[發明專利]一種適用于鋁鎵氮化合物/氮化鎵高電子遷移率晶體管的肖特基接觸系統

有效

• 申請號: 201710486211.4
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107516672B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 任春江;陳堂勝
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十五研究所
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/423
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 沈進

本發明公開了一種適用于鋁鎵氮化合物/氮化鎵高電子遷移率晶體管的肖特基接觸系統，AlGaN/GaN HEMT的柵電極采用雙層Ni/Mo/Ti/Pt/Y/Ti結構的肖特基接觸系統，且第二層Ni/Mo/X/Y/Ti寬度大于第一層Ni/Mo/X/Y/Ti寬度；肖特基接觸系統采用蒸發的方法在AlGaN勢壘層的表面依次淀積Ni、Mo、X、Y、Ti、Ni、Mo、X、Y、Ti形成柵電極，其中，X金屬層為Ti或Ti/Pt或Ti/Pt/Ti/Pt或Ti/Mo/Ti/Mo；Y金屬層為Au或Al或Cu或Au/Pt/Au或Al/Pt/Al或Cu/Pt/Cu。本發明制得肖特基接觸系統與傳統的肖特基接觸系統相比，具有更小的熱脹系數及更低熱導率，在器件工作時使得其中的金屬層具有比外延層更低的溫度，從而規避其熱脹因素對器件性能與可靠性的影響，同時還降低了柵阻，提升器件的頻率特性。

技術領域

本發明涉及的是一種適合鋁鎵氮化合物/氮化鎵高電子遷移率晶體管的具有復合金屬勢壘層的肖特基接觸系統。

背景技術

鋁鎵氮化合物(AlGaN)/氮化鎵(GaN)高電子遷移率晶體管(HEMT)作為第三代寬禁帶化合物半導體器件,其所具有的高頻、大功率特性是現有Si和GaAs等半導體技術所不具備的，使得其在微波應用領軍具有獨特的優勢，從而成為了半導體微波功率器件研究的熱點。近年來研究人員在AlGaN/GaN HEMT的微波性能方面已取得了很好的突破,特別是輸出功率能力方面，目前公開的小尺寸AlGaN/GaN HEMT的輸出功率密度在X波段可達30W/mm以上（Wu et al. IEEE Electron Device Lett.，Vol.25，No.3，pp.117-119，2004.）、Ka波段其輸出功率甚至也達到了10W/mm以上（T. Palacios et al., IEEE ELECTRON DEVICELETTERS, VOL. 26, NO. 11, pp.781-783，2005.）。

肖特基柵工藝是AlGaN/GaN HEMT器件研制中的關鍵工藝，肖特基柵的作用一個方面是與AlGaN/GaN HEMT器件形成肖特基接觸，從而在器件工作的時候，肖特基柵上的電壓變化能夠調制溝道中二維電子氣。判斷肖特基柵工藝好壞一般從勢壘的熱穩定性、柵阻等幾個方面進行判別，但對于AlGaN/GaN HEMT器件來說，還有一個重要的方面就是構成肖特基柵的金屬體系熱脹系數與GaN或者AlGaN的失配要盡量的小，這是因為一方面AlGaN/GaNHEMT器件中AlGaN勢壘層與GaN溝道層存在較大的晶格失配，熱脹系數大的肖特基柵金屬體系可能加劇這一失配，從而引起器件的可靠性問題；另外GaN或者AlGaN具有很強的壓電極化效應，熱脹系數大的肖特基柵金屬體系還有可能引起還有可能引起器件性能上隨溫度變化更加劇烈。

目前常用Ni/Au/Ti或者Ni/Pt/Au/Pt/Ti或者Ni/Pt/Au/Ni或者Pt/Au/Pt/Ti等多層金屬體系作為AlGaN/GaN HEMT器件的肖特基柵，在這些金屬體系中，Ni或者Ni/Pt或者Pt等金屬層與AlGaN/GaN HEMT器件的外延層形成肖特基勢壘接觸，而Au金屬層的作用主要是降低柵阻，Au金屬層上的Ti或者Ni或者Pt/Ti等金屬層的主要作用是保護Au金屬層，使得后續淀積SiN保護介質層時Au金屬層不會與SiN介質層發生共金反應。Ni/Au/Ti或者Ni/Pt/Au/Pt/Ti或者Ni/Pt/Au/Ni或者Pt/Au/Pt/Ti等多層金屬體系作為AlGaN/GaN HEMT器件的肖特基柵時，由于Ni金屬層或者Ni/Pt或者Pt金屬層由于自身應力較大其厚度一般在30-50nm左右，這樣使得其上的Au金屬層離AlGaN/GaN HEMT器件的外延層比較靠近，Au金屬層與AlGaN/GaN HEMT器件的外延層存在較大的熱失配，使得器件在高溫下工作時存在可靠性隱患。半導體工藝中可作為AlGaN/GaN HEMT器件肖特基柵的多層金屬體系中，除了Au可以起到降低器件柵阻的作用外，還可以選用的有Al或者Cu，但是不管是Au或者是Al還是Cu，它們熱脹系數均較大，與AlGaN/GaN HEMT器件的外延層都存在較大的熱失配，不利于高可靠AlGaN/GaN HEMT器件的制造，因此需要加以改進，來降低Au或者是Al或者是Cu這幾種金屬帶來的影響。