一種氮化鎵異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子元器件領(lǐng)域，尤其涉及一種氮化鎵異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]第三代寬禁帶半導(dǎo)體氮化鎵(GaN)材料的優(yōu)點突出，如禁帶寬度大、擊穿電場高、熱導(dǎo)率高、電子迀移率高、介電常數(shù)小、本征電子低、耐高溫以及抗輻射能力強，因而可廣泛應(yīng)用于汽車電子、航空航天、通訊、電力等領(lǐng)域。通常氮化鎵器件是基于鋁鎵氮/氮化鎵異質(zhì)結(jié)形成的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管，被作為關(guān)鍵的電力電子元器件，應(yīng)用在電力電子轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中。
[0003]但是，目前異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管普遍存在閾值電壓不穩(wěn)定且無法得到有效控制的問題，同時該晶體管器件的寄生電阻偏高導(dǎo)致易消耗功率。
[0004]因此，亟需開發(fā)一種新型的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管以有效控制閾值電壓并降低器件的寄生電阻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明實施例的目的在于提供一種氮化鎵異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管及其形成方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中無法有效控制閾值電壓的問題以及寄生電阻偏高的問題。
[0006]本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的，一種氮化鎵異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的形成方法，包括:
[0007]形成襯底；
[0008]在所述襯底之上形成介質(zhì)層；
[0009]在所述介質(zhì)層上形成柵極；以及
[0010]在所述柵極的外側(cè)包裹著應(yīng)力襯墊薄膜。
[0011]優(yōu)選的，所述介質(zhì)層的材料包括氮化鎵，所述應(yīng)力襯墊薄膜的材料包括氮化硅、氧化物、類金剛石材料中的一種或者多種。
[0012]優(yōu)選的，所述在所述介質(zhì)層上形成柵極的步驟之后，所述形成方法還包括:
[0013]在柵極溝道引入壓縮力；
[0014]在柵極與源極或者漏極之間的區(qū)域引入拉力。
[0015]優(yōu)選的，所述壓縮力的大小為400_600MPa，所述拉力的大小為200_300MPa。
[0016]優(yōu)選的，所述在所述柵極的外側(cè)包裹著應(yīng)力襯墊薄膜的步驟具體包括:
[0017]利用原子層氣相沉積法、磁控濺射法、等離子體增強化學(xué)氣相沉積法或者過濾陰極真空電弧法，在所述柵極的外側(cè)表面沉積一層應(yīng)力襯墊薄膜。
[0018]另一方面，本發(fā)明還提供一種氮化鎵異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管，包括:
[0019]襯底；
[0020]介質(zhì)層，設(shè)置在所述襯底之上；
[0021]柵極，設(shè)置在所述介質(zhì)層上；以及
[0022]應(yīng)力襯墊薄膜層，包裹在所述柵極的外側(cè)。
[0023]優(yōu)選的，所述介質(zhì)層的材料包括氮化鎵，所述應(yīng)力襯墊薄膜的材料包括氮化硅、氧化物、類金剛石材料中的一種或者多種。
[0024]優(yōu)選的，所述氮化鎵異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管還包括:
[0025]源極和漏極；
[0026]其中，在所述柵極的溝道引入壓縮力，在所述柵極與所述源極或者所述漏極之間的區(qū)域引入拉力。
[0027]優(yōu)選的，所述壓縮力的大小為400_600MPa，所述拉力的大小為200_300MPa。
[0028]優(yōu)選的，所述應(yīng)力襯墊薄膜層包裹在所述柵極的外側(cè)并共同形成凸字形，且所述介質(zhì)層重疊設(shè)置在所述襯底之上。
[0029]本發(fā)明通過在氮化鎵異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)中引入應(yīng)力襯墊結(jié)構(gòu)，在柵極溝道引入壓縮力，在柵極與源/漏之間的區(qū)域引入拉力，通過氮化鎵材料本身的壓電效應(yīng)，有效控制閾值電壓或把閾值電壓向正方向移動從而實現(xiàn)增強型氮化鎵器件，同時降低器件的寄生電阻。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明一實施方式中氮化鎵異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的形成方法流程圖；
[0031]圖2為本發(fā)明一實施方式中氮化鎵異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖3為本發(fā)明一實施方式中用類金剛石材料制作應(yīng)力襯墊薄膜以形成氮化鎵異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的示例圖；
[0033]圖4(a)為本發(fā)明一實施方式中有和沒有應(yīng)力襯墊的氮化鎵異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線圖；
[0034]圖4(b)為本發(fā)明一實施方式中有和沒有應(yīng)力襯墊的氮化鎵異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的輸出特性曲線圖；
[0035]圖4(c)為本發(fā)明一實施方式中有和沒有應(yīng)力襯墊的氮化鎵異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的寄生電阻曲線圖；以及
[0036]圖4(d)為本發(fā)明一實施方式中有和沒有應(yīng)力襯墊的氮化鎵異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的跨導(dǎo)峰值曲線圖。
【具體實施方式】
[0037]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0038]本發(fā)明【具體實施方式】提供了一種氮化鎵異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的形成方法，主要包括如下步驟:
[0039]SI 1、形成襯底；
[0040]S12、在所述襯底之上形成介質(zhì)層；
[0041]S13、在所述介質(zhì)層上形成柵極；
[0042]S14、在所述柵極的外側(cè)包裹著應(yīng)力襯墊薄膜。
[0043]本發(fā)明所提供的一種氮化鎵異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的形成方法，通過在氮化鎵異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)中引入應(yīng)力襯墊結(jié)構(gòu)，在柵極溝道引入壓縮力，在柵極與源/漏之間的區(qū)域引入拉力，通過氮化鎵材料本身的壓電效應(yīng)，有效控制閾值電壓或把閾值電壓向正方向移動從而實現(xiàn)增強型氮化鎵器件，同時降低器件的寄生電阻。
[0044]以下將對本發(fā)明所提供的一種氮化鎵異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的形成方法進行詳細說明。
[0045]請參閱圖1，為本發(fā)明一實施方式中氮化鎵異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的形成方法流程圖。
[0046]在步驟SI I中，形成襯底。
[0047]在本實施方式中，該襯底主要是由半導(dǎo)體材料來形成。
[0048]在步驟S12中，在所述襯底之上形成介質(zhì)層。
[0049]在本實施方式中，所述介質(zhì)層重疊設(shè)置在所述襯底之上，也即介質(zhì)層與襯底完全重合。在本實施方式中，所述介質(zhì)層的材料包括氮化鎵。
[0050]在步驟S13中，在所述介質(zhì)層上形成柵極。
[0051]在本實施方式中，所述在所述介質(zhì)層上形成柵極的步驟S13之后，所述形成方法還包括:
[0052]在柵極溝道引入壓縮力；
[0053]在柵極與源極或者漏極之間的區(qū)域引入拉力。
[0054]在本實施方式中，所述壓縮力的大小為400_600MPa，所述拉力的大小為200-300MPao
[0055]在本實施方式中，柵極溝道引入壓縮力的可以有效降低柵極溝道的載流子濃度，實現(xiàn)閾值電壓向正方向移動，柵極與源極(或者漏極)之間的區(qū)域引入拉力可以提高載流子濃度，進而降低器件的寄生電阻。
[0056]在步驟S14中，在所述柵極的外側(cè)包裹著應(yīng)力襯墊薄膜。
[0057]在本實施方式中，所述應(yīng)力襯墊薄膜層包裹在所述柵極的外側(cè)并共同形成凸字形，所述應(yīng)力襯墊薄膜的材料包括氮化硅、氧化物、類金剛石材料中的一種或者多種。
[0058]在本實施方式中，所述在所述柵極的外側(cè)包裹著應(yīng)力襯墊薄膜的步驟S14具體包括:
[0059]利用原子層氣相沉積法、磁控濺射法、等離子體增強化學(xué)氣相沉積法或者過濾陰極真空電弧法，在所述柵極的外側(cè)表面沉積一層應(yīng)力襯墊薄膜。
[0060]本發(fā)明所提供的一種氮化鎵異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的形成方法，通過在氮化鎵異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)中引入應(yīng)力襯墊結(jié)構(gòu)，在柵極溝道引入壓縮力，在柵極與源/漏之間的區(qū)域引入拉力，通過氮化鎵材料本身的壓電效應(yīng)，有效控制閾值電壓或把閾值電壓向正方向移動從而實現(xiàn)增強型氮化鎵器件，同時降低器件的寄生電阻。
[0061]本發(fā)明【具體實施方式】還提供一種氮化鎵異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管，主要包括:
[0062]襯底；
[0063]介質(zhì)層，設(shè)置在所述襯底之上；
[0064]柵極，設(shè)置在所述介質(zhì)層上；以及
[0065]應(yīng)力襯墊薄膜層，包裹在所述柵極的外側(cè)。
[0066]本發(fā)明所提供的一種氮化鎵異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管，通過在氮化鎵異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)中引入應(yīng)力襯墊結(jié)構(gòu)，在柵極溝道引入壓縮力，在柵極與源/漏之間的區(qū)域引入拉力，通過氮化鎵材料本身的壓電效應(yīng)，有效控制閾值電壓或把閾值電壓向正方向移動從而實現(xiàn)增強