專利名稱：制作具有再生長歐姆接觸區(qū)的氮化物基晶體管的方法以及具有再生長歐姆接觸區(qū)的氮化 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由半導體材料形成的晶體管，其可以使得它們適合高功率、高溫、和/或高頻率應(yīng)用。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)材料例如硅(Si)和砷化鎵(GaAs)在更低功率和(在硅的情形下)更低頻率應(yīng)用的半導體器件中的廣泛應(yīng)用。然而，由于它們的相對小的帶隙(例如在室溫下Si為1.12eV以及GaAs為1.42)和/或相對小的擊穿電壓，這些更慣用的半導體材料可能并不很適合更高功率和/或高頻率的應(yīng)用。
考慮到用Si和GaAs的困難，對高功率、高溫、和/或高頻率應(yīng)用和器件的興趣已經(jīng)轉(zhuǎn)向?qū)拵栋雽w材料例如碳化硅(在室溫下α-SiC為2.996eV)和III族氮化物(例如在室溫下GaN為3.36eV)。與砷化鎵和硅相比，這些材料一般具有更高的電場擊穿強度和更高的電子飽和速度。
對于高功率和/或高頻率應(yīng)用特別令人感興趣的器件是高電子遷移率晶體管(HEMT)，其也被稱為調(diào)制摻雜場效應(yīng)晶體管(MODFET)。在許多環(huán)境下這些器件可以提供操作優(yōu)點，因為在兩種具有不同的帶隙能量的半導體材料的異質(zhì)結(jié)處形成了二維電子氣(2DEG)，并且其中較小帶隙的材料具有較高的電子親和力。該2DEG是未摻雜的(非故意摻雜的)、較小帶隙的材料中的積累層并且可以獲得非常高的薄層電子濃度，例如超過1013載流子/cm2。另外，來源于較寬帶隙的半導體的電子轉(zhuǎn)移到該2DEG，由于減少的電離雜質(zhì)散射而容許高的電子遷移率。
高載流子濃度和高載流子遷移率的該組合能夠給予HEMT非常大的跨導并且可以在用于高頻率應(yīng)用時提供優(yōu)于金屬-半導體場效應(yīng)晶體管(MESFET)的強大的性能優(yōu)點。
由于包括上述的高擊穿場、它們的寬帶隙、大的導帶偏移、和/或高飽和電子漂移速度的材料特性的組合，在氮化鎵/氮化鋁鎵(GaN/AlGaN)材料體系中制作的高電子遷移率晶體管具有產(chǎn)生大量射頻功率的潛能。該2DEG中的電子的主要部分是AlGaN中的極化的結(jié)果。已經(jīng)闡述了在GaN/AlGaN體系中的HEMT。美國專利5,192,987和5,296,395描述了AlGaN/GaN HEMT結(jié)構(gòu)和制造方法。美國專利NO.6,316,793，其被共同賦予Sheppard等人并在此被并入作為參考，描述了HEMT器件，該HEMT器件具有半絕緣碳化硅襯底，在該襯底上的氮化鋁緩沖層，在該緩沖層上的絕緣氮化鎵層、在該氮化鎵層上的氮化鋁鎵阻擋層，以及在氮化鋁鎵有源結(jié)構(gòu)上的鈍化層。
氮化物基晶體管的制作的一個問題包括用于這些晶體管的歐姆接觸的形成。常規(guī)地，通過反應(yīng)離子刻蝕(RIE)歐姆接觸被形成為用于接觸的凹進。然而，在沒有嚴格的過程控制實踐的情況下，在氮化物基材料中的RIE可能會因均勻性和可重復性問題而受損害。這些問題可能導致難以控制制作過程。在沒有RIE的情況下所形成的歐姆接觸一般使用高的退火溫度(例如，900℃)。這種高退火溫度可能損傷材料和/或器件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一些實施例提供了晶體管的制作，其包括在襯底上形成氮化物基溝道層、在氮化物基溝道層上形成阻擋層、在阻擋層中形成接觸凹進以暴露該氮化物溝道層的接觸區(qū)以及利用低溫沉積工藝在該氮化物基溝道層的該暴露的接觸區(qū)上形成接觸層。制作也可以包括在該接觸層上形成歐姆接觸以及形成設(shè)置在阻擋層上與該歐姆接觸相鄰的柵接觸。
在本發(fā)明的另外的實施例中，利用低溫沉積工藝在該氮化物基溝道層的該暴露的接觸區(qū)上形成接觸層包括通過金屬有機化學汽相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)、等離子體增強化學汽相沉積(PECVD)、濺射和/或氫化物汽相外延(HVPE)形成接觸層。此外，該低溫沉積工藝可以是除了從其上形成晶體管的晶片顯著質(zhì)量傳遞(masstransport)以外的工藝。
在本發(fā)明的另外的實施例中，該晶體管的制作進一步包括在阻擋層上形成第一介電層以及在該第一介電層中形成凹進。形成柵接觸包括在凹進中形成柵接觸。形成接觸凹進包括在第一介電層和暴露該氮化物基溝道層的一部分的阻擋層中形成接觸凹進。在本發(fā)明的其它實施例中，柵接觸可以被形成在第一介電層上。
在本發(fā)明的更進一步的實施例中，第一介電層包含氮化硅層。該氮化硅層可以為晶體管提供鈍化層。
在本發(fā)明的另外的實施例中，該接觸凹進延伸到該溝道層中。此外，形成歐姆接觸可以包括在不對歐姆接觸退火的情況下形成歐姆接觸。形成歐姆接觸可以包括圖案化接觸層上的金屬層并且在大約850℃或更低的溫度對該圖案化的金屬層退火。
在本發(fā)明的其它實施例中，在該氮化物基溝道層的被暴露的部分上形成接觸層包括在該氮化物基溝道層的被暴露的部分上形成接觸層至足以提供比在該溝道層和該阻擋層之間的界面處形成的二維電子氣區(qū)域的薄層電阻率小的薄層電阻率的厚度。形成接觸層可以包括形成n型InGaN、AlInN、AlInGaN和/或InN層。在本發(fā)明的一些實施例中，所形成的該n型氮化物基層是GaN和/或AlGaN。在形成期間可以利用Si、Ge和/或0對該InGaN、GaN、AlGaN、AlInN、AlInGaN和/或InN層摻雜。
在本發(fā)明的一些實施例中，該接觸層包括除GaN和AlGaN之外的n型簡并半導體材料。該接觸層可以包括非氮化物III-V族半導體材料、IV族半導體材料和/或II-VI族半導體材料。
在本發(fā)明的另外的實施例中，該晶體管的制作進一步包括形成該溝道層的側(cè)壁以在該溝道層和該n型接觸層之間提供同平面界面相比增加表面面積的界面。在該接觸層上形成歐姆接觸可以包括在該接觸層上形成歐姆接觸，其延伸到該溝道層的一部分之上或者其在該溝道層的側(cè)壁之前終止。
在本發(fā)明的另外的實施例中，該晶體管的制作包括在溝道層中形成與接觸區(qū)相鄰的孔并且在這些孔中放置n型氮化物基半導體材料。在該接觸層上形成歐姆接觸進一步包括在該接觸層上以及在這些孔中的該氮化物基半導體材料上形成歐姆接觸。
在本發(fā)明的另外的實施例中，該接觸層延伸到該阻擋層上。
在本發(fā)明的其它的實施例中，制作晶體管包括在襯底上形成氮化物基溝道層、在該氮化物基溝道層上形成阻擋層、在該阻擋層上形成掩蔽層、圖案化該掩蔽層和該阻擋層以提供暴露該氮化物基溝道層的一部分的接觸開口、在該氮化物基溝道層的該暴露的部分和該掩蔽層上形成接觸層、選擇性地除去該掩蔽層和在該掩蔽層上的該接觸層的一部分以提供接觸區(qū)、在該接觸區(qū)上形成歐姆接觸以及形成設(shè)置在該阻擋層上與該歐姆接觸相鄰的柵接觸。該晶體管的制作也可以包括在該阻擋層上形成第一介電層以及在該第一介電層中形成凹進。形成柵接觸可以包括在該凹進中形成柵接觸。在該阻擋層上形成掩蔽層可以包括在該第一介電層上形成掩蔽層。圖案化該掩蔽層和該阻擋層以提供暴露該氮化物基溝道層的一部分的接觸開口可以包括圖案化該掩蔽層、該第一介電層和該阻擋層以提供暴露該氮化物基溝道層的一部分的接觸開口。
在本發(fā)明的特定實施例中，該第一介電層包括氮化硅層。該氮化硅層可以為晶體管提供鈍化層。該掩蔽層可以是介電層。該介電層可以是氧化硅層。該掩蔽層可以是光致抗蝕劑掩蔽層。
形成歐姆接觸可以通過在不對歐姆接觸退火的情況下形成歐姆接觸來提供?？商鎿Q地，形成歐姆接觸可以通過圖案化該接觸區(qū)上的金屬層并且在大約850℃或更低的溫度對該圖案化的金屬層退火來提供。
在該氮化物基溝道層的該暴露的部分和該氧化物層上形成接觸層可以包括通過金屬有機化學汽相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)、等離子體增強化學汽相沉積(PECVD)、濺射和/或氫化物汽相外延(HVPE)形成接觸層。在該氮化物基溝道層的被暴露的部分和該掩蔽層上形成接觸層可以通過下述來提供在該氮化物基溝道層的被暴露的部分和該掩蔽層上形成接觸層至足以提供比在該溝道層和該阻擋層之間的界面處形成的二維電子氣區(qū)域的薄層電阻率小的薄層電阻率的厚度。形成接觸層可以包括形成n型InGaN、AlInGaN、InAlN和/或InN層。在一些實施例中，該氮化物基接觸層可以是GaN和/或AlGaN。在形成期間可以利用Si、Ge和/或O對該InGaN、AlInGaN、InAlN、GaN、AlGaN、和/或InN層摻雜。
在本發(fā)明的另外的實施例中，該晶體管的制作包括形成該溝道層的側(cè)壁以在該溝道層和該n型接觸層之間提供同平面界面相比增加表面面積的界面。在該接觸層上形成歐姆接觸可以包括在該接觸層上形成歐姆接觸，其延伸到該溝道層的一部分上或者其在該溝道層的側(cè)壁之前終止。此外或可替換地，該晶體管的制作可以包括在溝道層中形成與接觸區(qū)相鄰的孔并且在這些孔中放置氮化物基半導體材料。在該氮化物基接觸區(qū)上形成歐姆接觸可以包括在該氮化物基接觸區(qū)上以及在這些孔中的氮化物基半導體材料上形成歐姆接觸。
在本發(fā)明的其它實施例中，提供高電子遷移率晶體管(HEMT)以及制作HEMT的方法。該HEMT包括襯底上的氮化物基溝道層、該氮化物基溝道層上的阻擋層、在該阻擋層中的延伸到該溝道層中的接觸凹進、在該接觸凹進中該氮化物基溝道層上的接觸區(qū)、設(shè)置在該阻擋層上的柵接觸。該接觸區(qū)和該氮化物基溝道層包括表面面積擴大結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的一些實施例中，該表面面積擴大結(jié)構(gòu)包括延伸到該溝道層中的接觸凹進的部分的圖案化的側(cè)壁。在本發(fā)明的特定實施例中，歐姆接觸被設(shè)置在沒有延伸到在該側(cè)壁區(qū)中的該溝道層上的接觸區(qū)上。在本發(fā)明的其它實施例中，該歐姆接觸延伸到在所述側(cè)壁區(qū)中的該溝道層上。
在本發(fā)明的另外的實施例中，該表面面積擴大結(jié)構(gòu)包括延伸到溝道層中的孔且其中具有n型氮化物基半導體材料，并且該歐姆接觸與在這些孔中的該氮化物基半導體材料接觸。
該n型氮化物基半導體材料可以包括InN、AlGaN、InGaN、AlInGaN、AlInN和/或GaN。可以利用Si、Ge和/或O對該n型氮化物基半導體材料摻雜。也可以在該阻擋層上設(shè)置氮化硅層并且可以在該氮化硅層中的凹進中設(shè)置該柵接觸。
本發(fā)明的另外的實施例提供高電子遷移率晶體管以及制作包括在襯底上的氮化物基溝道層和在該氮化物基溝道層上的阻擋層的晶體管的方法。在該阻擋層中提供至少一個接觸凹進，其延伸到該溝道層中。在該接觸凹進中的該氮化物基溝道層上設(shè)置金屬和/或金屬合金的區(qū)域以提供歐姆接觸。所設(shè)置的柵接觸在該阻擋層上。該金屬區(qū)域可以延伸到該阻擋層上。
本發(fā)明的另外的實施例提供高電子遷移率晶體管以及制作包括在襯底上的氮化物基溝道層和在該氮化物基溝道層上的阻擋層的晶體管的方法。在該阻擋層中提供至少一個接觸凹進，其延伸到該溝道層中。在該接觸凹進中的該氮化物基溝道層上設(shè)置除GaN或AlGaN以外的n型簡并半導體材料的區(qū)域。在該n型簡并半導體材料的區(qū)域上設(shè)置歐姆接觸并且在該阻擋層上設(shè)置柵接觸。該n型簡并半導體材料的區(qū)域可以延伸到該阻擋層上。


圖1A-1G是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例晶體管中的歐姆接觸的制作的示意圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的另外的實施例的晶體管的示意圖。
圖3A和3B是根據(jù)本發(fā)明的另外的實施例的晶體管的示意圖。
圖4A-4C是根據(jù)本發(fā)明的另外的實施例的晶體管的制作的示意圖。
具體實施例方式
在下文中即將參考附圖更完全地描述本發(fā)明，其中示出了本發(fā)明的實施例。然而該發(fā)明可以被體現(xiàn)為多種不同的形式并且不應(yīng)被解釋為受限于在此闡明的實施例。更確切地說，提供這些實施例以便該公開是全面的和完整的，并且將本發(fā)明的范圍完全地傳達給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。在附圖中，為清楚起見可以擴大層和區(qū)域的尺寸和相對尺寸。將要理解的是，當元件或?qū)颖环Q作在另一元件或?qū)印爸稀?、“連接到”或“耦接到”另一元件或?qū)訒r，它可以是直接在該另一元件或?qū)由厦妗⑦B接或耦接到該另一元件或?qū)踊蛘呖梢源嬖诓迦氲脑驅(qū)?。相比之下，當元件被稱作“直接在”另一元件或?qū)印爸稀?、“直接連接到”或“直接耦接到”另一元件或?qū)訒r，不存在插入的元件或?qū)?。類似的?shù)字始終指的是類似的元件。如在此所用的，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)聯(lián)的所列項中的一個或多個的任意和所有組合。
將要理解的是，盡管術(shù)語第一、第二等在此可以被用來描述各種元件、部件、區(qū)域、層和/或部分，但是這些元件、部件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)被這些術(shù)語所限制。這些術(shù)語僅僅是被用來將一個元件、部件、區(qū)域、層和/或部分與另一區(qū)域、層或部分區(qū)別開。因此，在不脫離本發(fā)明的教導的情況下，第一元件、部件、區(qū)域、層或部分可以被稱為第二元件、部件、區(qū)域、層或部分。
此外，相對的術(shù)語，例如“下部”或“底部”以及“上部”或“頂部”在此可以被用來描述如圖所示的一個元件與另一元件的關(guān)系。將要理解的是，相對的術(shù)語旨在除了在圖中示出的方向以外還包括該器件的不同方向。例如，如果在圖中的該器件被翻轉(zhuǎn)，那么被描述為在其它元件的“下”側(cè)上的元件將取向于其它元件的“上”側(cè)上。因此示例性術(shù)語“下部”可以包括“下部”和“上部”兩個方向，取決于該圖的具體取向。相似地，如果在其中一個圖中的器件被翻轉(zhuǎn)，那么被描述為在其它元件“下面”或“下方”的元件將取向于其它元件的“上方”。因此示例性術(shù)語“下面”或“下方”可以包括上方和下方兩個方向。
在此將參考作為本發(fā)明的理想實施例的示意圖的截面圖描述本發(fā)明的實施例。因而，將預料到由于例如制作技術(shù)和/或容差引起的這些圖解的形狀的變化。因此，本發(fā)明的實施例不應(yīng)被解釋為受限于在此示出的區(qū)域的特定形狀，而應(yīng)包括由于例如制作產(chǎn)生的形狀偏差。例如，圖示為長方形的注入?yún)^(qū)在它的邊緣處一般將具有圓形或彎曲的特征和/或注入濃度梯度而不是從注入到非注入?yún)^(qū)的二進制變化。同樣，通過注入形成的掩埋區(qū)可以在該掩埋區(qū)和通過其進行注入的表面之間的區(qū)域中產(chǎn)生一些注入。因此，在圖中示出的區(qū)域?qū)嶋H上是示意性的，并且它們的形狀并不旨在說明器件的區(qū)域的精確形狀并且并不旨在限制本發(fā)明的范圍。
本發(fā)明的實施例提供在III族氮化物基晶體管的再生長接觸區(qū)上的歐姆接觸以及形成這種接觸的方法。
本發(fā)明的實施例可以適合在氮化物基HEMT例如III族氮化物基器件中使用。正如在此所使用的，術(shù)語“III族氮化物”是指氮和周期表的III族中的元素(一般為鋁(Al)、鎵(Ga)、和/或銦(In))之間形成的那些半導體化合物。該術(shù)語也指三元和四元化合物，例如AlGaN和AlInGaN。正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所充分理解的，III族元素可以與氮組合形成二元(例如GaN)、三元(例如AlGaN、AlInN)、和四元(例如AlInGaN)化合物。這些化合物全部具有實驗式，其中一摩爾氮與一摩爾III族元素的總和組合。因此，經(jīng)常利用公式例如AlxGa1-xN來描述它們，其中0≤x≤1。
例如在共同賦予的美國專利6,316,793和在2001年7月12日提交的關(guān)于″ALUMINUM GALLIUM NITRIDE/GALLIUM NITRIDE HIGHELECTRON MOBILITY TRANSISTORS HAVING A GATE CONTACT ON AGALLIUM NITRIDE BASED CAP SEGMENT AND METHODS OF FABRICATINGSAME″的美國申請序列號no.09/904,333、在2001年5月11日提交的關(guān)于″GROUP III NITRIDE BASED HIGH ELECTRON MOBILITYTRANSISTOR(HEMT)WITH BARRIER/SPACER LAYER″的美國臨時申請序列號no.60/290,195以及Smorchkova等人的題目為″GROUP-IIINITRIDE BASED HIGH ELECTRON MOBILITY TRANSISTOR(HEMT)WITHBARRIER/SPACER LAYER″的美國專利申請序列號No.10/102,272中，描述了用于可以利用本發(fā)明的實施例的GaN基HEMT的合適的結(jié)構(gòu)，在此并入其公開的全部內(nèi)容作為參考。
本發(fā)明的實施例的制作在圖1A-1G中示意性地示出。正如在圖1A中所見的，提供襯底10，其上可以形成氮化物基器件。在本發(fā)明的具體實施例中，該襯底10可以是半絕緣碳化硅(SiC)襯底，其可以是例如4H多型碳化硅。其它碳化硅候選多型包括3C、6H和15R多型。術(shù)語“半絕緣的”是描述性地使用而不是絕對意義上的。在本發(fā)明的具體實施例中，該碳化硅體晶體在室溫下具有等于或高于約1×105Ω-cm的電阻率。
可以在襯底10上設(shè)置可選的緩沖、成核和/或過渡層(未示出)。例如，可以提供AlN緩沖層以在碳化硅襯底和器件的剩余部分之間提供合適的晶體結(jié)構(gòu)過渡。另外，也可以提供應(yīng)變平衡過渡層，如例如在2002年7月19日提交的題目為″STRAIN BALANCED NITRIDEHETROJUNCTION TRANSISTORS AND METHODS OF FABRICATING STRAINBALANCED NITRIDE HETEROJUNCTION TRANSISTORS”的共同賦予的美國專利申請序列號No.10/199,786、和在2001年12月3日提交的題目為″STRAIN BALANCED NITRIDE HETEROJUNCTION TRANSISTOR″的美國臨時專利申請序列號No.60/337,687中所描述的，在此并入其公開的全部內(nèi)容作為參考。
碳化硅比藍寶石(Al2O3)具有與III族氮化物更接近的晶格匹配，其是用于III族氮化物器件的非常普通的襯底材料。與在藍寶石上通?？捎玫哪切┫啾?，該更接近的晶格匹配可以產(chǎn)生更高質(zhì)量的III族氮化物膜。碳化硅還具有很高的熱導率以便在碳化硅上的III族氮化物器件的總輸出功率一般不如同在藍寶石上形成的同樣的器件的情形下那樣受該襯底的熱耗散的限制。而且，半絕緣碳化硅襯底的可用性可以提供器件隔離以及減小的寄生電容。通過例如本發(fā)明的受讓者Durham，N.C.的Cree，Inc.制作合適的SiC襯底，并且在例如美國專利Nos.Re.34,861；4,94 6,547；5,200,022；和6,218,680中描述了制造方法，在此并入其全部內(nèi)容作為參考。類似地，在例如美國專利Nos.5,210,051；5,393,993；5,523,589；和5,292,501中已經(jīng)描述了III族氮化物的外延生長技術(shù)，在此也并入其全部內(nèi)容作為參考。
盡管碳化硅可以是優(yōu)選的襯底材料，但是本發(fā)明的實施例可以利用任何合適的襯底，例如藍寶石、氮化鋁、氮化鋁鎵、氮化鎵、硅、GaAs、LGO、ZnO、LAO、InP等。在一些實施例中，也可以形成合適的緩沖層。
回到圖1A，溝道層20被設(shè)置在襯底10上?？梢岳萌缟纤龅木彌_層、過渡層和/或成核層在襯底10上沉積該溝道層20。溝道層20可以在壓應(yīng)變之下。此外，可以通過MOCVD或通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它技術(shù)例如MBE或HVPE沉積溝道層和/或緩沖成核和/或過渡層。
在本發(fā)明的一些實施例中，該溝道層20是III族氮化物，例如AlxGa1-xN，其中0≤x＜1，假設(shè)溝道層20的帶隙小于阻擋層22的帶隙。在本發(fā)明的特定實施例中，x＝0，表示溝道層20是GaN。溝道層20也可以是其它III族氮化物例如InGaN、AlInGaN等。溝道層20可以不被摻雜(“非故意摻雜”)并且可以生長成大于約20_的厚度。該溝道層20也可以是多層結(jié)構(gòu)，例如GaN、AlGaN的組合或超晶格等。
阻擋層22被設(shè)置在溝道層20上。溝道層20可以具有比阻擋層22的帶隙小的帶隙。阻擋層22可以被沉積在溝道層20上。在本發(fā)明的特定實施例中，阻擋層22是厚度在大約1和大約100nm之間的AlN、AlInN、AlGaN或AlInGaN。在本發(fā)明的一些實施例中，阻擋層22包括多層。例如，阻擋層22可以是大約1nm的AlN并且在該AlN層上是大約25nm的AlGaN。在Smorchkova等人的題目為″GROUP-IIINITRIDE BASED HIGH ELECTRON MOBILITY TRANSISTOR(HEMT)WITHBARRIER/SPACER LAYER″的美國專利申請序列號No.10/102,272中描述了根據(jù)本發(fā)明的特定實施例的阻擋層的實例，在此并入其公開的全部內(nèi)容作為參考。
阻擋層22可以是III族氮化物并且具有比溝道層20的帶隙大的帶隙。因此，在本發(fā)明的特定實施例中，阻擋層22是AlGaN、AlInGaN和/或AlN或其層的組合。其它材料也可以用于阻擋層22。例如，也可以使用ZnGeN2、ZnSiN2和/或MgGeN2。阻擋層22例如可以是從約1到約100nm厚，但是沒有厚到在其中引起破裂或大量缺陷形成。優(yōu)選地，該阻擋層22不摻雜或利用n型摻雜劑摻雜到小于約1019cm-3的濃度。在本發(fā)明的一些實施例中，阻擋層22是AlxGa1-xN，其中0＜x＜1。在這些實施例中，阻擋層22可以是從約3到約30nm厚。在具體的實施例中，鋁含量約為25％。然而，在本發(fā)明的其它實施例中，阻擋層22包括鋁含量在約5％和約100％之間的AlGaN。在本發(fā)明的特定實施例中，鋁含量大于約10％。在阻擋層22包括AlN層的本發(fā)明的實施例中，該阻擋層22可以是例如從約0.3nm到約4nm。
圖1B示出可選的第一介電層24的形成。該第一介電層24可以是氮化硅層，例如SixNy層。該氮化硅層可以用作器件的鈍化層。可以通過例如等離子體增強化學汽相沉積(PECVD)、低壓化學汽相沉積(LPCVD)和/或濺射來沉積該氮化硅層。可以在與晶體管的其它層相同的反應(yīng)器中沉積該氮化硅層。在本發(fā)明的一些實施例中，也可以利用其它電介質(zhì)，例如氮氧化硅和/或二氧化硅。
圖1C示出在第一介電層24上的掩模30的形成。該掩模30被形成在阻擋層22的隨后將形成柵接觸的區(qū)域上。如圖1C中所示，可以從外延反應(yīng)器(epi reactor)除去圖1C的晶片并且利用掩模材料30圖案化該晶片以暴露期望的凹進區(qū)域。該掩模材料30應(yīng)當能夠承受隨后的處理的生長溫度，包括如下所述的再生長接觸區(qū)26的形成。在本發(fā)明的具體實施例中，該掩模30通過氧化物提供。在本發(fā)明的特定實施例中，利用剝離技術(shù)圖案化該掩模30。替換地，可以利用濕法或干法刻蝕來圖案化該掩模30。在本發(fā)明的特定實施例中，SiOx是掩模材料，盡管也可以使用其它材料例如AlN和SixNy基材料。也可以利用光致抗蝕劑、電子束抗蝕劑材料或有機掩模材料，如果其不被隨后的處理步驟例如沉積溫度等過度地損傷的話。
如圖1D中所示，在形成和圖案化掩模30以便在沒有形成用于歐姆接觸的接觸凹進23的區(qū)域中留下掩模材料之后，穿過第一介電層24、穿過阻擋層22刻蝕所述凹進至溝道層20，并且在一些實施例中至并且進入溝道層20，或在一些實施例中甚至穿過溝道層20。可以通過例如濕法腐蝕、干法刻蝕和/或反應(yīng)離子刻蝕等提供形成接觸凹進23的刻蝕?？蛇x地，可以對該結(jié)構(gòu)退火以去除和/或減小由該刻蝕引起的損傷。此外，可選地，可以刻蝕該器件的外圍以形成臺面結(jié)構(gòu)(未示出)，例如，如果不提供或除了這些結(jié)構(gòu)之外可以提供其它的端接結(jié)構(gòu)，諸如場板、注入或其它端接結(jié)構(gòu)。
如圖1E中所示，在刻蝕接觸凹進23之后，在溝道層20的被暴露的區(qū)域和掩模30之上形成接觸層26’。例如，可以將圖1D中的晶片放回外延反應(yīng)器中用來沉積該接觸層26’。在本發(fā)明的一些實施例中，通過金屬有機化學汽相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)、等離子體增強化學汽相沉積(PECVD)、濺射和/或氫化物汽相外延(HVPE)形成該接觸層26’。在一些實施例中，在降低的沉積溫度下再生長該接觸層26’。特別地，可以利用低溫沉積工藝。正如此處所利用的，“低溫沉積”是指在低于從晶片到該再生長區(qū)域進行顯著質(zhì)量傳遞的溫度的溫度下形成層。例如，可以在從約室溫到約950℃的溫度下形成接觸層26’。在一些實施例中，在低于960℃的溫度下形成接觸層26’。在本發(fā)明的具體實施例中，在非常低的溫度下形成接觸層26’，例如在低于約450℃的溫度下，并且在一些實施例中是在低于約200℃的溫度下。這種非常低的溫度條件可以與例如濺射和/或PECVD生長技術(shù)一起使用。降低的沉積溫度和/或低溫沉積的使用可以降低俘獲和/或可以提供改善的可靠性。
如以下所討論的，可以不均勻地形成該接觸層26’以便在掩模30上的部分是多孔的或不連續(xù)的。在一些實施例中，在掩模30上沒有形成接觸層26’。接觸層26’的這種選擇性形成可以取決于該接觸層26’的組分、掩模30以及該接觸層26’的生長條件。
在本發(fā)明的一些實施例中，該接觸層26’可以是n型簡并半導體材料。在本發(fā)明的特定實施例中，該接觸層26’可以是重摻雜n型InN、InAlN、AlGaN、AlInGaN、GaN和/或InGaN。在本發(fā)明的其它實施例中，該接觸層26’可以是除了GaN或AlGaN之外的n型簡并半導體材料。例如，該接觸層可以是非氮化物III-V族半導體材料、IV族半導體材料和/或II-VI族半導體材料?？赡艿慕佑|層26’材料的實例包括例如ZnO、ZnGeN2和/或ZnSnN2。在本發(fā)明的其它實施例中，該接觸層26’可以是能夠在低溫共形沉積的金屬或金屬合金，例如金屬硅化物，其具有低的功函數(shù)并且不形成肖特基接觸。例如，Al的MOCVD共形沉積，利用DMAlH在至少約200℃的溫度下以接觸2DEG?？梢噪S后刻蝕掉在溝道和柵區(qū)中的金屬。此外，可以在沉積金屬之前沉積鈍化層。
如果溝道層22也是GaN，那么GaN接觸層26’的形成可以減小和/或消除與溝道層22的能帶不連續(xù)性。接觸層26’被形成為足以提供低薄層電阻率的厚度。例如，接觸層26’可以被生長為足以提供比在溝道層20和阻擋層22之間的界面處形成的2DEG的薄層電阻率小的薄層電阻率的厚度。對接觸層26’而言，例如幾十納米的GaN可以是足夠的厚度，然而，較厚的層可以具有較低的電阻并且增加遷移長度(LT)。該接觸層26’可以利用Si、Ge和/或O或其它合適的n型摻雜劑摻雜或可以是按照沉積的自然n型。接觸層26’可以按照形成的來摻雜而不是通過隨后的離子注入。在沒有離子注入的情況下形成摻雜的接觸層26’可以避免需要極高的溫度退火以激活摻雜劑。在本發(fā)明的具體實施例中，接觸層26’具有從約10到約400Ω/□的薄層電阻率。在本發(fā)明的特定實施例中，摻雜該接觸層以提供從約1018到約1021cm-3的載流子濃度。在本發(fā)明的更進一步的實施例中，接觸層26’是從約10nm到約1000nm厚。
對非III族氮化物材料的接觸層26’而言，由于該材料可以被毯式沉積然后在沉積后被圖案化以及被刻蝕，所以可以不需要掩模30。
圖1F示出形成在掩模30上的接觸層26’的部分的去除以及掩模30的去除以暴露第一介電層24，由此提供接觸區(qū)26。例如可以通過在緩沖的HF或其它將除去掩模層30并且留下第一介電層24和接觸區(qū)26的蝕刻劑中刻蝕掩模30來除去該掩模30和接觸層26’的該部分。在本發(fā)明的一些實施例中，形成在掩模30上的接觸層26’的該部分可以被形成為多孔的或不連續(xù)的以便允許通過接觸層26’刻蝕掩模30。以這種方式，可以利用相對于接觸層26’和第一介電層24具有刻蝕選擇性的蝕刻劑刻蝕掩模30。對于較小幾何形狀的器件，例如，可以從各側(cè)刻蝕掩模層30以除去該掩模層和在掩模層30上的接觸層26’的該部分，如果在掩模層上的接觸層26’的該部分不是多孔的或者是連續(xù)的。
圖1G示出在第一介電層24中的柵凹進的形成和在該柵凹進中在阻擋層22的暴露部分之上的柵接觸44的形成。例如，可以利用例如干法刻蝕、濕法腐蝕和/或RIE等通過第一介電層24刻蝕柵凹進?？蛇x地，可以對該結(jié)構(gòu)退火以修補由該柵凹進的刻蝕所引起的損傷中的一些或全部。合適的柵接觸材料包括例如Ni、Pt、Pd或其它這種肖特基接觸材料。也可以提供另外的迭層(overlayer)。在本發(fā)明的一些實施例中，柵接觸44可以被形成在介電層24之上。
如圖1G中進一步所見，歐姆接觸40和42被形成在接觸區(qū)26之上并且可以提供源和漏接觸?？梢栽谛纬蓶虐歼M和/或接觸44之前或之后形成歐姆接觸40和42。在本發(fā)明的一些實施例中，例如在約850℃或更低的溫度下，歐姆接觸40和42被退火。在其它實施例中，不執(zhí)行歐姆接觸的退火。使用降低的退火溫度或不退火可以減少俘獲和/或可以提供改善的可靠性。高摻雜的n型接觸區(qū)的存在可以降低接觸電阻，其可以提供增加的效率和/或射頻功率密度。合適的歐姆接觸材料包括，例如，可以使用Ti/Al/Ni/Au堆疊。相似地，可以使用Ti/Al/X/Au結(jié)構(gòu)，其中X可以是Mo、Pt和/或Ti。
雖然已經(jīng)參考接觸層26’的毯式沉積描述了本發(fā)明的實施例，但是可替換地，在仍受益于本發(fā)明的教導的同時也可以利用接觸區(qū)26的選擇性再生長。此外，該再生長接觸區(qū)26可以僅提供用于歐姆接觸40和42中的一個并且常規(guī)的接觸結(jié)構(gòu)提供用于另一接觸。因此，本發(fā)明的實施例不應(yīng)被解釋為受限于在圖1A-1G中所示出的特定處理步驟。
此外，雖然已經(jīng)描述了處理步驟的特定順序，但是在仍在本發(fā)明的實施例的范圍之內(nèi)的同時可以提供從該順序的偏移。例如，可以在形成歐姆接觸之前或之后或者甚至在形成接觸凹進之前形成柵凹進和柵接觸。因此，本發(fā)明的實施例不應(yīng)被解釋為受限于以上所述的操作的特定順序。
圖2、3A和3B是包括接觸面積擴大結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的實施例的圖，其提供接觸區(qū)26和溝道層20之間的界面的增加的垂直表面面積。圖2示出包括在溝道層20的一部分的側(cè)壁中的接觸面積擴大面積結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的實施例，并且圖3A和3B示出通過填充延伸到接觸層20中的孔來提供該接觸擴大面積結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的實施例。雖然在這里分別描述了每一個接觸面積擴大結(jié)構(gòu)，但是也可以彼此組合或與其它結(jié)構(gòu)組合來提供接觸面積擴大結(jié)構(gòu)，其與平面垂直接觸面積相比增加了溝道層20和接觸區(qū)26之間的垂直接觸面積。這些結(jié)構(gòu)可以提供用于增加n型氮化物基半導體材料接觸區(qū)26和氮化物基溝道層20的垂直部分之間的界面的表面面積的裝置。
圖2、3A和3B示出晶體管的局部部分，其示出單個歐姆接觸區(qū)。正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的，對應(yīng)的部分可以被提供用于與柵接觸相對的第二歐姆接觸區(qū)以便提供源和漏接觸。可替換地，本發(fā)明的實施例可以僅為所述歐姆接觸中的一個提供接觸面積擴大結(jié)構(gòu)。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的另外的實施例的HEMT的一部分的頂視圖。如圖2中所見，可以通過提供溝道層20和/或阻擋層22的增加的表面面積側(cè)壁200來增加接觸區(qū)26與溝道層20和/或阻擋層22之間的界面的表面面積。該增加的表面面積側(cè)壁200相對于直的側(cè)壁具有增加的表面面積。增加接觸區(qū)26與溝道層20之間的界面的表面面積可以降低接觸區(qū)26與溝道層20之間的電阻。
可以在上述的接觸凹進刻蝕期間通過將溝道層20圖案化來提供圖案化的側(cè)壁200。例如，可以執(zhí)行通過第一介電層24和阻擋層22的第一刻蝕并且可以接著利用在溝道層20的暴露的部分上的掩模執(zhí)行進入溝道層22的第二刻蝕以提供側(cè)壁的圖案?？商鎿Q地，如果掩模30具有與想要得到的溝道層20的側(cè)壁圖案相對應(yīng)的圖案，那么可以執(zhí)行單次刻蝕。
該側(cè)壁可以具有規(guī)則的或不規(guī)則的重復或不重復的形狀。在圖2中示出的鋸齒形狀被提供作為可以使用的形狀的實例。然而，也可以使用其它形狀，例如可以使用凹口形狀、一系列曲線等。因此，本發(fā)明的一些實施例不應(yīng)局限于用于該增加的表面面積側(cè)壁200的具體形狀。
在圖2中歐姆接觸金屬42’也被示出在接觸區(qū)26上。該接觸金屬42’被示為在接觸區(qū)26的外圍前停止。然而，該接觸金屬42’可以比圖示的更遠地延伸并且可以例如延伸到溝道層22之上。
圖3A是本發(fā)明的另外的實施例的頂視圖并且圖3B是沿圖3A的線I-I’的截面。如在圖3中所見的，可以通過提供延伸到溝道層20中的孔300增加再生長接觸區(qū)26與溝道層20之間的界面的表面面積。這些孔300在其中具有如在接觸區(qū)26中所提供的n型材料。歐姆接觸42”延伸以覆蓋這些孔300以便在這些孔300中的n型材料電連接到接觸區(qū)26。
可以在上述的接觸凹進刻蝕期間通過將溝道層20圖案化來提供被填充的孔300，以便提供在形成接觸層26’時出現(xiàn)的孔。例如，可以執(zhí)行通過第一介電層24和阻擋層22的第一刻蝕并且接著可以利用在溝道層20的暴露部分上的掩模執(zhí)行進入溝道層22的第二刻蝕以提供這些孔。
可替換地，如果掩模30具有與想要得到的溝道層20的孔相對應(yīng)的圖案，那么可以執(zhí)行單次刻蝕。在這種情況下，這些孔將延伸通過阻擋層22并且到達或進入溝道層20。該接觸金屬然后將延伸到阻擋層22上以接觸在孔300中的材料，如圖3B中所示。
這些孔300可以具有規(guī)則的或不規(guī)則的重復或不重復的圖案。此外，這些孔300也可以具有圓形或其它形狀的外圍。在圖3A中示出的孔的圖案和孔的形狀被提供作為可以使用的圖案和形狀的實例。然而，也可以使用其它圖案和/或形狀。因此，本發(fā)明的一些實施例不應(yīng)局限于用于這些孔300的具體圖案和/或形狀。
圖4A-4C示出本發(fā)明的另外的實施例的制作，其中提供延伸到阻擋層上的接觸區(qū)。在圖4A-4C中示出的本發(fā)明的實施例的制作可以與圖1A-1F中示出的相同，除了第一介電層24被調(diào)整大小為較小尺寸的第一介電層424以便例如通過利用各向同性刻蝕來鉆蝕掩模30到第一介電層24中來暴露阻擋層22的一部分?？商鎿Q地，可以剝離掩模30并且施加另一掩模以及可以利用該第二掩?？涛g第一介電層24。雖然在圖4A中的第一介電層424在此被描述作為介電材料，但是可以利用其它可除去的材料，其可以承受用于沉積接觸區(qū)的條件。
如在圖4A中所見的，如以上所討論的再生長接觸區(qū)426并且除去掩模30。如在圖4B中所見的，第一介電層424被除去并且第二介電層430被共形地沉積在接觸層426和阻擋層22上。一般將各向同性地沉積第二介電層430。在該第二介電層430中的窗口可以被設(shè)置在接觸層426上并且用于源和漏接觸440和442的歐姆接觸可以被形成在接觸層426上。也可以在沉積第二介電層430之前形成歐姆接觸。
如在圖4C中所見的，各向異性地刻蝕第二介電層430以暴露阻擋層22并且提供側(cè)壁空間430’和柵接觸凹進。柵金屬可以被沉積并且例如利用剝離技術(shù)被圖案化，以提供柵接觸444。該柵接觸444的長度可以大約為第一介電層424的寬度，小于第二介電層430的厚度的兩倍。在本發(fā)明的具體實施例中，第一介電層424可以具有約0.5到約1μm的寬度并且第二介電層430可以具有從約0.1到約0.5μm的厚度。
雖然已經(jīng)利用用于源和漏接觸的再生長接觸區(qū)說明了本發(fā)明的實施例，但是這些再生長區(qū)域可以被提供僅用于源極或漏極中的一個。此外，雖然柵接觸已經(jīng)被示為基本上中心在源極和漏極之間，但是在本發(fā)明的特定實施例中，該柵接觸可以例如向源接觸偏移。
此外，雖然已經(jīng)參考制作步驟的具體順序描述了本發(fā)明的實施例，但是在仍落入本發(fā)明的范圍內(nèi)的同時可以利用步驟的不同順序。因此，本發(fā)明的實施例不應(yīng)被解釋為局限于在此所述的步驟的具體順序。
在附圖和說明書中，已經(jīng)公開了本發(fā)明的典型實施例，并且，盡管采用了特定的術(shù)語，但是它們只是一般和描述意義上的使用并且不是用于限制的目的，本發(fā)明的范圍在下面的權(quán)利要求中被闡明。
權(quán)利要求
1.一種制作晶體管的方法，包括在襯底上形成氮化物基溝道層；在該氮化物基溝道層上形成阻擋層；在該阻擋層中形成接觸凹進以暴露該氮化物基溝道層的接觸區(qū)；利用低溫沉積工藝在該氮化物基溝道層的該暴露的接觸區(qū)上形成接觸層；在該接觸層上形成歐姆接觸；以及形成設(shè)置在阻擋層上與該歐姆接觸相鄰的柵接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該低溫工藝使用低于960℃的溫度。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該低溫工藝使用低于約450℃的溫度。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該低溫工藝使用低于約200℃的溫度。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該接觸層包括除了GaN和AlGaN之外的n型簡并半導體材料。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中該接觸層包括非氮化物III-V族半導體材料、IV族半導體材料和/或II-VI族半導體材料。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中利用低溫沉積工藝在該氮化物基溝道層的該暴露的接觸區(qū)上形成接觸層包括通過金屬有機化學汽相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)、等離子體增強化學汽相沉積(PECVD)、濺射和/或氫化物汽相外延(HVPE)形成氮化物基接觸層。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該低溫沉積工藝是除了從在其上形成晶體管的晶片的質(zhì)量傳遞以外的工藝。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括在該阻擋層上形成第一介電層；在該第一介電層中形成柵凹進；其中形成柵接觸包括在該接觸凹進中形成柵接觸；以及其中形成接觸凹進包括在該第一介電層和該阻擋層中形成歐姆接觸凹進，其暴露該氮化物基溝道層的一部分。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中該第一介電層包括氮化硅層。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中該氮化硅層為晶體管提供鈍化層。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括在該阻擋層上形成第一介電層；其中形成柵接觸包括在該第一介電層上形成柵接觸；以及其中形成接觸凹進包括在該第一介電層和該阻擋層中形成歐姆接觸凹進，其暴露該氮化物基溝道層的一部分。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該接觸凹進延伸到該溝道層中。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中形成歐姆接觸包括在不對歐姆接觸退火的情況下形成該歐姆接觸。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中形成歐姆接觸包括圖案化該接觸層上的金屬層；以及在約850℃或更低的溫度退火該圖案化的金屬層。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在該氮化物基溝道層的該暴露的接觸區(qū)上形成接觸層包括在該氮化物基溝道層的該暴露的接觸區(qū)上形成接觸層至足以提供比在溝道層和阻擋層之間的界面處形成的二維電子氣區(qū)域的薄層電阻率小的薄層電阻率的厚度。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其中形成接觸層包括形成n型InGaN、GaN、AlGaN、InAlGaN、InAlN和/或InN層。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中在形成期間利用Si、Ge和/或O對該InGaN、GaN、AlGaN、InAlGaN、InAlN和/或InN層摻雜。
19.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括形成該溝道層的側(cè)壁以在該溝道層和該n型接觸層之間提供與平面界面相比增加表面面積的界面。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中在該n型接觸層上形成歐姆接觸包括在延伸到溝道層的一部分之上的該n型接觸層上形成歐姆接觸。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其中在該n型接觸層上形成歐姆接觸包括在在該溝道層的側(cè)壁之前終止的該n型接觸層上形成歐姆接觸。
22.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括在該溝道層中形成與所述接觸區(qū)相鄰的孔；在這些孔中放置n型氮化物基半導體材料；以及其中在該n型接觸層上形成歐姆接觸包括在該n型接觸層上以及在這些孔中的該n型氮化物基半導體材料上形成歐姆接觸。
23.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該接觸凹進包括第一接觸凹進，該接觸區(qū)包括第一接觸區(qū)以及該歐姆接觸包括第一歐姆接觸，該方法進一步包括在該阻擋層中形成第二接觸凹進以暴露該氮化物基溝道層的第二接觸區(qū)；利用低溫沉積工藝在該氮化物基溝道層的該暴露的第二接觸區(qū)上形成接觸層；在該接觸層上形成第二歐姆接觸；以及其中形成柵接觸包括形成在該第一和第二歐姆接觸之間設(shè)置在該阻擋層上的柵接觸。
24.如權(quán)利要求1所述的方法，其中形成接觸凹進進一步包括形成暴露該阻擋層的一部分的接觸凹進并且其中形成接觸層包括形成延伸到該阻擋層的該暴露部分之上的接觸層。
25.一種制作晶體管的方法，包括在襯底上形成氮化物基溝道層；在該氮化物基溝道層上形成阻擋層；在該阻擋層上形成掩蔽層；圖案化該掩蔽層和該阻擋層以提供暴露該氮化物基溝道層的一部分的接觸開口；在該氮化物基溝道層的該暴露部分和該掩蔽層上形成接觸層；選擇性地除去該掩蔽層和在該掩蔽層上的該接觸層的一部分以提供氮化物基接觸區(qū)；在該氮化物基接觸區(qū)上形成歐姆接觸；以及形成設(shè)置在阻擋層上與該歐姆接觸相鄰的柵接觸。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，進一步包括在該阻擋層上形成第一介電層；在該第一介電層中形成凹進；其中形成柵接觸包括在該凹進中形成柵接觸；其中在該阻擋層上形成掩蔽層包括在該第一介電層上形成掩蔽層；以及其中圖案化該掩蔽層和該阻擋層以提供暴露該氮化物基溝道層的一部分的接觸開口包括圖案化該掩蔽層、該第一介電層和該阻擋層以提供暴露該氮化物基溝道層的一部分的接觸開口。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，其中該第一介電層包括氮化硅層。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中該氮化硅層為晶體管提供鈍化層。
29.如權(quán)利要求25所述的方法，其中該掩蔽層包括介電層。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中該介電層包括氧化硅層。
31.如權(quán)利要求25所述的方法，其中該掩蔽層包括光致抗蝕劑和/或電子束抗蝕劑掩蔽層。
32.如權(quán)利要求25所述的方法，其中形成歐姆接觸包括在不對歐姆接觸退火的情況下形成該歐姆接觸。
33.如權(quán)利要求25所述的方法，其中形成歐姆接觸包括圖案化該氮化物基接觸區(qū)上的金屬層；以及在低于約850℃的溫度將該圖案化的金屬層退火。
34.如權(quán)利要求25所述的方法，其中在該氮化物基溝道層的該暴露部分和該氧化物層上形成接觸層包括通過金屬有機化學汽相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)、等離子體增強化學汽相沉積(PECVD)、濺射和/或氫化物汽相外延(HVPE)形成氮化物基接觸層。
35.如權(quán)利要求25所述的方法，其中在該氮化物基溝道層的該暴露部分和該掩蔽層上形成接觸層包括在該氮化物基溝道層的該暴露部分和該掩蔽層上形成接觸層至足以提供比在該溝道層和該阻擋層之間的界面處形成的二維電子氣區(qū)域的薄層電阻率小的薄層電阻率的厚度。
36.如權(quán)利要求18所述的方法，其中形成接觸層包括形成n型的InGaN、GaN、AlGaN、InAlGaN、InAlN和/或InN層。
37.如權(quán)利要求29所述的方法，其中在形成期間利用Si、Ge和/或0對該InGaN、GaN、AlGaN、InAlGaN、InAlN和/或InN層摻雜。
38.如權(quán)利要求25所述的方法，其中該接觸層包括除GaN和AlGaN之外的n型簡并半導體材料。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，其中該接觸層包括非氮化物III-V族半導體材料、IV族半導體材料和/或II-VI族半導體材料。
40.如權(quán)利要求25所述的方法，進一步包括形成該溝道層的側(cè)壁以在該溝道層和該接觸層之間提供與平面界面相比增加表面面積的界面。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其中形成歐姆接觸包括在延伸到該溝道層的一部分之上的該氮化物基接觸區(qū)上形成歐姆接觸。
42.如權(quán)利要求40所述的方法，其中形成歐姆接觸包括在在該溝道層的側(cè)壁之前終止的該氮化物基接觸區(qū)上形成歐姆接觸。
43.如權(quán)利要求25所述的方法，進一步包括在該溝道層中形成與所述接觸區(qū)相鄰的孔；其中形成接觸層進一步包括在這些孔中放置氮化物基半導體材料；以及其中在該氮化物基接觸區(qū)上形成歐姆接觸包括在該氮化物基接觸區(qū)上以及在這些孔中的該氮化物基半導體材料上形成歐姆接觸。
44.如權(quán)利要求25所述的方法，其中該接觸開口包括第一接觸開口，該氮化物基接觸區(qū)包括第一氮化物基接觸區(qū)以及該歐姆接觸包括第一歐姆接觸，該方法進一步包括圖案化該掩蔽層和該阻擋層以提供暴露該氮化物基溝道層的一部分的第二接觸開口；在被第二接觸開口暴露的該氮化物基溝道層的該部分之上形成接觸層；其中選擇性地除去該掩蔽層包括選擇性地除去該掩蔽層以及在該掩蔽層上的接觸層的一部分以提供該第一氮化物基接觸區(qū)和第二氮化物基接觸區(qū)；在該第二氮化物基接觸區(qū)上形成第二歐姆接觸；以及其中形成柵接觸包括形成在該第一和第二歐姆接觸之間設(shè)置在該阻擋層上的柵接觸。
45.如權(quán)利要求25所述的方法，其中該接觸凹進暴露該阻擋層的一部分并且其中形成接觸層包括形成延伸到該阻擋層的該暴露部分之上的接觸層。
46.一種高電子遷移率晶體管，包括在襯底上的氮化物基溝道層；在該氮化物基溝道層上的阻擋層；在該阻擋層中延伸到該溝道層中的至少一個接觸凹進；在該接觸凹進中該氮化物基溝道層上的接觸區(qū)；設(shè)置在該阻擋層上的柵接觸；以及其中該接觸區(qū)和該氮化物基溝道層包括表面面積擴大結(jié)構(gòu)。
47.如權(quán)利要求46所述的晶體管，其中該表面面積擴大結(jié)構(gòu)包括延伸到該溝道層中的該接觸凹進的部分的圖案化的側(cè)壁。
48.如權(quán)利要求46所述的晶體管，進一步包括在該接觸區(qū)上的歐姆接觸。
49.如權(quán)利要求48所述的晶體管，其中在所述側(cè)壁的區(qū)域中該歐姆接觸沒有延伸到該溝道層上。
50.如權(quán)利要求48所述的晶體管，其中在所述側(cè)壁的區(qū)域中該歐姆接觸延伸到該溝道層上。
51.如權(quán)利要求48所述的晶體管，其中該表面面積擴大結(jié)構(gòu)包括延伸到該溝道層中、在其中具有n型半導體材料的孔，并且其中該歐姆接觸與這些孔中的該n型氮化物基半導體材料接觸。
52.如權(quán)利要求46所述的晶體管，其中該接觸區(qū)包括InGaN、InAlGaN、InAlN和/或InN層。
53.如權(quán)利要求46所述的晶體管，其中該接觸區(qū)包括AlGaN。
54.如權(quán)利要求46所述的晶體管，其中該接觸區(qū)包括GaN。
54.如權(quán)利要求4 6所述的晶體管，其中該接觸區(qū)包括利用Si、Ge和/或O摻雜的InGaN、InAlGaN、InAlN、AlGaN、GaN和/或InN。
55.如權(quán)利要求46所述的晶體管，進一步包括在該阻擋層上的氮化硅層，并且其中該柵接觸被設(shè)置在該氮化硅層中的凹進中。
56.如權(quán)利要求48所述的晶體管，其中該歐姆接觸包括第一歐姆接觸，該晶體管進一步包括與該柵接觸相鄰并且與該第一歐姆接觸相對的第二歐姆接觸。
57.如權(quán)利要求46所述的晶體管，其中該接觸區(qū)包括除了GaN和AlGaN之外的n型簡并半導體材料。
58.如權(quán)利要求57所述的晶體管，其中該接觸區(qū)包括非氮化物III-V族半導體材料、IV族半導體材料和/或II-VI族半導體材料。
59.如權(quán)利要求46所述的晶體管，其中該接觸區(qū)包括金屬和/或金屬合金并且提供歐姆接觸。
60.如權(quán)利要求46所述的晶體管，其中該接觸區(qū)延伸到該阻擋層上。
61.如權(quán)利要求46所述的晶體管，進一步包括在該阻擋層上的介電層，并且其中該柵接觸在該介電層上。
62.一種高電子遷移率晶體管，包括在襯底上的氮化物基溝道層；在該氮化物基溝道層上的阻擋層；在該阻擋層中延伸到該溝道層中的接觸凹進；在該接觸凹進中該氮化物基溝道層上的接觸區(qū)；設(shè)置在該阻擋層上的柵接觸；以及用于與平面界面相比增加該接觸區(qū)和該氮化物基溝道層的垂直部分之間的界面的表面面積的裝置。
63.一種制作高電子遷移率晶體管的方法，包括在襯底上形成氮化物基溝道層；在該氮化物基溝道層上形成阻擋層；在該阻擋層中形成延伸到該溝道層中的至少一個接觸凹進；在該接觸凹進中該氮化物基溝道層上形成接觸區(qū)；形成設(shè)置在該阻擋層上的柵接觸；以及其中形成該接觸區(qū)和形成該氮化物基溝道層包括形成該接觸區(qū)和形成該氮化物基溝道層以包括表面面積擴大結(jié)構(gòu)。
64.如權(quán)利要求63所述的方法，其中形成該接觸區(qū)和形成該氮化物基溝道層包括形成該接觸區(qū)和形成該氮化物基溝道層以包括表面面積擴大結(jié)構(gòu)包括圖案化延伸到該溝道層中的該接觸凹進的部分的側(cè)壁。
65.如權(quán)利要求64所述的方法，進一步包括在該氮化物基接觸區(qū)上形成歐姆接觸。
66.如權(quán)利要求65所述的方法，其中形成歐姆接觸包括形成在所述側(cè)壁的區(qū)域中沒有延伸到該溝道層上的歐姆接觸。
67.如權(quán)利要求65所述的方法，其中形成歐姆接觸包括形成在所述側(cè)壁的區(qū)域中延伸到該溝道層上的歐姆接觸。
68.如權(quán)利要求63所述的方法，其中形成該接觸區(qū)和形成該氮化物基溝道層包括形成該接觸區(qū)和形成該氮化物基溝道層以包括表面面積擴大結(jié)構(gòu)包括形成延伸到該溝道層中的孔；在這些孔中放置n型半導體材料；以及形成與這些孔中的該n型半導體材料接觸的歐姆接觸。
69.如權(quán)利要求63所述的方法，其中該接角區(qū)包括InGaN、InAlGaN、InalN和/或InN層。
70.如權(quán)利要求63所述的方法，其中該接觸區(qū)包括AlGaN。
71.如權(quán)利要求63所述的方法，其中該接觸區(qū)包括GaN。
72.如權(quán)利要求6 3所述的方法，其中該接觸區(qū)包括利用Si、Ge和/或0摻雜的InGaN、InAlGaN、InAlN、AlGaN、GaN和/或InN。
73.如權(quán)利要求63所述的方法，進一步包括在該阻擋層上形成氮化硅層，并且其中該柵接觸被設(shè)置在該氮化硅層中的凹進中。
74.如權(quán)利要求63所述的方法，其中形成接觸區(qū)包括通過金屬有機化學汽相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)、等離子體增強化學汽相沉積(PECVD)、濺射和/或氫化物汽相外延(HVPE)形成氮化物基半導體材料接觸區(qū)。
75.如權(quán)利要求74所述的方法，形成接觸區(qū)包括利用低溫沉積工藝形成n型半導體材料接觸區(qū)。
76.如權(quán)利要求63所述的方法，進一步包括在該接觸區(qū)上形成第一歐姆接觸；以及形成與該柵接觸相鄰并且與該第一歐姆接觸相對的第二歐姆接觸。
77.如權(quán)利要求63所述的方法，其中該接觸區(qū)包括除了GaN和AlGaN之外的n型簡并半導體材料。
78.如權(quán)利要求77所述的方法，其中該接觸區(qū)包括非氮化物III-V族半導體材料、IV族半導體材料和/或II-VI族半導體材料。
79.如權(quán)利要求63所述的方法，其中該接觸區(qū)包括金屬和/或金屬合金以提供歐姆接觸。
80.如權(quán)利要求63所述的方法，其中該接觸區(qū)延伸到該阻擋層上。
81.一種高電子遷移率晶體管，包括在襯底上的氮化物基溝道層；在該氮化物基溝道層上的阻擋層；在該阻擋層中延伸到該溝道層中的至少一個接觸凹進；在該接觸凹進中該氮化物基溝道層上用以提供歐姆接觸的金屬和/或金屬合金的區(qū)域；以及設(shè)置在該阻擋層上的柵接觸。
82.如權(quán)利要求81所述的晶體管，其中該金屬的區(qū)域延伸到該阻擋層上。
83.一種高電子遷移率晶體管，包括在襯底上的氮化物基溝道層；在該氮化物基溝道層上的阻擋層；在該阻擋層中延伸到該溝道層中的至少一個接觸凹進；在該接觸凹進中該氮化物基溝道層上的除了GaN或AlGaN之外的n型簡并半導體材料的區(qū)域；在該n型簡并半導體材料的區(qū)域上的歐姆接觸；以及設(shè)置在該阻擋層上的柵接觸。
84.如權(quán)利要求83所述的晶體管，其中該n型簡并半導體材料的區(qū)域延伸到該阻擋層上。
全文摘要
晶體管制作包括在襯底上形成氮化物基溝道層、在該氮化物基溝道層上形成阻擋層、在該阻擋層中形成接觸凹進以暴露該氮化物基溝道層的接觸區(qū)、例如利用低溫沉積工藝在該氮化物基溝道層的該暴露的接觸區(qū)上形成接觸層、在該接觸層上形成歐姆接觸并且形成設(shè)置在阻擋層上與該歐姆接觸相鄰的柵接觸。也提供了高電子遷移率晶體管(HEMT)和制作HEMT的方法。該HEMT包括在襯底上的氮化物基溝道層、在該氮化物基溝道層上的阻擋層、在該阻擋層中延伸到該溝道層中的接觸凹進、在該接觸凹進中該氮化物基溝道層上的n型氮化物基半導體材料接觸區(qū)、在該氮化物基接觸區(qū)上的歐姆接觸和設(shè)置在阻擋層上與該歐姆接觸相鄰的柵接觸。該n型氮化物基半導體材料接觸區(qū)和該氮化物基溝道層包括表面面積擴大結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01L21/335GK1998085SQ200580024502
公開日2007年7月11日 申請日期2005年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月20日
發(fā)明者A·W·薩克斯勒, R·P·史密斯 申請人:克里公司