高電子遷移率晶體管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及高電子遷移率晶體管(HEMT)內(nèi)的雙層AlGaN供體層和相關(guān)的制造方法，該高電子遷移率晶體管被配置為提供低電阻歐姆源極和漏極接觸件以降低功率消耗同時在HEMT的溝道內(nèi)保持二維電子氣(2DEG)的高遷移率。雙層AlGaN供體層包括AlzGa(1-z)N遷移率提高層和設(shè)置在遷移率提高層的上方的AlxGa(1-x)N電阻降低層，其中，歐姆源極和漏極接觸件與HEMT連接。GaN溝道層(其中存在2DEG)設(shè)置在遷移率提高層的下方以形成HEMT的溝道。
【專利說明】高電子遷移率晶體管【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般地涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地來說，涉及半導(dǎo)體器件及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于高電子遷移率晶體管(HEMT)相對于諸如絕緣柵雙極晶體管和晶閘管的其他功率半導(dǎo)體器件具有高效率，因此在用于高頻應(yīng)用的集成電路中使用高電子遷移率晶體管(HEMT)。HEMT利用具有不同的帶隙的兩種半導(dǎo)體材料之間的異質(zhì)結(jié)形成器件溝道，來代替金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)中的摻雜區(qū)。用于形成HEMT內(nèi)的異質(zhì)結(jié)的兩種示例性材料是與未摻雜的窄帶隙GaN溝道層連接的摻雜的寬帶隙η型AlGaN供體層。隨著AlGaN供體的Al濃度的增加，所形成的到達AlGaN供體層的歐姆接觸件具有增加的接觸電阻。反之，降低AlGaN供體層的濃度改善了接觸電阻，但是降低了溝道內(nèi)的電子遷移率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種高電子遷移率晶體管(HEMT)，包括:溝道層，設(shè)置在襯底的上方；以及供體層，設(shè)置在所述溝道層上，所述供體層包括:AlzGa(1_z)N的遷移率提高層，設(shè)置在所述溝道層上，其中，第三摩爾分數(shù)z小于約0.4并且大于約0.25 ;和AlxGa(1_x)N的電阻降低層，設(shè)置在所述遷移率提高層的上方，其中，第一摩爾分數(shù)X小于約0.15并且大于約0.1。
[0004]該HEMT還包括:源極歐姆接觸件，與所述電阻降低層連接并設(shè)置在源極區(qū)的上方；以及漏極歐姆接觸件，與所述電阻降低層連接并設(shè)置在漏極區(qū)的上方。
[0005]該HEMT還包括:隔離層，在所述源極歐姆接觸件和所述漏極歐姆接觸件之間設(shè)置在所述溝道層的上方；以及柵極材料，在溝道區(qū)的上方設(shè)置在所述隔離層內(nèi)并且與所述電阻降低層連接。
[0006]該HEMT還包括設(shè)置在所述遷移率提高層的下方的GaN溝道層，在所述溝道層中具有二維電子氣。
[0007]在該HEMT中，所述遷移率提高層包括第一厚度值，所述第一厚度值是所述電阻降低層的第二厚度值的大約兩倍。
[0008]在該HEMT中，所述第一厚度值介于大約20納米和40納米之間。
[0009]在該HEMT中，所述第二厚度值介于大約10納米和20納米之間。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種晶體管，包括:雙層AlGaN供體層，進一步包括:AlzGa(1_z)N的遷移率提高層，設(shè)置在襯底上方，其中，第三摩爾分數(shù)z小于約0.4并且大于約0.25 ;和AlxGa(1_x)N的電阻降低層，設(shè)置在所述遷移率提高層的上方，其中，第一摩爾分數(shù)X小于約0.15并且大于約0.1 ;源極歐姆接觸件，與所述電阻降低層連接并設(shè)置在源極區(qū)的上方；以及漏極歐姆接觸件，與所述電阻降低層連接并設(shè)置在漏極區(qū)的上方。
[0011] 該晶體管還包括在所述源極歐姆接觸件和所述漏極歐姆接觸件之間設(shè)置在所述電阻降低層的上方的隔離層。
[0012]該晶體管還包括在溝道區(qū)的上方設(shè)置在所述隔離層內(nèi)并且與所述電阻降低層連接的柵極材料。
[0013]在該晶體管中，所述遷移率提高層包括第一厚度值，所述第一厚度值是所述電阻降低層的第二厚度值的大約兩倍。
[0014]該晶體管還包括:所述第一厚度值介于大約20納米和40納米之間；以及所述第二厚度值介于大約10納米和20納米之間。
[0015]該晶體管還包括GaN的溝道層，設(shè)置在所述遷移率提高層的下方，在所述溝道層中具有二維電子氣。
[0016]該晶體管還包括:AlyGa(1_y)N的熱膨脹層，設(shè)置在所述溝道層的下方，其中，所述第二摩爾分數(shù)y小于約I并且大于約O ;以及AlN的緩沖層，設(shè)置在所述熱膨脹層的下方和Si襯底的上方。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種形成高電子遷移率晶體管(HEMT)的方法，包括:在襯底的上方外延生長II1-V族化合物溝道層；在所述II1-V族化合物溝道層上設(shè)置AlzGa(1_z)N的遷移率提高層，其中，第三摩爾分數(shù)z小于約0.4并且大于約0.25 ;以及在所述遷移率提高層的上方設(shè)置AlxGa(1_x)N的電阻降低層，其中，第一摩爾分數(shù)X小于約0.15并且大于約0.1。
[0018]該方法還包括:在所述HEMT的源極區(qū)的上方設(shè)置到達所述電阻降低層的源極歐姆金屬接觸件；以及在所述HEMT的漏極區(qū)的上方設(shè)置到達所述電阻降低層的漏極歐姆金屬接觸件；其中，在所述電阻降低層和所述源極歐姆金屬接觸件之間的第一界面處產(chǎn)生源極隧道結(jié)；以及在所述電阻降低層和所述漏極歐姆金屬接觸件之間的第二界面處產(chǎn)生漏極
隧道結(jié)。
[0019]該方法還包括在所述遷移率提高層的下方設(shè)置GaN的溝道層。
[0020]該方法還包括:在所述源極區(qū)和所述漏極區(qū)之間存在的溝道區(qū)的上方設(shè)置隔離層；以及在所述溝道區(qū)上方的所述隔離層內(nèi)設(shè)置柵極材料并且所述柵極材料與所述電阻降低層接觸。
[0021]在該方法中，所述遷移率提高層包括第一厚度值，所述第一厚度值是所述電阻降低層的第二厚度值的大約兩倍。
[0022]在該方法中，通過金屬有機物化學(xué)汽相沉積或分子束外延設(shè)置所述遷移率提高層或所述電阻降低層。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1A示出了包括AlxGa(1_x)N供體層的晶體管的截面圖。
[0024]圖1B示出在歐姆金屬和AlxGa(1_x)N供體層之間所形成的異質(zhì)結(jié)的電子能帶結(jié)構(gòu)。
[0025]圖2A示出包括雙層AlGaN供體層的晶體管的一些實施例的截面圖，該雙層AlGaN供體層包括AlzGa(1_z)N遷移率提高層和AlxGa(1_x)N電阻降低層。
[0026]圖2B示出在雙層AlGaN供體層和GaN溝道層之間所形成的異質(zhì)結(jié)的電子能帶結(jié)構(gòu)的一些實施例。
[0027]圖3A至圖30示出在晶體管內(nèi)制造雙層AlGaN供體層的一些實施例的截面圖。[0028]圖4示出形成雙層AlGaN供體層的方法的一些實施例。
[0029]圖5示出形成包括雙層AlGaN供體層的HEMT的方法的一些實施例。
【具體實施方式】
[0030]本文中結(jié)合附圖進行描述，其中，在通篇描述中，類似的參考標號通常用于指示類似的元件，并且各種結(jié)構(gòu)不必按比例繪制。在以下描述中，為了說明的目的，對許多具體的細節(jié)進行闡述以幫助理解。然而，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說顯而易見的是可以通過比這些具體的細節(jié)更低的程度來實踐本文中所述的一個或多個方面。在其他實例中，以框圖形式示出已知的結(jié)構(gòu)和器件以幫助理解。
[0031]圖1示出包括在源極接觸件102A、柵極104A和漏極接觸件106A的下方所形成的AlxGa(1_x)N供體層(adonor layer) 108A的晶體管100A的截面圖。在供體層108A和GaN溝道層112A之間形成異質(zhì)結(jié)110A。由供體層108A所生成的電子擴散進入GaN溝道層112A中以形成高遷移率/高濃度二維電子氣(2DEG)114A，從而緊鄰異質(zhì)結(jié)IlOA在溝道層112A內(nèi)形成器件溝道。AlyGa(1_y)N熱膨脹層116A設(shè)置在溝道層112A的下方，并且AlN緩沖層118A設(shè)置在溝道層112A下方和Si襯底120A之上。
[0032]在至少一個實施例中，晶體管100A包括具有由元素周期表中的II1-V族所形成的化合物的溝道層112A和供體層108A。然而，溝道層112A和供體層108A的組成互不相同。溝道層112A是未摻雜或 非故意摻雜(UID)的。供體層108A是故意摻雜的。
[0033]圖1B示出在歐姆金屬和包括圖1A的AlxGa(1_x)N供體層108A的半導(dǎo)體材料之間所形成的異質(zhì)結(jié)的電子能帶結(jié)構(gòu)100B。半導(dǎo)體材料包括約等于半導(dǎo)體材料的導(dǎo)帶E。的能量減去價帶Ev的能量(即，E^Ev)的帶隙，并且半導(dǎo)體材料緊鄰表面重摻雜有η-型材料，從而相對于費米能級Ef降低了導(dǎo)帶Ε。的能量，因此，釋放電子到達從歐姆金屬至半導(dǎo)體材料的導(dǎo)帶Ε。的隧道(tunnel)。電子流入半導(dǎo)體材料的導(dǎo)帶E。增加了異質(zhì)結(jié)的溝道內(nèi)的電子濃度和總電子遷移率。
[0034]AlxGa(1_x)N供體層108A呈現(xiàn)出不良的歐姆接觸行為，由于在Al濃度大于25%(即，摩爾分數(shù)X > 0.25)而導(dǎo)致增加的接觸電阻，從而由AlxGa(1_x)N供體層108A的大帶隙和在AlxGa(1_x)N供體層108A的上方設(shè)置源極接觸件102A和漏極接觸件106A的合金工藝引起這種增加的接觸電阻。將Al濃度降低至小于約15% (即，摩爾分數(shù)X < 0.15)可以通過降低電阻來改善歐姆接觸行為，但卻使2DEG114A內(nèi)的電子遷移率降低。
[0035]因此，本發(fā)明涉及被配置為提供低電阻歐姆源極和漏極接觸件以降低功率消耗同時保持HEMT的溝道內(nèi)的2DEG的高遷移率的HEMT內(nèi)的雙層AlGaN供體層。雙層AlGaN供體層包括AlzGa(1_z)N遷移率提高層，和設(shè)置在遷移率提高層的上方的AlxGa(1_x)N電阻降低層，其中，歐姆源極和漏極接觸件與HEMT連接。溝道層(其中，存在2DEG)設(shè)置在遷移率提高層的下方以形成HEMT的溝道。
[0036]圖2A示出包括雙層AlGaN供體層的晶體管200A的一些實施例的截面圖，該雙層AlGaN供體層進一步包括AlzGa(1_z)N遷移率提高層210A和設(shè)置在遷移率提高層210A上方的AlxGa(1_x)N電阻降低層208A，其中，第三摩爾分數(shù)z小于大約0.4且大于約0.25，第一摩爾分數(shù)X小于大約0.15并且大于大約0.1。雙層AlGaN供體層形成在源極歐姆金屬接觸件202A、柵極材料204A和漏極歐姆金屬接觸件206A的下方，其中，與電阻降低層208A連接的源極歐姆金屬接觸件202A設(shè)置在源極區(qū)224A的上方，柵極材料204A設(shè)置在溝道區(qū)之上并且與電阻降低層208A連接，與電阻降低層208A連接的漏極歐姆金屬接觸件206A設(shè)置在漏極區(qū)226A的上方。在一些實施例中，源極歐姆金屬接觸件202A和漏極歐姆金屬接觸件206A包括Ti/Al/Ti或Ti/Al/Ti/TiN，并且柵極材料204A包括TiN或WN。在雙層AlGaN供體層和GaN溝道層212A (其中存在2DEG214A，包括晶體管200A的高遷移率溝道)之間形成異質(zhì)結(jié)222k。
[0037]晶體管200A還包括HEMT，其中，遷移率提高層210A包括第一厚度值，該第一厚度值是電阻降低層208A的第二厚度值的大約兩倍。在一些實施例中，第一厚度值介于大約20納米和40納米之間，而第二厚度值介于大約10納米和20納米之間。AlyGa(1_y)N熱膨脹層216A設(shè)置在溝道層212A的下方，其中，第二摩爾分數(shù)7小于大約I并且大于大約O。AlN緩沖層218A設(shè)置在熱膨脹層216A的下方而設(shè)置在Si襯底220A之上。
[0038]圖2B示出在圖2A的雙層AlGaN供體層和圖2A的GaN溝道層212A之間所形成的異質(zhì)結(jié)的電子能帶結(jié)構(gòu)200B的一些實施例。在雙層AlGaN供體層內(nèi)，AlzGa(1_z)N(0.4 > z> 0.25)遷移率提高層和AlxGa(1_x)N(0.15 > z > 0.1)電阻降低層之間的濃度梯度產(chǎn)生導(dǎo)帶(?)特性，其中，導(dǎo)帶的能量遠離歐姆金屬并且接近GaN溝道層而降低。結(jié)果，由于導(dǎo)帶(Ec)特性(例如，電子向最低的能態(tài)移動)，雙層AlGaN供體層內(nèi)的導(dǎo)電電子擴散進入GaN溝道層212A。電子在導(dǎo)帶(E。)的最低電位處累積，導(dǎo)帶(E。)在異質(zhì)結(jié)處陡降至費米能級(Ef)以下，從而捕獲電子以形成2DEG。
[0039]圖3A至圖30示出在晶體管內(nèi)制造雙層AlGaN的供體層的一些實施例的截面圖。圖3A示出半導(dǎo)體工件300A，該半導(dǎo)體工件300A包括:Si襯底220A ；A1N緩沖層218A，被配置為與Si襯底220A晶格匹配；AlyGa(1_y)N熱膨脹層216A，被配置為具有低熱膨脹系數(shù)以在整個溫度范圍實現(xiàn)結(jié)構(gòu)穩(wěn) 定性；和GaN溝道層212A，被配置成保護上述層以防止由于柵極的偏壓(也未示出)而導(dǎo)致的損傷。圖3B示出包括圖3A的半導(dǎo)體工件300A的半導(dǎo)體工件300B，其中增加了雙層AlGaN供體層。雙層AlGaN供體層包括在溝道層212A的上方所設(shè)置的AlzGa(1_z)N遷移率提高層210A和在遷移率提高層210A的上方所設(shè)置的AlxGa(1_x)N電阻降低層208A，其中，第三摩爾分數(shù)z小于大約0.4并且大于大約0.25，第一摩爾分數(shù)x小于大約0.15并且大于約0.1。圖3C示出包括圖3B的半導(dǎo)體工件300B的半導(dǎo)體工件300C，其中，在電阻降低層208A之上添加第一隔離層302A。第一隔離層302A包括SiNx或SiO2,其中，X是第一摩爾分數(shù)。圖3D示出包括圖3C的半導(dǎo)體工件300C的半導(dǎo)體工件300D，其中，在源極區(qū)和漏極區(qū)之上已經(jīng)去除第一隔離層302A的部分。圖3E示出包括圖3D的半導(dǎo)體工件300D的半導(dǎo)體工件300E，其中，在第一隔離層302A、源極區(qū)和漏極區(qū)之上添加了歐姆金屬化層304。
[0040]圖3F示出包括圖3E的半導(dǎo)體工件300E的半導(dǎo)體工件300F，其中，將第一光刻膠層306A設(shè)置在歐姆金屬化層304之上，通過光刻對該第一光刻膠層進行曝光和顯影，在第一光刻膠層306A中制造第一開口 308。圖3G示出包括圖3F的半導(dǎo)體工件300F的半導(dǎo)體工件300G，其中，在第一開口 308下方蝕刻掉歐姆金屬化層304以在歐姆金屬化層304內(nèi)制造第一溝槽310。圖3H示出包括圖3G的半導(dǎo)體工件300G的半導(dǎo)體工件300H，其中，電子穿過介于歐姆金屬化層304和源極區(qū)314A之間的源極隧道結(jié)312A，以及介于歐姆金屬化層304和漏極區(qū)314B之間的漏極隧道結(jié)312B從歐姆金屬化層304進入AlxGa(1_x)N/AlzGa(1_z)N供體雙層。AlxGa(1_x)N/AlzGa(1_z)N供體雙層內(nèi)的電子也擴散進入溝道層212A，并且累積形成2DEG214A。圖31示出包括圖3H的半導(dǎo)體工件300H的半導(dǎo)體工件3001，其中，在第一隔離層302A和歐姆金屬化層304之上添加第二隔離層302B。第二隔離層302B也包括SiNx或SiO2，其中X是第一摩爾分數(shù)。
[0041]圖3J示出包括圖31的半導(dǎo)體工件3001的半導(dǎo)體工件300J，其中，第二光刻膠層306B設(shè)置在第二隔離層302B之上，通過光刻對該第二光刻膠層進行曝光和顯影以在第二光刻膠層306B中制造第二開口 316。圖3K示出包括圖3J的半導(dǎo)體工件300J的半導(dǎo)體工件300K，其中，在第二開口 316的下方蝕刻掉第二隔離層302B和第一隔離層302A的部分以在溝道區(qū)的上方制造第二溝槽318。圖3L示出包括圖3K的半導(dǎo)體工件300K的半導(dǎo)體工件300L，其中，第二溝槽318已經(jīng)填充有在第二隔離層302B的表面上方延伸的柵極材料320。圖3M示出包括圖3L的半導(dǎo)體工件300L的半導(dǎo)體工件300M，其中，已經(jīng)去除位于第二隔離層302B的表面上方的柵極材料320。
[0042]圖3N示出包括圖3M的半導(dǎo)體工件的半導(dǎo)體工件300N，其中，設(shè)置第三光刻膠層306C、通過光刻對該第三光刻膠層進行曝光和顯影，以去除位于源極區(qū)314A和漏極區(qū)314B之上的第三光刻膠層306C。圖30示出包括圖3N的半導(dǎo)體工件300N的半導(dǎo)體工件3000，其中，在源極區(qū)314A和漏極區(qū)314B之上蝕刻掉第二隔離層302B的部分，以允許接觸件通過歐姆金屬化層304到達源極區(qū)314A和漏極區(qū)314B，從而得到HEMT晶體管。
[0043]圖4至圖5示出分別形成雙層AlGaN供體層和包括雙層AlGaN供體層的晶體管的方法400和500的一些實施例。雖然將方法400和500不出和描述為一系列的行為或事件，但是應(yīng)該理解，不應(yīng)該以限制的意義解釋這些行為或事件所示出的順序。例如，除了本文中示出和/或描述的行為或事件，一些行為可以以不同的順序發(fā)生和/或與其他行為或事件同時發(fā)生。另外，為了實施本說明書的一個或多個方面或?qū)嵤├恍枰惺境龅男袨?。另外，可以在一個或多個獨立的行為和/或階段中實施本文中所述的一個或多個的行為。
[0044]圖4示出形成雙層AlGaN供體層的方法400的一些實施例。
[0045]在402處，將AlzGa(1_z)N遷移率提高層設(shè)置在襯底的上方，其中，第三摩爾分數(shù)z小于大約0.4并且大于大約0.25。在一些實施例中，遷移率提高層的設(shè)置包括金屬有機物化學(xué)汽相沉積(MOCVD)或分子束外延(MBE)。
[0046]在404處，將AlxGa(1_x)N電阻降低層設(shè)置在遷移率提高層的上方，其中，第一摩爾分數(shù)X小于大約0.15并且大于大約0.1。在一些實施例中，電阻降低層的設(shè)置包括MOCVD或 MBE。
[0047]在406處，在源極區(qū)上方設(shè)置源極歐姆接觸件以與電阻降低層連接并且在漏極區(qū)上方設(shè)置漏極歐姆接觸件以與電阻降低層連接。在一些實施例中，源極歐姆金屬接觸件和漏極歐姆金屬接觸件的設(shè)置包括濺射、熱涂覆技術(shù)、或者Ti/Al/Ti或Ti/Al/Ti/TiN的電子束(e-束)蒸發(fā)。在電阻降低層和源極歐姆金屬接觸件之間的第一界面處產(chǎn)生源極隧道結(jié)而在電阻降低層和漏極歐姆金屬接觸件之間的第二界面處產(chǎn)生漏極隧道結(jié)。
[0048]在408處，在源極區(qū)和漏極區(qū)之間存在的溝道區(qū)上方，隔離層設(shè)置在電阻降低層的上方。在一些實施例中，隔離層的設(shè)置包括低壓化學(xué)汽相沉積(LPCVD)或等離子體增強化學(xué)汽相沉積(PECVD)。
[0049]在410處，柵極材料設(shè)置在溝道區(qū)的上方的隔離層內(nèi)并且與電阻降低層接觸。在一些實施例中，柵極材料包括TiN或WN。在一些實施例中，利用先柵極或金屬嵌入多晶硅(metal inserted poly-si I icon, MIPS)制造工藝設(shè)置柵極材料。在一些實施例中，利用后柵極或替換金屬柵極(RMG)制造工藝設(shè)置柵極材料。
[0050]圖5示出形成包括雙層AlGaN供體層的HEMT的方法500的一些實施例。應(yīng)該注意到方法500遵循圖3A-圖30的實施例中示出的制造流程。
[0051]在502處，提供半導(dǎo)體工件，半導(dǎo)體工件包括:Si襯底、被配置為與Si襯底晶格匹配的AlN緩沖層、被配置為具有低熱膨脹系數(shù)以在整個溫度范圍實現(xiàn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的AlyGa(1_y)N熱膨脹層、和被配置為保護上述層以避免由于柵極的偏壓所導(dǎo)致的損害的GaN溝道層。通過MOCVD或MBE在Si襯底上設(shè)置半導(dǎo)體工件層。
[0052]在504處，通過MOCVD或MBE將雙層AlGaNi供體層設(shè)置在半導(dǎo)體工件上。雙層AlGaN供體層包括設(shè)置在溝道層上方的AlzGa(1_z)N遷移率提高層和設(shè)置在遷移率提高層上方的AlxGa(1_x)N電阻降低層，其中第三摩爾分數(shù)z小于大約0.4并且大于約0.25，第一摩爾分數(shù)X小于大約0.15并且大于大約0.1。
[0053]在506處，通過LPCVD或PECVD將包括SiNx或SiO2的第一隔離層設(shè)置在電阻降低層之上，其中，X是第一摩爾分數(shù)。
[0054]在508處，通過包括光刻和隨后的蝕刻步驟(例如濕蝕刻、干蝕刻、化學(xué)蝕刻、等離子體蝕刻、它們的組合等)的光掩模圖案化工藝在源極區(qū)和漏極區(qū)之上去除第一隔離層的部分。
[0055]在510處，通過濺射、熱涂覆技術(shù)、e束蒸發(fā)在第一隔離層、源極區(qū)和漏極區(qū)之上設(shè)置歐姆金屬化層。
[0056]在512處，通過旋涂技術(shù)在歐姆金屬化層之上設(shè)置第一光刻膠層。通過光刻對第一光刻膠層進行曝光和顯影，以在HEMT的溝道區(qū)之上制造位于第一光刻膠層中的開口。
[0057]在514處，在第一開口的下方蝕刻掉歐姆金屬化層以在歐姆金屬化層內(nèi)制造第一溝槽。在一些實施例中，歐姆金屬化層的蝕刻包括干蝕刻。
[0058]在516處，電子通過介于歐姆金屬化層和源極/漏極區(qū)之間的源極/漏極隧道結(jié)312從歐姆金屬化層進入雙層AlGaN供體層。雙層AlGaN供體層內(nèi)的電子也擴散進入溝道層，并且累積以形成用作HEMT的溝道的2DEG。
[0059]在518處，第二隔離層設(shè)置在第一隔離層和歐姆金屬化層之上。第二隔離層也包括SiNx或SiO2，其中，X是第一摩爾分數(shù)，并且通過LPCVD或PECVD設(shè)置第二隔離層。
[0060]在520處，將第二光刻膠層旋涂在第二隔離層之上，通過光刻對該第二光刻膠層進行曝光和顯影以在第二光刻膠層中制造第二開口。
[0061]在522處，在第二開口的下面蝕刻掉第二隔離層和第一隔離層的部分以在HEMT的溝道區(qū)的上方制造第二溝槽。
[0062]在524處，第二溝槽填充有在第二隔離層的表面上方延伸的柵極材料。在一些實施例中，利用金屬嵌入多晶硅(MIPS)制造工藝設(shè)置柵極材料。在一些實施例中，利用替換金屬柵極(RMG)制造工藝設(shè)置柵極材料。
[0063]在526處，通過化學(xué)機械拋光(CMP)或包括光刻和隨后的蝕刻步驟(例如，濕蝕亥IJ、干蝕刻、化學(xué)蝕刻、等離子體蝕刻或它們的組合等)的光掩模圖案化工藝在第二隔離層的表面的上方去除多余的柵極材料。[0064]在528處，將第三光刻膠層旋涂在HEMT之上，通過光刻對該第三光刻膠層進行圖案化、曝光和顯影以去除位于HEMT的源極區(qū)/漏極區(qū)之上的第三光刻膠層。
[0065]在530處，在源極區(qū)/漏極區(qū)之上蝕刻掉第二隔離層的部分，以允許接觸件通過歐姆金屬化層到達源極/漏極區(qū)，從而得到圖2A的HEMT晶體管200A。
[0066]還應(yīng)該理解，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在閱讀和/或理解本說明書和附圖的基礎(chǔ)上可以進行等效變化和/或改變。本文中的公開內(nèi)容包括所有這些改變和變化而且通常本發(fā)明意圖限于這些改變和變化。另外，雖然關(guān)于若干實施方式中的僅一個公開了特定特征或方面，但是在必要時，可以將這種特征或方面與其他實施方式的一個或多個其他特征和/或方面組合。另外，關(guān)于本文使用術(shù)語“包括”、“具有...的”、“具有”、“帶有”和/或它們的變體的程度；意圖將這些術(shù)語包括在類似“包括...的”含義中。再者，“示例性的”僅僅意味著表示實例，而不是最優(yōu)的。還應(yīng)該理解，為了簡明和便于理解，將本文描述的部件、層和/或元件示出為相對于另一部件、另一層和/或另一元件具有特定尺寸和/或方向，但是實際的尺寸和/或方向可以實際上不同于本文中所示的尺寸和/或方向。
[0067]因此，本發(fā)明涉及高電子遷移率晶體管(HEMT)內(nèi)的雙層AlGaN供體層和相關(guān)的制造方法，該高電子遷移率晶體管(HEMT)被配置為用于提供低電阻歐姆源極和漏極接觸件以降低功耗而同時在HEMT的溝道內(nèi)保持二維電子氣(2DEG)的高遷移率。雙層AlGaN供體層包括AlzGa(1_z)N遷移率提高層，和設(shè)置在遷移率提高層的上方的AlxGa(1_x)N電阻降低層，其中，歐姆源極和漏極接觸件與HEMT連接。GaN溝道層(其中，存在2DEG)設(shè)置在遷移率提高層的下方以形成HEMT的溝道。
【權(quán)利要求】
1.一種高電子遷移率晶體管(HEMT)，包括: 溝道層，設(shè)置在襯底的上方；以及 供體層，設(shè)置在所述溝道層上，所述供體層包括: AlzGa(1_z)N的遷移率提高層，設(shè)置在所述溝道層上，其中，第三摩爾分數(shù)z小于約0.4并且大于約0.25 ;和 AlxGa(1_x)N的電阻降低層，設(shè)置在所述遷移率提高層的上方，其中，第一摩爾分數(shù)X小于約0.15并且大于約0.1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的HEMT，還包括: 源極歐姆接觸件，與所述電阻降低層連接并設(shè)置在源極區(qū)的上方；以及 漏極歐姆接觸件，與所述電阻降低層連接并設(shè)置在漏極區(qū)的上方。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的HEMT，還包括: 隔離層，在所述源極歐姆接觸件和所述漏極歐姆接觸件之間設(shè)置在所述溝道層的上方；以及 柵極材料，在溝道區(qū)的上方設(shè)置在所述隔離層內(nèi)并且與所述電阻降低層連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的HEMT，還包括設(shè)置在所述遷移率提高層的下方的GaN溝道層，在所述溝道層中具有二維電子氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的HEMT，其中，所述遷移率提高層包括第一厚度值，所述第一厚度值是所述電阻降低層的第二厚度值的大約兩倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的HEMT，其中，所述第一厚度值介于大約20納米和40納米之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的HEMT，其中，所述第二厚度值介于大約10納米和20納米之間。
8.一種晶體管，包括: 雙層AlGaN供體層，進一步包括: AlzGa(1_z)N的遷移率提高層，設(shè)置在襯底上方，其中，第三摩爾分數(shù)z小于約0.4并且大于約0.25 ;和 AlxGa(1_x)N的電阻降低層，設(shè)置在所述遷移率提高層的上方，其中，第一摩爾分數(shù)X小于約0.15并且大于約0.1 ； 源極歐姆接觸件，與所述電阻降低層連接并設(shè)置在源極區(qū)的上方；以及 漏極歐姆接觸件，與所述電阻降低層連接并設(shè)置在漏極區(qū)的上方。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的晶體管，還包括在所述源極歐姆接觸件和所述漏極歐姆接觸件之間設(shè)置在所述電阻降低層的上方的隔離層。
10.一種形成高電子遷移率晶體管(HEMT)的方法，包括: 在襯底的上方外延生長II1-V族化合物溝道層； 在所述II1-V族化合物溝道層上設(shè)置AlzGa(1_z)N的遷移率提高層，其中，第三摩爾分數(shù)z小于約0.4并且大于約0.25 ；以及 在所述遷移率提高層的上方設(shè)置AlxGa(1_x)N的電阻降低層，其中，第一摩爾分數(shù)X小于約0.15并且大于約0.1。
【文檔編號】H01L29/778GK103943674SQ201310139313
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月21日
【發(fā)明者】劉柏均, 喻中一, 陳祈銘, 江振豪 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司