[发明专利]氮化镓高电子移动率晶体管的栅极结构的制造方法

说明书

本发明提供一种氮化镓高电子移动率晶体管的栅极结构的制造方法，包括在基板上依序形成一信道层、一阻障层、一掺杂氮化镓层、一未掺杂氮化镓层以及一绝缘层，再移除部分绝缘层，以形成一沟槽。在所述基板上形成一栅极金属层，覆盖绝缘层与沟槽，然后在栅极金属层上形成对准沟槽的一掩膜层，其中掩膜层与绝缘层部分重叠。利用所述掩膜层作为蚀刻掩膜，去除暴露出的栅极金属层及其下方的绝缘层、未掺杂氮化镓层以及掺杂氮化镓层，之后移除掩膜层。

技术领域

本发明涉及一种高电子移动率晶体管的技术，尤其涉及一种氮化镓高电子移动率晶体管的栅极结构的制造方法。

背景技术

氮化镓高电子移动率晶体管(high electron mobility transistor，HEMT)是利用氮化铝镓(AlGaN)与氮化镓(GaN)的异质结构，于接面处会产生具有高平面电荷密度和高电子迁移率的二维电子气(two dimensional electron gas，2DEG)，因此适于高功率、高频率和高温度运作。

然而，具有高浓度2DEG的HEMT采用常关型(Normally-off)的电路设计，已发现这种氮化镓高电子移动率晶体管有栅极漏电的问题，导致晶体管的开关在不正常的操作下效能下降或是失效，使可靠度降低。

发明内容

本发明提供一种氮化镓高电子移动率晶体管的栅极结构的制造方法，能制作出低栅极漏电的HEMT。

本发明的氮化镓高电子移动率晶体管的栅极结构的制造方法，包括在基板上依序形成一信道层、一阻障层(barrier layer)、一掺杂氮化镓层以及一未掺杂氮化镓层，再在所述未掺杂氮化镓层上形成一绝缘层。通过移除部分绝缘层形成一沟槽，再在基板上形成一栅极金属层，覆盖绝缘层与沟槽，之后在栅极金属层上形成对准沟槽的一掩膜层，且掩膜层与绝缘层部分重叠。利用所述掩膜层作为蚀刻掩膜，去除暴露出的栅极金属层及其下方的绝缘层、未掺杂氮化镓层以及掺杂氮化镓层，再移除所述掩膜层。

在本发明的一实施例中，上述掩膜层与上述绝缘层的重叠面积占掩膜层的面积比例在50％以下。

在本发明的一实施例中，上述移除部分绝缘层的步骤之后还可移除露出的未掺杂氮化镓层，以加深沟槽并露出掺杂氮化镓层。

在本发明的一实施例中，形成的上述栅极金属层可直接与沟槽内的掺杂氮化镓层接触。

在本发明的一实施例中，形成上述信道层、阻障层、掺杂氮化镓层以及未掺杂氮化镓层的方法例如有机金属化学气相沉积(MOCVD)。

在本发明的一实施例中，形成上述绝缘层的方法例如有机金属化学气相沉积或低压化学气相沉积(LPCVD)。

在本发明的一实施例中，上述形成信道层的步骤之前还可先在所述基板上形成一第一缓冲层，再在第一缓冲层上形成一第二缓冲层，其中第二缓冲层比第一缓冲层的晶格更匹配于上述信道层。

在本发明的一实施例中，上述第一缓冲层例如氮化铝层，且上述第二缓冲层例如氮化铝镓(Al_xGa_1-xN，x＝0.2～1)与氮化镓的多重叠层。

在本发明的一实施例中，形成上述第一与第二缓冲层例如有机金属化学气相沉积。

在本发明的一实施例中，上述移除掩膜层的步骤之后还可包括形成一钝化层，全面覆盖栅极金属层、绝缘层、未掺杂氮化镓层、掺杂氮化镓层与阻障层。

基于上述，本发明通过两道接近互补的光掩膜工艺，使绝缘层位于栅极金属层的两侧边，因此能利用绝缘层阻隔栅极侧边的漏电流，并可通过能与信道层、阻障层与掺杂氮化镓层一起成长的未掺杂氮化镓层，来保护掺杂氮化镓层，确保其不受栅极金属层或后续源极与漏极制造的影响。因此，本发明所制造的栅极结构能提升氮化镓高电子移动率晶体管的可靠度。