化物層，該第二氮化物層含有娃; 柵極工藝在所述介質(zhì)鈍化層上定義柵極區(qū)，對(duì)所述柵極區(qū)進(jìn)行刻蝕，使柵極區(qū)貫穿整個(gè)介質(zhì)鈍化層，對(duì)柵極區(qū)中暴露出來(lái)的氮化物勢(shì)壘層進(jìn)行氧化處理形成氧化物和/或氮氧化物，在該柵極區(qū)中沉積金屬形成柵極； 源極和漏極工藝在所述介質(zhì)鈍化層上定義源極區(qū)和漏極區(qū)，對(duì)所述源極區(qū)和漏極區(qū)進(jìn)行刻蝕，使源極區(qū)和漏極區(qū)貫穿整個(gè)介質(zhì)鈍化層，在所述源極區(qū)和漏極區(qū)中沉積金屬形成源極和漏極，使源極和漏極與所述氮化物勢(shì)壘層形成歐姆接觸。
13.如權(quán)利要求12所述的射頻器件的制作方法，其特征在于所述第一氮化物層和第二氮化物層的組分是AlxInyGa1IyN,其中鋁的組分x>75%。
14.如權(quán)利要求12所述的射頻器件的制作方法，其特征在于所述第二氮化物層中的娃含量大于1E/I8cm3。
15.如權(quán)利要求12所述的射頻器件的制作方法，其特征在于所述第二氮化物層中的硅含量超過(guò)0. 1%，使得該第二氮化物層變成含硅合金。
16.如權(quán)利要求12所述的射頻器件的制作方法，其特征在于所述介質(zhì)鈍化層包括位于該第二氮化物層上的第一介質(zhì)鈍化層和位于該第一介質(zhì)鈍化層上的第二介質(zhì)鈍化層
17.如權(quán)利要求16所述的射頻器件的制作方法，其特征在于所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層為SiN、Si02、SiAlN、Si0N、Al203、Hf02、HfAlO中的一種或者是其任意組合，第二介質(zhì)層的生長(zhǎng)方式可以是MOCVD、ALD、PECVD、LPCVD、MBE、CVD、GCIB中的一種。
18.如權(quán)利要求12所述的射頻器件的制作方法，其特征在于所述氧化處理形成的氧化物和/或氮氧化物為該柵極區(qū)對(duì)應(yīng)位置處的氮化物勢(shì)壘層全部或者部分。
19.如權(quán)利要求18所述的射頻器件的制作方法，其特征在于所述氧化處理可以通過(guò)氧離子、臭氧或熱氧化方法中的一種進(jìn)行處理，生成的氧化物和/或氮氧化物可以為AlSiON, AlSiO, A10N、Al2O3 或者其任意組合。
20.如權(quán)利要求12所述的射頻器件的制作方法，其特征在于所述柵極工藝在刻蝕完介質(zhì)鈍化層之后，進(jìn)一步包括在整個(gè)器件表面沉積第三介質(zhì)層。
21.如權(quán)利要求20所述的射頻器件的制作方法，其特征在于所述第三介質(zhì)層的材質(zhì)可以是三氧化二招、氮氧化招、氧化鉿、氧化鉿招、氮化娃、娃招氮、氧化娃、氮氧化娃中的一種或其任意組合，沉積的方法為PECVD、LPCVD, MBE、CVD、ALD、MOCVD或PVD中的一種。
22.如權(quán)利要求12所述的射頻器件的制作方法，其特征在于所述柵極工藝和所述源極和漏極工藝的次序可以互換。
全文摘要
一種射頻器件，該射頻器件的氮化物勢(shì)壘層具有兩層富鋁氮化物，其中鋁的含量超過(guò)75%。第二氮化物層為含硅氮化物，通過(guò)使硅的含量足夠高，從而使漏、源極中的金屬電極與第二氮化物層形成歐姆接觸，既降低了漏源極的接觸電阻，又由于含硅氮化物能夠提供更多的自由電子，進(jìn)一步提高了二維電子氣的濃度，進(jìn)而提高了器件的射頻性能。同時(shí)，在上述含硅氮化物上，通過(guò)原位生長(zhǎng)一層介質(zhì)層，作為氮化物的鈍化層，從而降低表面態(tài)密度，減少應(yīng)力的釋放。在制造柵極的過(guò)程中，刻蝕掉柵區(qū)的鈍化層，對(duì)暴露出來(lái)的氮化物勢(shì)壘層做氧化處理。柵極處生成的氧化物可以大大降低柵極的漏電流，以及源極和漏極之間的漏電流。另外本發(fā)明還提供了制作上述射頻器件的方法。
文檔編號(hào)H01L29/06GK102810564SQ20121019243
公開(kāi)日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月12日
發(fā)明者程凱 申請(qǐng)人:程凱