[发明专利]氮化镓晶体管及其制造方法

说明书

本申请公开了一种氮化镓晶体管及其制造方法，包括：在势垒层上方的第一区域形成栅叠层，栅叠层包括栅极结构层以及位于栅极结构层和势垒层之间的第一插入层；以及在势垒层上方的第二区域形成第一空穴注入层，第一区域和第二区域彼此隔开，其中，形成栅叠层的步骤包括采用第一抗蚀剂掩膜对硬掩膜层进行图案化、采用第一抗蚀剂掩膜对掺杂层图案化以形成栅极结构层、以及采用硬掩膜层对插入层图案化以形成第一插入层。该制造方法将硬掩膜层用于后续的图案化工艺，可以避免多次光刻的错位，以简化氮化镓晶体管的制造工艺以及提高产品良率。该氮化镓晶体管采用第一空穴注入层向沟道层中注入电荷以释放陷阱能级捕获的电子，因而可以获得稳定的导通电阻。

技术领域

本发明涉及半导体领域，更具体地，涉及一种氮化镓晶体管及其制造方法。

背景技术

与硅、砷化镓等半导体材料相比，宽禁带半导体材料氮化镓(GaN)具有更大的禁带宽度(3.4eV)、更强的临界击穿场强以及更高的电子迁移速率，得到了国内外研究者们的广泛关注，在电力电子功率器件以及高频功率器件方面具有巨大的优势和潜力。作为第三代宽禁带半导体的典型代表，氮化镓材料不但具有禁带宽度大、临界击穿电场高、电子饱和漂移速度大、耐高温、抗辐射以及化学稳定性好等特点，同时由于氮化镓材料的极化效应，可以与铝镓氮等材料形成具有高浓度(大于10¹³cm^-2)和高迁移率(大于2000cm²/V·s)的二维电子气(2DEG)，非常适合制备功率开关器件，成为当前功率器件领域的研究热点。

目前氮化镓单晶衬底较难得到，绝大多数氮化镓薄膜是通过在其他衬底上进行异质外延实现。常用的衬底包括硅、蓝宝石以及碳化硅等。由于氮化镓与衬底之间存在较大的晶格错配以及热应变，氮化镓外延材料的缺陷密度可能比硅材料高3至4个数量级。此外为了实现高击穿电压，在高阻氮化物层进行碳、铁或者镁掺杂。氮化镓沟道层中的缺陷以及杂质能形成陷阱能级。在反向高压下，该陷阱能级会捕获电子。结果，当氮化镓晶体管重新导通时，导通电阻增大，器件稳定性与可靠性变差。

作为进一步改进的器件结构，在氮化镓晶体管的栅极区域和漏极区域分别形成复合叠层。在反向截止状态，采用漏极区域空穴注入层向沟道层中注入空穴，从而可以释放陷阱能级捕获的电子。因此，在氮化镓晶体管重新导通时可以获得大致恒定的导通电阻。

然而，该氮化镓晶体管的制造方法工艺复杂，包括在插入层的图案化步骤之后的二次光刻和附加的外延生长，从而存在着二次光刻错位的问题。结果，在栅极区域的复合叠层中，栅极结构层与插入层之间彼此错位导致氮化镓晶体管不能正常工作。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种氮化镓晶体管及其制造方法，其中，在形成所述栅极结构层时图案化硬掩膜层，以及将硬掩膜层用于后续图案化工艺，从而可以简化氮化镓晶体管的制造工艺以及提高产品良率。

根据本发明的一方面，提供一种氮化镓晶体管的制造方法，包括：在衬底上形成势垒层；在所述势垒层上方的第一区域形成栅叠层，所述栅叠层包括栅极结构层以及位于所述栅极结构层和所述势垒层之间的第一插入层；以及在所述势垒层上方的第二区域形成第一空穴注入层，所述第一区域和所述第二区域彼此隔开，其中，所述形成栅叠层的步骤包括采用第一抗蚀剂掩膜对硬掩膜层进行图案化、采用所述第一抗蚀剂掩膜对掺杂层图案化以形成所述栅极结构层、以及采用所述硬掩膜层对插入层图案化以形成所述第一插入层。

优选地，在采用所述硬掩膜层对插入层图案化以形成所述第一插入层的同时，采用第二抗蚀剂掩膜对所述插入层图案化以形成所述第一空穴注入层。

优选地，通过一次光刻刻蚀形成所述栅叠层。

优选地，在对插入层进行图案化之后，去除所述硬掩膜层。

优选地，采用外延生长方法形成所述掺杂层。

优选地，所述栅极结构层、所述第一插入层和所述第一空穴注入层分别由掺杂氮化物组成。