[发明专利]一种氮化镓薄膜晶体管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其是一种氮化镓薄膜晶体管及其制造方法。

背景技术

名词解释：

欧姆接触：金属与半导体在接触处是一个纯电阻，而且该电阻越小越好。

等比例缩小：是指在缩小半导体体积的同时，等比例地缩小一些关键参数，如栅长、栅介电层厚度，漏电流和漏极饱和电流等。

在下一代新型AMOLED有源显示的发展及推动下，金属氧化物薄膜晶体管受到越来越多的关注与研究，然而金属氧化物类的薄膜晶体管易受周围环境、水汽的影响，其稳定性性能一直表现不佳，该难题阻碍了金属氧化物薄膜晶体管大规模商业化的进程。

氮化镓薄膜因其特有的宽禁带、透明、迁移率高等特性，在高电子迁移率晶体管器件中备受关注。氮化镓薄膜的制备方法使用传统的金属有机化学气相沉积设备，成膜结晶质量优越，但该设备费用昂贵，且成膜面积小，不可以应用于大面积的显示行业中。S.Kobayashi等日本学者在论文(J.Cryst.Growth 189–190,749，1998，J.Non-Cryst.Solids，227–230,1245，1998)中提出采用磁控溅射法制备氮化镓薄膜，并制备出简单的底栅型薄膜晶体管，然而该薄膜晶体管中的氮化镓薄膜的成膜质量差、结晶度低以及源漏接触电极与沟道并没有形成良好的欧姆接触，使得晶体管的迁移率仅为0.06cm²/Vs，开关电流比不足10的3次方，器件性能差，难以得到实际应用。此外，目前的氮化镓薄膜晶体管主要采用底栅结构(即栅极在器件底部)，采用这样的结构会产生较大的寄生电容，等比例缩小能力差，同时栅极的驱动电压较高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的第一目的在于：提供一种寄生电容小、等比例缩小能力强和驱动电压低的氮化镓薄膜晶体管。

本发明的第二目的在于：提供一种器件性能好的氮化镓薄膜晶体管的制造方法。

本发明所采用的第一种技术方案是：

一种氮化镓薄膜晶体管，包括从下至上分布的衬底、缓冲层和氮化镓薄膜，所述氮化镓薄膜上设有源漏接触电极和栅介质层，所述栅介质层上设有栅电极；所述氮化镓薄膜从左至右分为三个区域，其中，氮化镓薄膜左右的两个区域为N型重掺杂源漏区，中间的区域为无掺杂氮化镓区，所述源漏接触电极与氮化镓薄膜的N型重掺杂源漏区欧姆接触。

进一步，所述栅电极为ITO薄膜，所述栅介质层为SiO₂层，所述源漏接触电极为Ti/Al双层金属电极。

进一步，所述缓冲层为SiO₂层、Si₃N₄层或SiO₂与Si₃N₄的混合层，所述衬底为硅衬底或玻璃衬底。

本发明所采用的第二种技术方案是：

一种氮化镓薄膜晶体管的制造方法，包括以下步骤：

在衬底上沉积缓冲层；

使用直流磁控溅射法在缓冲层上沉积氮化镓薄膜；

对氮化镓薄膜进行光刻和剥离，使氮化镓薄膜图形化；

在图形化后的氮化镓薄膜上沉积离子注入缓冲层；

对离子注入缓冲层进行光刻，形成图形化的源漏区；

对图形化的源漏区进行离子注入、去胶和退火，以在氮化镓薄膜中形成N型重掺杂源漏区；

通过刻蚀工艺移除离子注入缓冲层；

在移除离子注入缓冲层后的氮化镓薄膜上沉积栅介质层；

在栅介质层上沉积栅电极；

以栅电极为图形，刻蚀栅介质层，形成源漏区的接触孔；

在源漏区的接触孔中沉积源漏接触电极。

进一步，所述直流磁控溅射法中使用的靶材为液态金属镓或含有镓的靶材，反应气体为氮气，反应时衬底的温度为27℃至600℃。

进一步，所述对图形化的源漏区进行离子注入、去胶和退火，以在氮化镓薄膜中形成N型重掺杂源漏区，这一步骤包括：使用离子注入机或者离子喷淋机向源漏区注入硅离子。

进一步，所述对图形化的源漏区进行离子注入、去胶和退火，以在氮化镓薄膜中形成N型重掺杂源漏区，这一步骤还包括：去除光胶，并使用快速退火设备或高温度炉进行退火，其中，退火温度为500℃至1000℃，退火时间为3-15分钟，退火气氛为氮气、氧气或氩气。

进一步，所述硅离子的剂量为10¹⁴至10¹⁶/cm²，所述硅离子的能量为100至200keV。