專(zhuān)利名稱(chēng)：具減低捕捉之三族氮化物基礎(chǔ)場(chǎng)效晶體管和高電子移動(dòng)晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高頻固態(tài)晶體管，更特別是涉及三族氮化物基礎(chǔ)場(chǎng)效晶體管及高電子移動(dòng)晶體管。
背景技術(shù)：
微波系統(tǒng)一般使用固態(tài)晶體管做為放大器及振蕩器，這使系統(tǒng)大小降低而可靠度升高。希望可增加系統(tǒng)之作用頻率及功率以容納越來(lái)越多之微波系統(tǒng)。較高頻之信號(hào)可攜帶較多信息(頻寬)，而使天線較小卻具極高增益，并使雷達(dá)之分辨力改良。
場(chǎng)效晶體管(FET)及高電子移動(dòng)晶體管(HEMT)是常見(jiàn)之固態(tài)晶體管由如硅(Si)或砷化鎵(GaAs)之半導(dǎo)體材料制成。Si的一個(gè)缺點(diǎn)是電子移動(dòng)率低(約1450cm2/V-S)，而產(chǎn)生高來(lái)源電阻。此電阻使該高性能增益大為劣化，否則可有Si基礎(chǔ)之FET及HEMT[CRC Press，The Electrical Engineering Handbook，Second Edition，Dorf，p.994(1997)]。
GaAs亦是FET及HEMT常用之材料且成為衛(wèi)星通訊、細(xì)胞式手機(jī)以及民用及軍用雷達(dá)之信號(hào)放大標(biāo)準(zhǔn)。GaAs較硅電子移動(dòng)率高(約6000cm2/V-S)及來(lái)源電阻低，這使GaAs基礎(chǔ)裝置在較高頻作用。但GaAs之帶隙很小(室溫1.42eV)及崩潰電壓很小，這使GaAs基礎(chǔ)FET及HEMT無(wú)法在高頻提供高功率。
GaN/AlGaN半導(dǎo)體材料制造之改良著重在GaN/AlGaN基礎(chǔ)FET及HEMT之發(fā)展。這些裝置可產(chǎn)生大量功率，因其獨(dú)特之材質(zhì)特性組合包含高崩潰場(chǎng)、寬帶隙(GaN在室溫3.36eV)、大導(dǎo)帶偏移及高飽和電子漂移速度。相同作用頻率下，GaN放大器產(chǎn)生之功率可達(dá)相同大小之GaAs放大器之10倍。
Khan et al之US專(zhuān)利No.5,192,987揭示于一緩沖器及一基體生長(zhǎng)之GaN/AlGaN基礎(chǔ)之HEMT及其制造方法。其它于Gaska et al.HEMT″High-Temperature Performance of AlGaN/GaN HFET’s on SiC Substrates″，IEEEElectron Device Letters，Vol.18，No 10，1997年10月第492頁(yè)及Ping etal.，″Dc and Microwave Performance of High Current AlGaN HeterostructureField Effect Transistors Grown on P-type SiC Substrates，″IEEE ElectronDevices Letters，Vol.19，No.2，1998年2月，第54頁(yè)中描述。這些裝置一些在增益頻寬產(chǎn)品(fT)高達(dá)67千兆赫(K.Chu et al.WOCSEMMAD，Monterey，CA，1998年2月)及在10GHz達(dá)2.84W/mm之高功率密度(G.Sullivan et al.，″High Power 10-GHz Operation of AlGaN HEMT’s in Insulating SiC″，IEEEElectron Device Letters，Vol.19，No.6，1998年6月第198頁(yè)；及Wu etal.，IEEE Electron Device Letters，Volume 19，No.第50頁(yè)，1998年2月)。
GaN/AlGaN基礎(chǔ)FET及HEMT雖有這些優(yōu)點(diǎn)卻無(wú)法產(chǎn)生具高效率及高增益之足夠總微波功率。以DC閘驅(qū)動(dòng)時(shí)其產(chǎn)生大量功率增益，但對(duì)低到毫赫至幾千赫調(diào)定之頻率其放大大為降低。
目前認(rèn)為AC及DC放大之差益主要是由該裝置信道之表面捕捉造成。雖術(shù)語(yǔ)也許不同，但通常均視一不純或瑕庇中心為捕捉中心(或捕捉)，若捕獲一種載子后最可能之下一狀況是再激發(fā)。通常深入能隙之捕捉能級(jí)較靠近價(jià)帶導(dǎo)通之其它能級(jí)慢釋放捕捉載子。這是因?yàn)楹蛯⑤^近導(dǎo)帶能級(jí)之電子再激發(fā)所需能量相較，將近帶隙中間之中心捕捉電子再激發(fā)至導(dǎo)帶所需之能量增加。
AlXGa1-XN(X＝0～1)之表面捕捉密度可和激活能范圍0.7至1.8eV(和X有關(guān))深施主狀態(tài)捕捉之晶體管信道電荷相比。在FET及HEMT作用時(shí)該捕捉捕獲信道電子。該慢捕捉及深捕捉處理使晶體管速度劣化，這使微波頻率之功率性能大為劣化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一由GaN/AlGaN形成之改良三族氮化物基礎(chǔ)FET及HEMT，并響應(yīng)AC閘驅(qū)動(dòng)提供改良之放大特性。本發(fā)明亦提供一制造新GaN/AlGaN FET及HEMT之新方法。
該新FET包含在一高電阻非導(dǎo)電層上之阻擋層。其包含源極、漏極與柵極接觸各和該阻擋層接觸。一電子施主層在該接觸間之阻擋層表面形成，該施主層最好為具高比例施主電子之介電層。
對(duì)該新HEMT，該阻擋層帶隙較該非導(dǎo)電層寬，結(jié)果在該阻擋層及該非導(dǎo)電層間接面形成一二維電子氣(2DEG)。該2DEG電子濃度高使裝置跨導(dǎo)增加。該新HEMT之接觸和FET導(dǎo)通信道類(lèi)似，而該HEMT導(dǎo)通信道包含一類(lèi)似介電層。
認(rèn)為各裝置之阻擋層表面捕捉帶正電。亦認(rèn)為該介電層施主電子移至該裝置阻擋層及填滿該表面捕捉。這使之成為電中性而不會(huì)捕獲自由電子。該新介電膜層亦增加該裝置未選通區(qū)薄層電子密度及保護(hù)該裝置在處理時(shí)不會(huì)有不要之鈍化、雜質(zhì)及損壞。
本發(fā)明亦提供制造新GaN FET及HEMT之方法。該新方法和濺射技術(shù)有關(guān)，并使該導(dǎo)通信道表面損壞很小或沒(méi)有。亦在該介電層及該信道表面間提供強(qiáng)而穩(wěn)定之鍵結(jié)。
精于本技術(shù)者由以下細(xì)述加上附圖將清楚本發(fā)明這些及其它特性及優(yōu)點(diǎn)，其中


圖1是一新GaN/AlGaN FET剖面圖，于其表面有一介電層；圖2是一新GaN/AlGaN HEMT剖面圖，于其表面有一介電層；圖3是該新GaN/AlGaN HEMT閘極之帶能圖；圖4是該新GaN/AlGaN HEMT一進(jìn)入?yún)^(qū)之帶能圖；圖5是該新GaN/AlGaN HEMT之介電層及信道間接面之能帶圖；圖6之一組圖顯示該新GaN/AlGaN HEMT和無(wú)介電層時(shí)相較之輸出特性；圖7之一組圖顯示該新HEMT做為該介電層厚度函數(shù)性能之差異；圖8是傳統(tǒng)濺射室剖面圖；以及圖9是制造具一介電層之晶體管之新方法流程圖。
具體實(shí)施例方式
新GaN/AlGaN FET及HEMT圖1顯示依照本發(fā)明架構(gòu)之新三族氮化物基礎(chǔ)FET 10。其包含可為藍(lán)寶石(Al2O3)或碳化硅(SiC)之基體11，較佳之基體為4H多型(polytype)之碳化硅。其它亦可使用之碳化硅polytype包含3C，6H及15R polytype。該基體11包含一AlXGa1-XN緩沖層12(X在0及1間)在該碳化硅基體及該FET 10剩余部份提供一適當(dāng)之晶體架構(gòu)過(guò)渡。
碳化硅對(duì)三族氮化物之晶體晶格匹配較藍(lán)寶石接近，故有較高品質(zhì)之三族氮化物膜。碳化硅之熱導(dǎo)性亦很高，故碳化硅之三族氮化物裝置總輸出功率未受該基體之熱耗散限制(一些于藍(lán)寶石形成之裝置有此情形)。另外碳化硅基體之可用度提供裝置絕緣能力及降低寄生電容，使之可做為商用。NorthCarolina Durham之Cree Research，Inc.有提供SiC基體，而其制造方法參考科學(xué)文獻(xiàn)及U.S.專(zhuān)利No.Re.34，861；4,946,547及5,200,022。
三族氧化物是指在氮和周期表三族元素通常為鋁(Al)、鍺(Ga)及銦(In)間形成之半導(dǎo)體化合物。該名詞亦指如AlGaN及AlInGaN之三元及第三化合物。
該FET 10有一阻擋層18由AlXGa1-XN制成，其于由GaN制成之高電阻非導(dǎo)電層20上。該高電阻層20在該阻擋層18及該緩沖層12間。該阻擋層通常約0.1至0.3微米厚，而該阻擋層18、高電阻層20及緩沖層12利用外延生長(zhǎng)或離子注入于該基體11上形成。
該FET亦有一源極及一漏極接觸13及14在該高電阻層20表面上。該阻擋層12位于該接觸13及14間，各和該阻擋層之邊緣接觸。對(duì)微波裝置該接觸13及14通常由3到10微米范圍之距離分隔。一整流肖特基接觸(閘極)16位于該源極及漏極接觸13及14間之阻擋層12表面上及通常長(zhǎng)度范圍在0.1至2微米間。該FET總寬度和所需總功率有關(guān)。其可寬過(guò)30微米，而通常寬度范圍為50至100微米。該等接觸間之阻擋層表面區(qū)域視為該阻擋層之進(jìn)入?yún)^(qū)。
該源極及漏極接觸13及14最好由鈦、鋁、鎳及金之合金形成，及該閘極16最好由鈦、鉑、鉻、鎳、鈦及鎢之合金以及硅化鉑形成。在一實(shí)施例該接觸包含一鎳-硅及鈦之合金，這是由個(gè)別沉淀這些材料層然后將之退火而形成。因此合金系統(tǒng)無(wú)鋁，故防止該退火溫度超過(guò)鋁熔點(diǎn)(660℃)時(shí)不要之鋁沾污。
作為時(shí)該漏極接觸14以特定電位偏壓(對(duì)n信道裝置為正漏極電位)及該源極接地。這造成電流經(jīng)該信道由該漏極流至該源極。該電流之流動(dòng)由調(diào)節(jié)該信道電流及提供增益之供至該閘極16之頻率電位及該偏壓控制。
本發(fā)明亦適用于GaN/AlGaN基礎(chǔ)HEMT。圖2所示之HEMT 30和FET 10相似亦有一源極接觸13、一漏極接觸14及一肖特基閘極16。其亦有一AlXGa1-XN半導(dǎo)體阻擋層32在一高電阻非導(dǎo)電GaN層34上。和圖1相似，此二層在一氮化鋁緩沖層12及一基體11上形成。
但在此實(shí)施例該層32帶隙較該GaN層34寬，而此能帶隙之不連續(xù)性使自由電荷由該較寬帶隙轉(zhuǎn)至該較低帶隙材料。一電荷在此二層之接口累積及產(chǎn)生一二維電子氣(2DEG)36，使電流在該源極及漏極接觸13及14間流通。該2DEG有極高電子移動(dòng)性使該HEMT在高頻之跨導(dǎo)很高。供至該閘極16之電壓靜電性控制該閘極正下2DEG之電子數(shù)，因此控制總電子流。
該新FET 10及HEMT 30亦包含一介電材料層22及44在其個(gè)別阻擋層18及38表面該阻擋層之進(jìn)入?yún)^(qū)上。該介電層最好為氮化硅(SiXNY)，以硅做為該施主電子之來(lái)源。為有最佳效果，該層22及44應(yīng)符合以下4個(gè)條件。第一應(yīng)有一摻雜劑提供高施主電子源。對(duì)氮化硅，該層之Si比例應(yīng)很高。申請(qǐng)人雖不希望受任何作用理論限制，但目前認(rèn)為該層之電子會(huì)填充表面捕捉使之電中性，及在作用時(shí)不會(huì)捕獲阻擋層電子。
第二，該摻雜劑能級(jí)應(yīng)較該捕捉能級(jí)高，而為有最佳效果該能量應(yīng)較該阻擋層導(dǎo)帶邊緣能級(jí)高。因認(rèn)為這會(huì)降低電子由閘極金屬成為該施主狀態(tài)之可能，并防止該能級(jí)捕捉及去捕捉。若該摻雜劑能級(jí)略低于該阻擋層能級(jí)，該層亦可作用，但其能量越高越好。
第三，該裝置表面之損壞應(yīng)很少或沒(méi)有，且形成該介電層不應(yīng)增加該表面損壞。因認(rèn)為表面損壞可產(chǎn)生更多表面捕捉。第四，該阻擋層表面及該薄膜間鍵結(jié)在應(yīng)力下應(yīng)穩(wěn)定。若該鍵結(jié)不穩(wěn)定，該層在實(shí)際裝置作用下可能因電場(chǎng)、電壓或溫度增加引起之應(yīng)力而失效。
圖3顯示該新HEMT 30由圖2點(diǎn)52垂直經(jīng)該裝置肖特基閘16、阻擋層38、2DEG 42及GaN層34之能帶圖50。該圖50顯示平衡狀態(tài)、無(wú)偏壓及無(wú)電流流經(jīng)該阻擋層之HEMT。其顯示該HEMT阻擋層54、GaN層56及2DEG 58帶能。其和無(wú)介電涂膜44之HEMT能帶圖相似。該肖特基閘極58覆蓋其下之阻擋層，阻隔該介電層電子到達(dá)其下之阻擋層。
圖4顯示該HEMT 30(再次于平衡狀態(tài))由圖2之點(diǎn)62垂直經(jīng)其介電層44、阻擋層38、2DEG 42及GaN層34之另一能帶圖60。該圖再次顯示該HEMT阻擋層63、GaN層64及2DEG 65帶能，且其顯示該介電層帶能66。在該阻擋層進(jìn)入?yún)^(qū)通常有表面捕捉69會(huì)捕捉電子而降低頻率特性。此圖顯示該介電層帶能66之施主電子源68能階較該捕捉69高。該電子68移至該阻擋層及填充該表面捕捉69，使之成為電中性及降低其在作用時(shí)捕獲電子之能力。
圖5顯示該HEMT(平衡狀態(tài))由圖2之點(diǎn)72水平沿該介電層44及該阻擋層38間接面之第三能帶圖70。其由該閘極36開(kāi)始延續(xù)到該閘極及漏極間區(qū)域。在該閘極并無(wú)介電層及該帶能72維持常數(shù)。在該閘極外側(cè)之阻擋層進(jìn)入?yún)^(qū)有來(lái)自該介電層之淺施主電子74填充表面捕捉76，使之成為電中性。當(dāng)該捕捉填充時(shí)靠近該閘極邊緣之帶能下降，然后在該進(jìn)入?yún)^(qū)78變平。
圖6顯示有及無(wú)該介電層之新HEMT輸出特性80。該閘極掃描由2.0伏閘電壓開(kāi)始，接著以1伏為級(jí)產(chǎn)生該組曲線。該有及無(wú)介電層之HEMT之DC高功率輸出特性82均相同(以粗線顯示)。但當(dāng)AC閘極驅(qū)動(dòng)供至無(wú)該介電層之裝置時(shí)，該輸出響應(yīng)嚴(yán)重劣化84(正常線)。具該介電層之HEMT之AC輸出特性86(虛線)幾乎和其DC輸出特性82相同，提供高功率AC輸出。
圖7所示之圖90說(shuō)明在AC及DC驅(qū)動(dòng)下(IAC/IDC)漏極電流率(Vds＝6V)對(duì)該介電層92厚度，及功率密度(f＝8GHz，Vds＝20V)對(duì)氮化硅介電層94厚度。當(dāng)該層厚度由0_增至約1500_之較佳厚度，該AC功率密度94亦增加。該圖在該較佳厚度附近顯示一點(diǎn)96，在此該AC功率等于該DC功率密度及該漏極電流率等于1。當(dāng)厚度小于1500_時(shí)，該AC功率密度下降及該電流率小于1。此差異認(rèn)為是因較薄層無(wú)足夠比例之施主電子將所有信道捕捉中和而造成。這使一定比例之電荷捕捉在作用時(shí)捕獲電子。但若該層太厚將使該裝置表面有太多電容。在1500_時(shí)有足夠比例之施主電子而該厚度之再行增加不會(huì)改良該裝置之性能特性。
新制造方法如上述，該介電層在其FET及HEMT表面應(yīng)有在應(yīng)力下穩(wěn)定之強(qiáng)鍵結(jié)。在該HEMT原位生長(zhǎng)時(shí)可使用各種沉淀該層之方法，包含但不限于濺射、PECVD、MOCVD。
將一層108于具亦穩(wěn)定強(qiáng)鍵結(jié)之FET及HEMT上沉淀之較佳方法是經(jīng)由濺射。圖8顯示一可用于將材料沉淀于基體上之簡(jiǎn)化濺射室100。作用時(shí)將一半導(dǎo)體裝置101置于一陽(yáng)極102。該室103然后抽空及如氬之鈍氣104經(jīng)由該閥105流出以維持背景壓力。該陰極106由于該基體/裝置上沉淀之材料制成。利用該電極間之高壓107將該鈍氣離子化及在該陰極106該正離子110超出。當(dāng)正離子撞擊陰極106，其和該陰極原子112碰撞使之有足夠能量射出。該濺射陰極原子112移動(dòng)，最后覆蓋該陽(yáng)極102及其上之半導(dǎo)體裝置101。其它之濺射單元可能較復(fù)雜及精細(xì)，但其作用之基本物理架構(gòu)大致相同。利用較復(fù)雜之濺射系統(tǒng)可將一組材料及介電層濺射及沉淀。
圖9顯示制造具多施主電子氮化硅介電層之晶體管之新方法。該第一步驟122是形成該裝置。該裝置最好為GaN/AlGaN FET或HEMT，及其利用如金屬-有機(jī)化學(xué)氣相沉淀(MOCVD)之處理于一半導(dǎo)體芯片上形成。該芯片然后在步驟124清理，以該較佳清理處理將之以NH4OH∶H2O(1∶4)清洗約10至60秒。該芯片然后放入具硅來(lái)源之一濺射室126。
在下一步驟128，利用濺射將該SiXNY介電層于該芯片上沉淀。該較佳濺射處理包含將該室汲低至約3×10-7Torr低壓之特定步驟。利用流量20-100sccm及壓力5-10mTorr之來(lái)源氣體，該電漿然后以200-300W之RF功率激活約2分鐘。這將轟擊該陰極之硅，清理其表面。然后變更該濺射狀況使該氬氣流量10-12sccm，該氮?dú)饬髁?-10sccm，該室壓2.5-5mTorr及該RF功率200-300W。維持此狀況2分鐘以濺射該Si陰極。該濺射硅和該氮反應(yīng)及所得氮化硅在該芯片上沉淀。
在濺射后下一步驟130關(guān)掉該氮?dú)饧按蜷_(kāi)該氬氣以20-100sccm流2分鐘清理該Si表面。然后關(guān)掉所有氣體及電力以及使該室冷卻5分鐘及通風(fēng)。然后可自該濺射室移去該裝置。在該裝置蝕刻接觸與柵極之窗口。該處理之其它步驟可包含于該裝置表面沉淀該接觸與柵極以及附著引線134。在將該介電層在該濺射室沉淀前，可替代將該接觸與柵極于該裝置上沉淀。然后可蝕刻該接觸與柵極上之介電層以連接引線。
在以T閘極替代傳統(tǒng)閘極之實(shí)施例可能很難完全覆蓋該晶體管表面。這是因?yàn)樵谠揟頂阻隔濺射材料到達(dá)該T-閘極底部附近區(qū)域而可能發(fā)生之蔭蔽造成。為能完全覆蓋，在濺射沉淀中該晶體管可斜角置入及旋轉(zhuǎn)。
在所有沉淀方法尤其是濺射時(shí)環(huán)境中一定要無(wú)氫。氫原子可擴(kuò)散到該半導(dǎo)體材料中而中和摻雜劑。這可使該摻雜劑不作用而在該材料之生長(zhǎng)狀態(tài)變成絕緣或微摻雜。這可對(duì)該FET或HEMT造成嚴(yán)重性能問(wèn)題。
本發(fā)明雖參照其特定較佳架構(gòu)詳細(xì)描述，但可有其它架構(gòu)。故所附申請(qǐng)專(zhuān)利范圍之精神及范圍不應(yīng)受本申請(qǐng)書(shū)所述之較佳架構(gòu)限制。
權(quán)利要求
1.一種場(chǎng)效晶體管(FET)，包含一高電阻非導(dǎo)電層(20)；一阻擋層(18)，于該非導(dǎo)電層(20)上；個(gè)別源極、漏極和柵極接觸(13，14，16)與該阻擋層(18)接觸，以該接觸(13，14，16)將該阻擋層(18)部份表面暴露；以及一電子源層(22)于該接觸(13，14，16)間阻擋層(18)表面上形成，該電子源層(22)具高比例之施主電子(68)。
2.如權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效晶體管，其特征在于，該阻擋層(18)具正電荷表面捕捉(69)及該施主電子(68)將該捕捉(69)中和。
3.如權(quán)利要求2所述的場(chǎng)效晶體管，其特征在于，該施主電子(68)之能階較該捕捉(69)高。
4.如權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效晶體管，其特征在于，該電子源層(22)為一介電材料層。
5.如權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效晶體管，其特征在于，該電子源層(22)和該阻擋層(18)在電場(chǎng)、電壓或溫度增加所產(chǎn)生應(yīng)力下具有一穩(wěn)定鍵結(jié)。
6.如權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效晶體管，其特征在于，該阻擋層(22)表面實(shí)質(zhì)上無(wú)損壞。
7.如權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效晶體管，其特征在于，該阻擋層(22)的形成導(dǎo)致該阻擋層(18)的表面基本無(wú)損壞。
8.如權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效晶體管，其特征在于，該阻擋層(22)包含氮化硅。
9.如權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效晶體管，其特征在于，其另包含一藍(lán)寶石或碳化硅基體(11)，該基體(11)和該非導(dǎo)電層(20)相鄰，和該阻擋層(18)相對(duì)。
10.如權(quán)利要求9所述的場(chǎng)效晶體管，其特征在于，該基體(11)由氮化硅的4H多型(polytype)形成。
11.如權(quán)利要求9所述的場(chǎng)效晶體管，其特征在于，其另包含一緩沖層(12)在該非導(dǎo)電層(20)及該基體(11)間。
12.如權(quán)利要求9所述的場(chǎng)效晶體管，其特征在于，該緩沖層(12)由AlXGa1-XN制成，X在0及1間。
13.如權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效晶體管，其特征在于，該非導(dǎo)電層(20)及該阻擋層(18)由三族氮化物半導(dǎo)體材料制成。
14.如權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效晶體管，其特征在于，該阻擋層(18)由AlXGa1-XN制成。
15.如權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效晶體管，其特征在于，該阻擋層(18)由AlGaN制成且該非導(dǎo)電層(20)由GaN制成。
16.如權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效晶體管，其特征在于，該源極及漏極接觸(13，14)包含一鈦、鋁及鎳之合金。
17.如權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效晶體管，其特征在于，該閘極16選自由鈦、鉑、鉻、鎳、鈦及鎢之合金以及硅化鉑組成的組合。
18.如權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效晶體管，其特征在于，該阻擋層(38)之能帶隙較該高電阻層(34)高，該場(chǎng)效晶體管另包含一二維電子氣(2DEG)(42)在該阻擋層(38)及該高電阻層(34)間。
19.一種高電子移動(dòng)晶體管(HEMT)，包含一高電阻非導(dǎo)電半導(dǎo)體層(34)；一阻擋層(38)在該高電阻層(34)上，該阻擋層(38)之帶隙較該高電阻層(34)高；一二維電子氣(42)在該阻擋層(38)及該高電阻層(34)間；個(gè)別源極、漏極與柵極接觸(13，14，16)和該阻擋層(38)接觸，該接觸(13，14，16)將該阻擋層(38)部份表面暴露；以及一電子源層(44)于該接觸(13，14，16)間之阻擋層(38)表面形成，該電子源層(44)之施主電子(68)比例很高。
20.如權(quán)利要求19所述的高電子移動(dòng)晶體管，其特征在于，該阻擋層(38)具正電荷表面捕捉(69)，該施主電子(68)將該捕捉(69)中和。
21.如權(quán)利要求20所述的高電子移動(dòng)晶體管，其特征在于，該施主電子(68)之能階較該捕捉(69)高。
22.如權(quán)利要求19所述的高電子移動(dòng)晶體管，其特征在于，該電子源層(44)為一介電層。
23.如權(quán)利要求19所述的高電子移動(dòng)晶體管，其特征在于，該電子源層(44)和該阻擋層(38)在電場(chǎng)、電壓或溫度增加所產(chǎn)生應(yīng)力下具有一穩(wěn)定鍵結(jié)。
24.如權(quán)利要求19所述的高電子移動(dòng)晶體管，其特征在于，該阻擋層(38)的表面基本無(wú)損壞。
25.如權(quán)利要求19所述的高電子移動(dòng)晶體管，其特征在于，該電子源層(44)包含氮化硅。
26.如權(quán)利要求19所述的高電子移動(dòng)晶體管，其特征在于，其另包含一藍(lán)寶石或碳化硅基體(11)，該基體(11)和該高電阻層(34)相鄰，和該阻擋層(38)相對(duì)。
27.如權(quán)利要求25所述的場(chǎng)效晶體管，其特征在于，其另包含一緩沖層(12)在該高電阻層(34)及該基體(11)間。
28.如權(quán)利要求19所述的高電子移動(dòng)晶體管，其特征在于，該高電阻層(34)和該阻擋層(38)由三族氮化物半導(dǎo)體材料制成。
29.如權(quán)利要求19所述的高電子移動(dòng)晶體管，其特征在于，該源極及漏極接觸(13，14，16)包含一鈦、鋁及鎳之合金。
30.如權(quán)利要求19所述的高電子移動(dòng)晶體管，其特征在于，該閘極16選自由鈦、鉑、鉻、鎳、鈦及鎢之合金以及硅化鉑組成的組合。
31.一種表面具一電子源層(108)之晶體管(101)之制造方法，包含以下步驟將該晶體管置入一濺射室(126)；于該濺射室(128)對(duì)該晶體管濺射該電子源層(108)；將該濺射室(130)冷卻及通風(fēng)；自該濺射室(130)移去該晶體管。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，該電子源層(108)為一具有高比例施主電子(68)之介電層。
33.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，其另包含在將該晶體管置入一濺射室(126)之前形成該晶體管(122)并清理該晶體管(124)的步驟。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，該晶體管(101)藉由金屬-有機(jī)化學(xué)氣相沉淀(MOCVD)生長(zhǎng)。
35.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，該晶體管(101)以NH4OH∶H2O(1∶4)清洗該晶體管約10至60秒。
36.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，其另包含打開(kāi)該電子源層(132)之窗口以接觸自該濺射室(130)移去后之該晶體管(101)的步驟。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，該窗口藉由蝕刻(132)在該電子源層中打開(kāi)。
38.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，該晶體管(101)為一場(chǎng)效晶體管或一高電子移動(dòng)晶體管。
39.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，該電子源層(108)為氮化硅且藉由以下步驟將該層(108)沉淀于該晶體管(101)上抽空該室(103)至一預(yù)定壓力，用一來(lái)源氣體轟擊一硅源(106)以清理其表面，改變?cè)撌覘l件以濺射硅(106)，然后可使被濺射的硅與氮反應(yīng)以在該晶體管(101)上沉淀一硅氮層(108)。
40.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，該電子源層(108)的形成導(dǎo)致該晶體管(101)的表面基本無(wú)損壞。
41.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，該晶體管(101)在基本無(wú)氫的環(huán)境下形成。
全文摘要
本發(fā)明揭示新三族氮化物基礎(chǔ)場(chǎng)效晶體管(10)及高電子移動(dòng)晶體管(30)，其高頻響應(yīng)特性提升。該較佳晶體管(10，30)由GaN/AlGaN制成及其阻擋層(18，38)表面有一介電層(22，44)。該介電層(22，44)有高比例之施主電子(68)將該阻擋層(18，38)之捕捉(69)中和，使該捕捉(69)無(wú)法減緩該晶體管(10，30)之高頻響應(yīng)。亦揭示一制造該晶體管(10，30)之新方法，該新方法利用濺射沉淀該介電層(18，38)。
文檔編號(hào)H01L21/338GK1419713SQ01804529
公開(kāi)日2003年5月21日 申請(qǐng)日期2001年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月4日
發(fā)明者吳益逢, 詹奈棋, 李馬卡西, 蘇建 申請(qǐng)人:美商克立光學(xué)公司, 美國(guó)加利福尼亞大學(xué)董事會(huì)