[发明专利]形成具有势垒层中的金属接触的晶体管的方法

说明书

使用第一气体组合和第二气体组合在III‑N族HEMT的势垒层(118)中蚀刻金属接触开口(132)，第一气体组合向下蚀刻到势垒层(118)中，第二气体组合进一步向下蚀刻到势垒层(118)中达位于沟道层(116)的顶表面上方的深度，沟道层(116)的顶表面接触势垒层(118)并位于势垒层(118)下方。

技术领域

本发明涉及形成具有III-N族高电子迁移率晶体管(HEMT)的集成电路的方法，该III-N族高电子迁移率晶体管(HEMT)具有在势垒层中的金属接触。

背景技术

III-N族高电子迁移率晶体管(HEMT)由于其更宽的带隙和高电子饱和速度而针对功率电子学展示出潜在优越性。这些材料特性转化为高击穿电压、低导通电阻以及快速切换。III-N族HEMT也可以操作在比硅基晶体管更高的温度。这些特性使III-N族HEMT良好地适用于高效率功率调节应用例如照明和车辆控制。

传统III-N族HEMT包括衬底和在衬底的顶表面上形成的层状结构。层状结构进而包括位于衬底上的缓冲层、位于缓冲层上的沟道层以及位于沟道层上的势垒层。进一步，层状结构可以可选地包括位于势垒层上的覆盖层(cap layer)。

缓冲层提供衬底和沟道层之间的过渡层，以便解决晶格常数差并提供位错最小化生长表面。沟道层和势垒层具有不同的极化特性和位于沟道层的顶部的诱导两维电子气(2DEG)的形成的带隙。具有高浓度电子的2DEG类似于传统场效应晶体管(FET)中的沟道。覆盖层增强III-N族HEMT的可靠性。

传统III-N族HEMT也包括被形成层状结构的顶表面上的金属栅极。金属栅极进行对势垒层(或覆盖层，如果存在的话)的肖特基(Schottky)接触。可替换地，金属栅极可由绝缘层与势垒层(或覆盖层，如果存在的话)绝缘。

此外，传统III-N族HEMT包括源极金属接触和与源极金属接触间隔(spacedapart)开的漏极接触。位于延伸到层状结构中的金属接触开口的源极金属接触和漏极金属接触进行与势垒层的欧姆接触。

天然III-N族衬底不易于得到。结果，III-N族HEMT通常使用单晶硅衬底。(碳化硅是另一种用于III-N HEMT的常见衬底材料。)层状结构传统上使用外延沉积技术例如金属有机化学气相沉积(MOCVD)和分子束外延(MBE)生长在衬底上。

层状结构中每个层通常被实施为具有一个或更多III序列族氮化物层，其中III族包括In、Ga和Al中的一种或更多种。例如，缓冲层可被实施为具有顺序的AlN(热稳定材料)、AlGaN以及GaN层。此外，沟道层通常由GaN形成，同时势垒层通常由AlGaN形成。进一步，盖层可由GaN形成。

源极金属接触和漏极金属接触通常通过在层状结构的顶表面上(如果存在的话，在覆盖层的顶表面上，或当不存在覆盖层时在势垒层的顶表面上)形成钝化层例如氮化硅层。然后，图案化光刻胶层被形成在钝化层上。

在图案化光刻胶层已经被形成之后，钝化层的暴露区域、覆盖层的底层(underlying)部分(如果存在的话)以及势垒层的底层部分使用包括CHF₃、CF₄、Ar和O₂的气体组合被干蚀刻达预定时间段。

干蚀刻形成延伸通过钝化层、通过覆盖层(如果存在的话)并且进入势垒层的源极金属接触开口和漏极金属接触开口。控制金属接触开口的深度非常困难，这是因为蚀刻非常短，通常几秒钟。结果，金属接触开口的底表面常延伸通过势垒层并且进入沟道层。

然后，金属层被沉积以位于钝化层上方，并且填充金属接触开口。金属层然后被平面化以暴露钝化层的顶表面，并且分别在源极金属接触开口和漏极金属接触开口中形成源极金属接触和漏极金属接触。

发明内容