[发明专利]高电子迁移率晶体管及其形成方法

说明书

技术领域

本发明大体上涉及半导体结构，更具体而言，涉及高电子迁移率晶体管(HEMT)和形成高电子迁移率晶体管的方法。

背景技术

在半导体技术中，III族-V族(或III-V族)半导体化合物由于其特性而用于形成各种集成电路器件，诸如大功率场效应晶体管、高频晶体管或者高电子迁移率晶体管(HEMT)。通常与金属氧化物半导体场效应晶体管(MOFET)的情况不同，HEMT是包括介于具有不同带隙的两种材料之间的结(即，异质结)作为沟道代替掺杂区的场效应晶体管。与MOSFET相比，HEMT具有许多引人注目的特性，包括高电子迁移率、传输高频信号的能力等。

在应用方面，增强型(E型)HEMT具有许多优点。E型HEMT允许去除负极性电压电源，因此降低了电路的复杂性和成本。尽管具有上述引人注目的特性，但是存在与不断开发的基于III-V族半导体化合物的器件相关的许多挑战。已经实施了针对这些III-V族半导体化合物的结构和材料的各种技术来尝试和进一步改进晶体管器件性能。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本发明的一方面，一种高电子迁移率晶体管(HEMT)，包括：第一III-V族化合物层；第二III-V族化合物层，设置在所述第一III-V族化合物层上并且在组成上不同于所述第一III-V族化合物层；介电钝化层，设置在所述第二III-V族化合物层上；源极部件和漏极部件，设置在所述第二III-V族化合物层上，并且延伸穿过所述介电钝化层；栅电极，在所述源极部件和所述漏极部件之间设置在所述第二III-V族化合物层的上方，所述栅电极具有外表面；含氧区，在所述栅电极下方至少嵌入所述第二III-V族化合物层；以及栅极介电层，包括第一部分和第二部分，其中，所述第一部分位于所述栅电极下方且位于所述含氧区上，而所述第二部分位于所述栅电极的所述外表面的一部分上。

在该HEMT中，所述含氧区嵌入所述第二III-V族化合物层中和所述第一III-V族化合物层的顶部中。

在该HEMT中，所述第二III-V族化合物层具有厚度D₁，所述含氧区具有厚度D₂，并且D₂/D₁的比值在约0.5至约1.15的范围内。

在该HEMT中，所述含氧区包括含有氧和来自所述第二III-V族化合物层的至少一种组分的化合物。

在该HEMT中，所述含氧区耗尽紧邻所述第一III-V族化合物层和所述第二III-V族化合物层之间的界面所定位的载流子沟道的一部分。

在该HEMT中，所述栅极介电层包括氧化硅、氮化硅、氧化镓、氧化铝、氧化钪、氧化锆、氧化镧或氧化铪。

该HEMT还包括位于所述源极部件和所述漏极部件上且位于所述栅极介电层下方的介电保护层。

在该HEMT中，所述源极部件和所述漏极部件均不含金(Au)而包含Ti、Co、Ni、W、Pt、Ta、Pd、Mo、TiN或AlCu合金。

根据本发明的另一方面，提供了一种高电子迁移率晶体管(HEMT)，包括：至少一个缓冲层，设置在硅衬底上；第一III-V族化合物层，设置在所述至少一个缓冲层上；第二III-V族化合物层，设置在所述第一III-V族化合物层上并且在组成上不同于所述第一III-V族化合物层；介电钝化层，设置在所述第二III-V族化合物层上，所述介电钝化层具有暴露所述第二III-V族化合物层的一部分的通孔；含氧区，在所述通孔下方至少嵌入所述第二III-V族化合物层的暴露部分中；栅极介电层，设置在所述通孔的内表面和所述含氧区上，并且位于所述介电钝化层的至少一部分的上方；栅电极，设置在所述栅极介电层的一部分上且设置在所述含氧区的上方；以及源极部件和漏极部件，在所述第二III-V族化合物层上设置在所述栅电极的相对侧，所述源极部件和所述漏极部件延伸穿过所述介电钝化层并且与所述第二III-V族化合物层接触。

在该HEMT中，所述含氧区嵌入所述第二III-V族化合物层中和所述第一III-V族化合物层的顶部中。

在该HEMT中，所述第二III-V族化合物层具有厚度D₁，所述含氧区具有厚度D₂，并且D₂/D₁的比值在约0.5至约1.15的范围内。

在该HEMT中，所述含氧区的厚度D₂在约5nm至约50nm的范围内。