[發明專利]一種基于Si襯底氮化鎵HEMT低電阻歐姆接觸的結構及其制作方法

在審

• 申請號: 201811384310.2
• 申請日: 2018-11-20
• 公開（公告）號: CN109638071A
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 王東;陳興;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: H01L29/45
• 分類號: H01L29/45;H01L29/778;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Si襯底氮化鎵HEMT低電阻歐姆接觸的結構及其制作方法，屬于微電子技術領域，包括Si襯底、低溫氮化鋁成核層、鋁鎵氮過渡層一、鋁鎵氮過渡層二、鋁鎵氮過渡層三、氮化鎵緩沖層、氮化鎵溝道層、鋁鎵氮勢壘層、分居兩端的漏電極和源電極以及兩者中間的柵電極，上述各層從下至上依次排布，其中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，柵電極和鋁鎵氮勢壘層之間還設有柵介質層，本發明制造工藝簡單，重復性好，適用于Si襯底氮化鎵HEMT器件應用。

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，涉及半導體器件領域，具體而言是一種基于Si襯底氮化鎵HEMT低電阻歐姆接觸的結構及其制作方法，制備的器件可用于高壓大功率應用場合以及構成數字電路基本單元。

背景技術

氮化鎵是第三代半導體材料的典型代表，具有寬禁帶、高擊穿電場、高頻、高效等優異性質。氮化鎵和鋁鎵氮形成調制摻雜的AlGaN/GaN異質結構，該結構在室溫下可以獲得高于1500cm²/Vs的電子遷移率，以及高達3×10⁷cm/s的峰值電子速度和2×10⁷cm/s的飽和電子速度，并獲得比第二代化合物半導體異質結構更高的二維電子氣密度，被譽為是研制微波功率器件的理想材料。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。

雖然GaN基器件的研究已取得了很大的進展，但是由于獲得的GaN材料的質量還不夠高，使得GaN基器件的優越性并未完全體現出來。GaN材料質量存在的主要問題是材料中有非常高的缺陷密度，尤其是位錯密度。由于GaN體單晶制備困難，目前GaN薄膜主要是在藍寶石、SiC、Si、GaAs等襯底上通過異質外延獲得的。

表1 GaN與幾種襯底材料的晶格常數和熱膨脹系數

從表1的晶格常數和熱膨脹系數值可以看出，這些襯底和GaN之間都存在比較大的晶格失配和熱失配，這導致了在GaN薄膜的異質外延過程中產生了高達10⁸～10¹¹cm^-2的位錯密度。高密度的位錯必然會極大影響GaN基器件的性能，限制了其優越性的充分發揮。因此，減少位錯等缺陷的密度成為GaN材料研究中急待解決的一個難題。隨著MOCVD技術的發展，結合Si襯底的低成本和產業界成熟的Si工藝線，高質量的Si襯底氮化鎵外延及器件制備技術已成為企業、高校及科研院所的重點研究目標。

發明內容

本發明的目的在于針對Si襯底氮化鎵HEMT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一種基于Si襯底氮化鎵HEMT低電阻歐姆接觸的結構及其制作方法，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Si襯底、低溫氮化鋁成核層、鋁鎵氮過渡層一、鋁鎵氮過渡層二、鋁鎵氮過渡層三、氮化鎵緩沖層、氮化鎵溝道層、鋁鎵氮勢壘層、分居兩端的漏電極和源電極以及兩者中間的柵電極，上述各層從下至上依次排布，其中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，柵電極和鋁鎵氮勢壘層之間還設有柵介質層。

優選的，所述Si襯底為可以用來外延GaN薄膜的所有材料，包括絕緣或半絕緣的硅襯底材料，晶向為<111>。

優選的，所述的低溫氮化鋁成核層，采用金屬有機氣相外延沉積非故意摻雜(MOCVD)技術生長，生長溫度400-700℃，薄膜厚度10-100nm，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。