[發(fā)明專利]一種基于氮化鎵增強型HEMT器件低電阻歐姆接觸的結(jié)構(gòu)及其制作方法

在審

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• 申請日: 2018-11-20
• 公開（公告）號: CN109585544A
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳興;王東;吳勇;張進成;何滇;伍旭東;檀生輝;衛(wèi)祥;張金生;郝躍
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學蕪湖研究院
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/45;H01L21/335
• 代理公司: 蕪湖思誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34138
• 代理人: 房文亮

一種基于氮化鎵增強型HEMT器件低電阻歐姆接觸的結(jié)構(gòu)及其制作方法，屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，包括襯底、低溫氮化鎵成核層、氮化鎵緩沖層、氮化鎵溝道層、氮化鋁插入層、鋁鎵氮勢壘層、漏電極、源電極、柵電極和介質(zhì)層，其中漏電極和源電極分居柵電極的兩端，柵電極與鋁鎵氮勢壘層之間還設(shè)有介質(zhì)層，本發(fā)明制造工藝簡單，重復性好，適用于GaN HEMT器件應用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體而言是一種基于增強型氮化鎵HEMT結(jié)構(gòu)的低歐姆接觸電阻及其制作方法，制備的器件可用于高壓大功率應用場合。

背景技術(shù)

第三代半導體材料即寬禁帶(Wide Band Gap Semiconductor，簡稱WBGS)半導體材料是繼第一代硅、鍺和第二代砷化鎵、磷化銦等以后發(fā)展起來。在第三代半導體材料中，氮化鎵(GaN)具有寬帶隙、直接帶隙、高擊穿電場、較低的介電常數(shù)、高電子飽和漂移速度、抗輻射能力強和良好的化學穩(wěn)定性等優(yōu)越性質(zhì)，成為繼鍺、硅、砷化鎵之后制造新一代微電子器件和電路的關(guān)鍵半導體材料。特別是高溫、大功率、高頻和抗輻照電子器件以及全波長、短波長光電器件方面具有得天獨厚的優(yōu)勢，是實現(xiàn)高溫與大功率、高頻及抗輻射、全波長光電器件的理想材料，是微電子、電力電子、光電子等高新技術(shù)以及國防工業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)、機電產(chǎn)業(yè)和能源產(chǎn)業(yè)等支柱產(chǎn)業(yè)進入21世紀后賴以繼續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料。

GaN基HEMT器件是在能形成二維電子氣(2DEG)的異質(zhì)結(jié)上用類似金屬半導體場效應晶體管(MESFET)的工藝制作而成，其源漏之間的主要電導由2DEG導電溝道提供，再由AlGaN勢壘層上的肖特基柵施加偏壓來改變耗盡區(qū)的厚度，從而控制溝道2DEG的濃度及器件的工作狀態(tài)。根據(jù)YoleDéveloppement公司去年發(fā)布的《功率GaN：外延、器件、應用及技術(shù)趨勢-2017版》報告，2016年，全球功率GaN市場規(guī)模已經(jīng)達到了1400萬美元。功率GaN技術(shù)憑借其高性能和高頻解決方案適用性，短期內(nèi)預計將展現(xiàn)巨大的市場潛力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對氮化鎵HEMT功率器件高歐姆接觸電阻的難點，從器件工藝制備過程的優(yōu)化角度提出基于Ge/Ti/Al/Ti/TiN復合結(jié)構(gòu)的氮化鎵HEMT低電阻歐姆接觸的制作方法，以降低歐姆接觸電阻，提高HEMT器件的性能。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)各層從下至上依次排布，包括襯底、低溫氮化鎵成核層、氮化鎵緩沖層、氮化鎵溝道層、氮化鋁插入層、鋁鎵氮勢壘層、漏電極、源電極、柵電極和介質(zhì)層，其中漏電極和源電極分居柵電極的兩端，柵電極與鋁鎵氮勢壘層之間還設(shè)有介質(zhì)層，在氮化鋁插入層與鋁鎵氮勢壘層之間形成二維電子氣溝道。

優(yōu)選的，所述襯底為可以用來外延氮化鎵薄膜的所有材料，包括絕緣或半絕緣的藍寶石、硅、碳化硅、氮化鎵和金剛石等材料，尺寸范圍為2-8inch。

優(yōu)選的，低溫氮化鎵成核層，生長溫度400-700℃，薄膜厚度10-50nm，用于為后續(xù)的氮化鎵緩沖層生長提供成核節(jié)點，提高氮化鎵薄膜結(jié)晶質(zhì)量。

優(yōu)選的，所述氮化鎵緩沖層，為采用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)或其他方法非故意摻雜生長形成的氮化鎵薄膜層，薄膜厚度范圍為100nm-10um。其質(zhì)量直接影響隨后生長的異質(zhì)結(jié)的質(zhì)量，該區(qū)域的各種晶格缺陷還能俘獲電子，從而影響2DEG的密度。

優(yōu)選的，所述氮化鎵溝道層、氮化鋁插入層和AlGaN勢壘功能層界面處形成的高濃度2DEG的溝道。

優(yōu)選的，所述的帽層即P型氮化鎵帽層，采用MOCVD技術(shù)生長，對GaN進行p型摻雜(Mg元素)，形成P型GaN。對底層的2DEG進行耗盡，形成低2DEG濃度的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)。

優(yōu)選的，所述的漏電極和源電極，采用鍺/鈦/鋁/鈦/氮化鈦(Ge/Ti/Al/Ti/TiN)多層合金。鍺金屬層厚度為1-20nm，形成N型重摻雜，減小歐姆接觸電阻。