氮化物基ＨＥＭＴ的高温离子注入制造技术

公开了一种用于形成高电子迁移率晶体管的方法。该方法包括下面的步骤：利用当被注入时在ＩＩＩ族氮化物层和接点金属之间产生改善的欧姆接触的离子，在限定位置处对所述ＩＩＩ族氮化物层进行注入；在如下温度下进行注入：该温度高于室温，并足够热以降低对所述ＩＩＩ族氮化物层产生的损伤量，但是低于将发生引起栅极处的泄漏或外延层解离的表面问题的温度。向所述ＩＩＩ族氮化物层上进行注入的所述限定位置添加从由钛、铝、镍及其合金构成的组中选择出的欧姆接点。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体器件，尤其涉及III族氮化物基高电子迁移率晶体管(HEMT)。
技术介绍
HEMT是可用于包括微波和毫米波通信、雷达、射电天文学、移动电话、直接广播卫 星接收器和电子对抗系统的各种应用的半导体器件。 传统半导体通常需要掺杂有n型杂质的导电层以生成自由电子；然而，该层内的 电子趋于与这些杂质碰撞，这使得该层内的电子的速度降低。HEMT是利用具有不同带隙的 两种材料之间的异质结形成导电沟道而不是掺杂区域的场效应晶体管。HEMT通常不需要杂 质来形成导电层，因此允许更高的电子迁移率。 通常由硅(Si)和砷化镓(GaAs)等半导体材料制备HEMT。 Si具有低电子迁移率， 这生成高源阻抗；因此，Si半导体材料可能不太适用于高功率、高频率和高温度应用。 雷达、蜂窝和卫星通信中的信号放大装置常常使用GaAs基HEMT。与Si相比，GaAs 半导体材料具有较高的电子迁移率和较低的源阻抗，这允许GaAs半导体材料以较高频率 工作。然而，GaAs具有相对小的带隙，这限制了 GaAs HEMT在高频率应用时在高功率下的 使用。 氮化镓(GaN)半导体材料及由氮化铝和氮化镓组成的合金(AlGaN)所制成的半导 体材料的制造工艺的改进，使得逐渐重视AlGaN/GaN HEMT在高频率、高功率和高温度应用 中的使用。AlGaN和GaN具有大的带隙，这使得对于这些类型的应用，它们优于Si和GaAs。 在特定情况下，使用涂层在GaN上的AlGaN以及这两种材料的晶体结构的失配和 它们不同的带隙能量导致形成二维电子气(2DEG)。 2DEG层积累在较小带隙材料中，并且包 含非常高的电子浓度。较宽带隙材料中产生的电子转移至2DEG，这允许更高的电子迁移率。 与金属半导体场效应晶体管(MESFET)相比，对于高频应用，高电子浓度和高电子 迁移率的组合使得AlGaN/GaN HEMT具有更好的性能。 制备AlGaN/GaN HEMT的一种方法包括在衬底(通常为碳化硅(SiC))上形成GaN层，在GaN层上形成薄的AlGaN层，并且在AlGaN层上设置欧姆接点和栅极接点。 通常，钛(Ti)、铝(Al)、镍(Ni)和金(Au)的合金形成欧姆接点。为了发挥电接点的作用，该合金必须对于2DEG层而不是其上布置该合金的AlGaN层呈欧姆性。向该合金添加金，能够使得该接点对于2DEG呈欧姆性；然而，金也给予该合金不良形态。 本
内众所周知的、用于在AlGaN/GaN HEMT上形成低阻抗的欧姆接点的另一方法是在欧姆接点区域处采用离子注入。这类方式的注入允许使用Ti/Ni/Al接点，因此消除了由于使用金所产生的不良形态。 然而，由于为了在注入区域内获得充分的激活率必须使用高剂量的注入离子，该4注入处理产生另一问题。高剂量的注入离子产生大量晶体损伤。可以通过对器件进行退火 来修正该损伤；然而，SiC和AlGaN难以通过退火再结晶。为了使SiC和AlGaN适当地再结 晶，可以使用较长的退火时间。然而，较长的退火时间对器件的其它特征造成损伤。 因此，需要一种注入处理，该注入处理使用高剂量的离子，并且对注入晶体产生的 损伤较小，因此需要的退火较短。
技术实现思路
在一个方面，本专利技术提供一种用于形成高电子迁移率晶体管的方法。该方法包括 利用当被注入时在III族氮化物层和接点金属之间产生改善的欧姆接触的离子，在限定位 置处对所述III族氮化物层进行注入。 在如下温度下进行注入该温度高于室温，并足够热以降低对所述III族氮化物 层产生的损伤量，但是低于将发生引起栅极处的泄漏或外延层解离的表面问题的温度。向 所述III族氮化物层上进行注入的所述限定位置添加欧姆接点。在另一方面，该方法包括在如下温度下利用如下离子束电流进行注入该温度高于室温，并足够热以降低对所述III族氮化物层产生的损伤量，但是低于将发生引起栅极处的泄漏或外延层解离的表面问题的温度，并且该离子束电流足够高以成功将离子注入所述III族氮化物层内，但是低于将熔化或破坏所述III族氮化物层的电流。 在又一方面，本专利技术提供一种晶体管前驱体，该晶体管前驱体包括从由碳化硅和蓝宝石构成的组中选择出的生长衬底；所述生长衬底上的氮化镓层；所述氮化镓层上的氮化铝镓层，用于当在HEMT方向上施加电流时，在所述氮化镓层和所述氮化铝镓层之间的界面处生成二维电子气；以及所述氮化镓层和所述氮化铝镓层中的限定注入区域，用于在向所述限定注入区域添加欧姆金属时，改善所述氮化镓层和所述氮化铝镓层的欧姆特性，其中，所述晶体管前驱体的所述限定注入区域具有约25(TC和90(TC之间的温度。 基于以下结合附图所进行的详细说明，本专利技术的前述及其它目的和优点以及实现前述及其它目的和优点的方式将更加清楚。附图说明 图1是根据本专利技术实施例的AlGaN/GaN HEMT的示意性横断面图； 图2 4是在不同条件下注入硅离子的三个氮化镓晶片的图；以及 图5示出在不同条件下注入硅离子的晶片的可见范围中的透射光谱。具体实施例方式图1示出根据本专利技术实施例构造的AlGaN/GaN基HEMT 10的示意性横断面图。 HEMT包括由本
内通常众所周知的材料(例如，碳化硅(SiC)或蓝宝石(A1203))所 形成的衬底11。在衬底11上设置GaN层12。 HEMT 10包括设置在GaN层12上部的AlGaN 层13。 优选地，SiC形成衬底11。与蓝宝石相比，SiC的晶格结构与III族氮化物更接近 一致，结果形成更高质量的III族氮化物膜。此外，SiC具有非常高的导热性，这允许器件 具有更高的总输出功率。5 与GaN层12相比，AlGaN层13具有较宽的带隙，这导致自由电荷从AlGaN层13 转移至GaN层12。电荷积累在AlGaN层13和GaN层12之间的界面处，从而形成二维电子 气(2DEG)(未示出)。2DEG具有非常高的电子迁移率，结果导致HEMT 10在高频率处具有 非常高的跨导。施加于栅极14的电压控制栅极14下2DEG中的电子流，这允许控制总电子 流。优选地，栅极14是肖特基栅极。 优选由钛(Ti)、铝(Al)和镍(Ni)的合金形成设置在AlGaN层13上的源极接点15和漏极接点16。由Ti、Al、Ni和金(Au)形成欧姆接点15和16所使用的传统合金。添加Au使得该合金形态差，因而本专利技术的接点15和16优选不包括Au。欧姆接点的其它候选合成物包括钛_钨_氮化物(Ti-W-N)、钛-氮化物(Ti-N)、钼(Mo)和硅化钼。 n型掺杂剂的使用高离子束电流的高温离子注入生成注入区域20和21。优选地，掺杂离子为Si+。这些注入区域20和21使得接点15和16对于2DEG呈欧姆性。 应该理解，这里所使用的高温包括低于将发生引起栅极14处的泄漏或者外延层解离的表面问题的温度、但高于室温的温度。优选地，发生注入的温度约在25(TC和900°C之间。 应该理解，这里所使用的高离子束电流包括低于将熔化或破坏晶体的束电流、但 足够高以成功在AlGaN层13和GaN层12内注入离子的束电流。优选地，束电流在30 y A 和130ii A之间。 在一个实施例中，本专利技术是这样的AlGaN/GaN 40 ii A的离子束电流对注本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成高电子迁移率晶体管的方法，包括以下步骤：利用当被注入时在Ⅲ族氮化物层和接点金属之间产生改善的欧姆接触的离子，在限定位置处对所述Ⅲ族氮化物层进行注入；在如下温度下进行注入：该温度高于室温，并足够热以降低对所述Ⅲ族氮化物层产生的损伤量，但是低于将发生引起栅极处的泄漏或外延层解离的表面问题的温度；以及向所述Ⅲ族氮化物层上进行注入的所述限定位置添加欧姆接点。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-8-29 11/846,605一种用于形成高电子迁移率晶体管的方法，包括以下步骤利用当被注入时在III族氮化物层和接点金属之间产生改善的欧姆接触的离子，在限定位置处对所述III族氮化物层进行注入；在如下温度下进行注入该温度高于室温，并足够热以降低对所述III族氮化物层产生的损伤量，但是低于将发生引起栅极处的泄漏或外延层解离的表面问题的温度；以及向所述III族氮化物层上进行注入的所述限定位置添加欧姆接点。2. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，包括添加从由钛，铝，镍，钛、铝和镍的合 金，钛_鸨_氮化物，钛_氮化物，钼以及硅化钼构成的组中选择出的欧姆接点。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括在约25(TC和90(TC之间的温度下对所述III族氮化物层进行离子注入。4. 根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，包括利用约30yA和 130 ii A之间的离子束电流对所述III族氮化物层进行注入。5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括通过置于所述III族氮化物层之上的保护层，对所述III族氮化物层进行离子注入，以降低对AlGaN层的损伤量。6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括在进行注入的步骤之前在所述III 族氮化物层上设置掩模层，以防止在除所述限定位置以外的位置处进行注入。7. —种用于形成高电子迁移率晶体管的方法，包括以下步骤在III族氮化物层上设置保护层，其中，所述保护层用于降低对所述III族氮化物层的损伤量；利用当被注入时在所述III族氮化物层和接点金属之间产生改善的欧姆接触的离子，在限定位置处通过所述保护层对所述III族氮化物层进行注入；利用如下离子束电流进行注入该离...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚利山大苏沃洛夫，斯科特T夏普德，
申请(专利权)人：科里公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]