[發(fā)明專利]一種氮化鎵HEMT低歐姆接觸電阻結(jié)構(gòu)及其制作方法

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• 申請日: 2018-11-20
• 公開（公告）號: CN109659358A
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳興;王東;吳勇;張進(jìn)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(xué)蕪湖研究院
• 主分類號: H01L29/45
• 分類號: H01L29/45;H01L29/778;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

1.一種氮化鎵HEMT低歐姆接觸電阻結(jié)構(gòu)，包括襯底(101)、緩沖層(102)、溝道層(103)和勢壘功能層(104)，其特征在于，所述襯底(101)、緩沖層(102)、溝道層(103)和勢壘功能層(104)由下而上依次設(shè)置，所述勢壘功能層(104)上方設(shè)有介質(zhì)層(109)，所述介質(zhì)層(109)頂部的兩側(cè)設(shè)有與勢壘功能層(104)連接的源電極(106)和漏電極(105)，所述介質(zhì)層(109)頂部的中間設(shè)有與勢壘功能層(104)連接的柵電極(107)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化鎵HEMT低歐姆接觸電阻結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述襯底(101)的材質(zhì)為藍(lán)寶石、硅、碳化硅、氮化鎵、氧化鋅或金剛石材料。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化鎵HEMT低歐姆接觸電阻結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述緩沖層(102)為GaN緩沖層，采用金屬有機(jī)氣相外延沉積非故意摻雜生長形成的半絕緣高質(zhì)量的GaN薄膜層，薄膜厚度范圍為100nm-100um。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化鎵HEMT低歐姆接觸電阻結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述柵電極(107)為肖特基結(jié)構(gòu)或者金屬-介質(zhì)層-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種氮化鎵HEMT低歐姆接觸電阻結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述勢壘功能層(104)為Al_yGa_1-yN勢壘層，為柵極肖特基接觸提供一定的勢壘高度，其中0<y<1，厚度為5-35nm。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種氮化鎵HEMT低歐姆接觸電阻結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述源電極(106)和漏電極(105)，采用鍺硅/鈦/鋁/鎳/金(Ge_xSi_1-x/Ti/Al/Ni/Au)多層合金，采用電子束蒸發(fā)的方法進(jìn)行制備，其中0<x<1,Ge_xSi_1-x與Al_yGa_1-yN勢壘層形成N型重?fù)诫s，減小歐姆接觸電阻，其中Ge_xSi_1-x厚度為1-20nm，且合金中Ge的摩爾組分為10％-80％。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種氮化鎵HEMT低歐姆接觸電阻結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述歐姆接觸電阻，在氮?dú)猸h(huán)境下，經(jīng)過15-180s時(shí)間的600-1000℃的升溫退火工藝，使多層合金與Al_yGa_1-yN勢壘層形成。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7所述的任意一種氮化鎵HEMT低歐姆接觸電阻結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于：所述制作方法包括以下步驟：

(1)、采用MOCVD技術(shù)與設(shè)備在6inch大小的襯底，襯底選用絕緣或半絕緣的藍(lán)寶石、硅、碳化硅、氮化鎵、氧化鋅和金剛石材料進(jìn)行AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)外延，AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)依次包括緩沖層(102)、溝道層(103)、勢壘功能層(104)及界面處形成的高濃度二維電子氣溝道(108)；

(2)、采用等離子增強(qiáng)化學(xué)沉積方法，在上述AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)材料表面沉積一層SiN_x或是SiO₂薄膜層作為介質(zhì)層，厚度為100-200nm；

(3)、將步驟(2)得到的材料進(jìn)行有機(jī)清洗，清洗結(jié)束后采用光刻和刻蝕技術(shù)將異質(zhì)結(jié)兩端的薄膜介質(zhì)層祛除掉，其余地方保留光刻膠涂層，形成源漏電極凹槽；

(4)、將步驟(3)得到的材料進(jìn)行有機(jī)清洗，清洗結(jié)束后采用電子束蒸鍍技術(shù)進(jìn)行金屬沉積，依次沉積鍺硅(Ge_xSi_1-x)、鈦(Ti)、鋁(Al)、鎳(Ni)和金(Au)五種金屬，其中x取值為10％，五層金屬層的厚度分別為2-10nm、20nm、150nm、50nm和100nm，蒸鍍結(jié)束后采用金屬剝離設(shè)備將光刻膠上面的多層金屬祛除掉，形成只有上述異質(zhì)結(jié)兩端才存在該多層金屬的圖案；

(5)、將步驟(4)得到的材料進(jìn)行有機(jī)清洗，清洗結(jié)束后進(jìn)行退火處理，退火溫度為700-900℃，退火時(shí)間為10-60s；

(6)、將步驟(5)得到的材料進(jìn)行有機(jī)清洗，清洗結(jié)束后采用光刻和刻蝕技術(shù)將異質(zhì)結(jié)中間的薄膜介質(zhì)層祛除掉，其余地方保留光刻膠涂層，形成柵電極凹槽；

(7)、將步驟(6)得到的材料進(jìn)行有機(jī)清洗，清洗結(jié)束后采用電子束蒸鍍技術(shù)進(jìn)行金屬沉積，依次沉積鎳(Ni)、鉑(Pt)、金(Au)和鈦(Ti)四種金屬，厚度分別15nm、20nm、500nm和5nm，蒸鍍結(jié)束后采用金屬剝離設(shè)備將光刻膠上面的多層金屬祛除掉，形成只有上述異質(zhì)結(jié)中間柵電極位置才存在該多層金屬的圖案。