[發明專利]第13族氮化物半導體器件及其制造方法

有效

• 申請號: 201310167053.8
• 申請日: 2013-05-08
• 公開（公告）號: CN103390639B
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 約翰尼斯·唐克斯;斯蒂芬·海爾;羅曼恩·德爾侯恩;漢·布魯克曼
• 申請（專利權）人: 安世有限公司
• 主分類號: H01L29/45
• 分類號: H01L29/45;H01L21/28
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司11112
• 代理人: 麥善勇,張天舒

技術領域

本發明涉及一種半導體器件，所述半導體器件包括：襯底；在所述襯底上的至少一個半導體層，所述半導體層包括第13族(也被稱作第III族)元素氮化物；以及在所述至少一個半導體層上的歐姆接觸。

本發明還涉及一種制造這種半導體器件的方法。

背景技術

在過去的幾年中，基于第13族氮化物(諸如GaN)的半導體器件已經引起相當大的興趣，因為它們允許高溫和高功率應用，例如功率和微波放大、RF信號處理和傳感器應用。

諸如AlN、GaN和InN等第13族氮化物的獨特之處是電負性差異大。氮是電負性最大的第V族元素。這導致在所述第13族氮化物中的自發極化。此外，在這些材料的晶體結構中的應變增強了所述極化效應。在GaN/AlGaN異質結構中，由于晶格參數的差異導致這種附加的壓電極化引起二維電子氣，所述二維電子氣在這兩層之間的異質結處形成。這種二維的電子氣形成在常開型高電子遷移率晶體管(HEMT)的源極與漏極之間的導電溝道。

重要的是建立至所述二維電子氣的低歐姆接觸，以便在高性能應用領域成功地利用這些器件。大多數在GaN/AlGaN異質結構上的歐姆接觸是基于Ti/Al基金屬化方案。鈦通過形成TiN建立氮空位，所述氮空位使得電子能夠在所述AlGaN下面隧穿至所述二維電子氣。鋁與鈦反應，以防止鈦的氧化。

通常，金用作所述鋁頂上的塊狀金屬，并且通過一個或者多個擴散勢壘與鋁隔開。最常報道的金屬化方案包括Ti/Al/Ti/Au、Ti/Al/Ni/Au和Ti/Al/Pt/Au。

然而，金的使用給這種半導體器件的制造工藝增加了顯著的成本，絕不是因為金在現有的制造工藝(諸如CMOS工藝)中不常用。因此，這需要所述制造工藝大量的重新設計，從成本的角度是不期望的。

為了能夠在主流半導體晶片廠(諸如硅基晶片廠)中處理第13族氮化物半導體器件，諸如硅襯底上的GaN/AlGaN高電子遷移率晶體管(HEMT)，必須將金從所述制造工藝中消除。然而，在不使所述歐姆接觸的接觸電阻增加的情況下實現這種消除是非同尋常的，從而損害了所述半導體器件的性能。

F.M.Mohammed等人在Electr.Letters，41(17)，2005，第984-985頁公開了一種Ti/Si/Al/Si/Mo/Au疊層，所述疊層作為用于AlGaN/GaN HEMT的歐姆接觸。當將這種接觸在850℃下退火30秒時，發現在這種堆疊中包含硅層造成硅化物金屬間化合物的形成以及用硅對所述AlGaN/GaN異質結構的無意摻雜，導致了0.16Ω.mm的接觸電阻和6.77×10^-7Ω.cm²的比接觸電阻。

然而，這種歐姆接觸仍然依賴于金作為所述塊狀金屬，如前所述這是不期望的。此外，例如本發明的發明人已經實驗發現，在所述完整塊狀金屬中硅層的存在造成了工業規模制造工藝中所述接觸質量的重現(reproducibility)問題。

發明內容

本發明旨在提供一種根據開始部分所述的半導體器件，所述半導體器件包括低歐姆接觸，所述低歐姆接觸可以以可重現的方式生產。

本發明還旨在提供一種制造這種半導體器件的方法。

根據本發明的第一方面，提供了一種半導體器件，所述半導體器件包括襯底、在所述襯底上的至少一個半導體層和在所述至少一個半導體層上的歐姆接觸，所述半導體層包括第13族元素氮化物，所述歐姆接觸包括在所述至少一個半導體層上的含硅部分以及與所述含硅部分相鄰并且在其上方延伸的金屬部分，所述金屬部分包括鈦和另一種金屬。

已經驚奇地發現，通過在這種歐姆接觸中提供硅源部分，所述部分沒有在所述接觸的全部寬度上延伸，顯著地改善了生產所述含硅歐姆接觸的可操作性，同時提供了一種具有足夠低的接觸電阻的接觸，以便所述半導體器件用在挑戰性應用領域，諸如高溫和高功率應用。此外，通過一個或者多個含硅部分的提供，所述部分至少部分地與所述金屬部分相鄰，不需要提供多個含硅材料層，以便保證在所述歐姆接觸中的每一種金屬均可以與硅反應。

所述另一種金屬特別具有防止鈦氧化的功能。優選地，所述另一種金屬是鋁。

在一個實施例中，所述含硅部分的硅源選自硅、氧化硅和氮化硅，這是有利的，因為這些材料在現有的主流半導體制造工藝中已經是常用的。