[发明专利]绝缘栅场效应晶体管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种绝缘栅场效应晶体管，以及制造该绝缘栅场效应晶体管的方法。 

背景技术

III族氮化物半导体具有宽的禁带宽度、高的介电击穿电场和高的电子饱和漂移速度等特性，适用于制作高温、高速转换和大功率的电子器件。在GaN基场效应晶体管中，通过压电极化和自发极化在沟道层中产生大量电荷。由于二维电子气的来源是氮化物表面的施主型表面态电离而来，因此氮化物晶体管的电流密度对表面态极其敏感，容易引起电流崩塌效应。另外，GaN基电子器件的外延生长时，由于存在晶格失配，GaN缓冲层在AlGaN中引入的张应力，使得材料表面出现许多缺陷，这些表面缺陷也会影响器件的性能，如引起电流崩塌效应和器件的可靠性问题等。在GaN基场效应晶体管中，按栅极结构通常可分为两大类，肖特基栅场效应晶体管和绝缘栅场效应晶体管。肖特基接触的栅极制作简单，表面容易控制，对射频器件来说非常理想，但是由于其没有介质层隔离，栅极的漏电流相对较高，另外，由于受到肖特基接触的正向导通的限制，栅极的偏压原则上不能超过2V，否则栅极就失去了对沟道的控制能力。绝缘栅通常是在栅金属下加入介质层，如二氧化硅、氧化铝、氧化铪、氮化硅和氮氧化硅等，栅极的漏电流相对较低，很适合于功率器件。 

现有技术制成的氮化物晶体管通常具有三种结构，如图1a、1b、1c所示。图1a所示的氮化镓晶体管在制备的过程中，通过刻蚀栅区的介质层6，暴露出氮化物表面，生成具有肖特基接触的栅极11。这种方法的缺点 是，氮化物的表面容易在干法刻蚀的过程中受到损伤，增加表面态，从而降低器件性能。此外，肖特基接触也带来很大的反向漏电流，引起器件的可靠性问题。为了降低栅极的漏电流，可以在刻蚀掉栅区的氮化硅钝化层后重新沉积栅极处的绝缘层，如利用ALD等设备沉积绝缘介质层，如图1b所示。但是在刻蚀和介质层6沉积的过程中，氮化物晶体管1的表面会受到损伤。而且在沉积ALD介质层之前，氮化物晶体管1的表面也会受到一定程度的沾污，这些因素都会引起表面态的增加，降低器件性能。ALD介质层和氮化物之间的界面态也是一个悬而未决的大问题，可以引起严重的电流崩塌效应。另外一种结构也可以实现绝缘栅型氮化物场效应管，如图1c所示。在刻蚀栅极处的介质层时，可以通过控制刻蚀的速度和时间，在栅下局部保留一部分介质层6。但是，由于刻蚀过程的重复性问题，保留的介质层的厚度无法得到精确控制，从而造成阈值电压的漂移。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种绝缘栅场效应晶体管结构及其制造方法，其通过在氮化物晶体管结构上生长多层复合介质层，并在该复合介质中间层引入金属，含有金属的这层介质的刻蚀速度远低于不含金属的介质。在栅极区域刻蚀栅槽时，由于刻蚀速度的巨大差异，复合介质的上层被刻蚀掉后，可以很容易地控制刻蚀过程停止在中间的含金属的介质层。这样能精确地控制栅槽刻蚀的深度由于氮化物晶体管的表面始终都被剩下的复合介质层下层覆盖保护，避免了离子刻蚀过程中给氮化物表面带来的损伤。同时，余下的介质层也隔绝了其他污染对晶体管表面的影响。避免了应力的释放和氮化物表面的沾污，极大的降低器件的电流崩塌效应。采用本发明的结构和方法，既在工艺过程中保护了器件的表面，也精确地控制了栅槽刻蚀的深度，稳定了器件的阈值电压。 

为实现上述发明目的，本发明公开了一种绝缘栅场效应晶体管，包括： 

衬底； 

设于所述衬底上的氮化物晶体管结构； 

所述氮化物晶体管结构上的介质层，所述介质层包括所述氮化物晶体管结构上的第一介质层、所述第一介质层上的第二介质层以及所述第二介质层上的第三介质层， 

其中，所述第二介质层的材质中含有金属， 

所述介质层上定义有栅极区域及分别位于所述栅极区域两侧的两处欧姆接触区域，该两处欧姆接触区域分别贯穿所述介质层； 

形成于所述栅极区域且至少部分贯穿所述介质层的凹槽； 

形成于所述凹槽内的金属栅极； 

位于所述两处欧姆接触区域的源电极和漏电极。 

优选的，在上述绝缘栅场效应晶体管中，所述氮化物晶体管结构包括： 

位于所述衬底上的氮化物成核层； 

位于所述氮化物成核层上的氮化物缓冲层； 

位于所述氮化物缓冲层上的氮化物沟道层； 

位于所述氮化物沟道层上的氮化物势垒层。