[發明專利]一種基于氮化鎵功率HEMT結構低歐姆接觸電阻的結構及其制作方法

在審

• 申請號: 201811384305.1
• 申請日: 2018-11-20
• 公開（公告）號: CN109659362A
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 陳興;王東;吳勇;張進成;何滇;伍旭東;檀生輝;衛祥;張金生;郝躍
• 申請（專利權）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;H01L21/285;H01L21/335
• 代理公司: 蕪湖思誠知識產權代理有限公司 34138
• 代理人: 房文亮

一種基于氮化鎵功率HEMT結構低歐姆接觸電阻的結構及其制作方法，屬于微電子技術領域，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有介質層，在氮化鎵溝道層與鋁鎵氮勢壘層之間形成二維電子氣溝道，本發明制造工藝簡單，重復性好，適用于GaN基功率HEMT器件應用。

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，具體而言是一種基于Sn/Ti/Al/Ti/Au復合結構的氮化鎵HEMT低電阻歐姆接觸的制作方法，制備的器件可用于高壓大功率應用場合。

背景技術

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、高電子飽和漂移速度、抗輻射能力強和良好的化學穩定性等優越性質，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勢，是實現高溫與大功率、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、光電子等高新技術以及國防工業、信息產業、機電產業和能源產業等支柱產業進入21世紀后賴以繼續發展的關鍵基礎材料。

GaN基HEMT器件是在能形成二維電子氣(2DEG)的異質結上用類似金屬半導體場效應晶體管(MESFET)的工藝制作成而成，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的厚度，從而控制溝道2DEG的濃度及器件的工作狀態。根據YoleDéveloppement公司去年發布的《功率GaN：外延、器件、應用及技術趨勢-2017版》報告，2016年，全球功率GaN市場規模已經達到了1400萬美元。功率GaN技術憑借其高性能和高頻解決方案適用性，短期內預計將展現巨大的市場潛力。

發明內容

本發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化角度提出基于Sn/Ti/Al/Ti/Au復合結構的氮化鎵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。

為實現上述目的，本發明的器件結構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有介質層，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。

優選的，低溫氮化鎵成核層，生長溫度400-700℃，薄膜厚度10-50nm，用于為后續的氮化鎵緩沖層生長提供成核節點，提高氮化鎵薄膜結晶質量。

優選的，所述氮化鎵緩沖層，為采用金屬有機源化學氣相沉積(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。其質量直接影響隨后生長的異質結的質量，該區域的各種晶格缺陷還能俘獲電子，從而影響2DEG的密度。

優選的，所述氮化鎵溝道層、鋁鎵氮插入層和AlGaN勢壘功能層界面處形成的高濃度2DEG的溝道。

優選的，所述的漏電極和源電極，采用錫/鈦/鋁/鈦/金(Sn/Ti/Al/Ti/Au)多層合金。錫金屬層厚度為1-20nm，形成N型重摻雜，減小歐姆接觸電阻。

優選的，所述的柵電極為常規的肖特基接觸或者金屬-介質層-半導體結構。