[發明專利]制造HEMT器件的柵極端子的方法和HEMT器件

在審

• 申請號: 202011182250.3
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112750701A
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: F·尤克拉諾;C·特林加里
• 申請（專利權）人: 意法半導體股份有限公司
• 主分類號: H01L21/335
• 分類號: H01L21/335;H01L21/28;H01L29/423;H01L29/47;H01L29/778
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 羅利娜

本公開的各實施例涉及制造HEMT器件的柵極端子的方法和HEMT器件。一種用于制造HEMT器件的方法，包括：在異質結構上形成電介質層；形成穿過電介質層的貫通開口；以及在貫通開口中形成柵極電極。形成柵極電極包括：形成犧牲結構；通過蒸鍍沉積第一柵極金屬層；實施犧牲結構的剝離；通過濺射沉積第二柵極金屬層；以及沉積第三柵極金屬層。第二柵極金屬層形成抵抗金屬原子向異質結構擴散的屏障。

技術領域

本公開涉及一種用于制造高電子遷移率晶體管(HEMT)器件的方法以及HEMT器件。

背景技術

高電子遷移率晶體管HEMT是已知的，高電子遷移率晶體管HEMT是基于在異質結處(即，在具有不同帶隙的半導體材料之間的界面處)的高遷移率二維電子氣(2DEG)層的形成。例如，基于氮化鋁鎵(AlGaN)層和氮化鎵(GaN)層之間的異質結的HEMT晶體管是已知的。

基于異質結或AlGaN/GaN異質結構的HEMT晶體管提供了多種優勢，使它們特別適合并且被廣泛用于不同的應用。例如，HEMT晶體管的高擊穿閾值被用于高性能功率開關；電子在導電通道中的高遷移率允許形成高頻放大器；此外，電子在2DEG中的高濃度允許在導通狀態下實現低電阻(“導通狀態電阻”R_ON)。

此外，用于射頻(RF)應用的基于GaN的器件通常比類似的硅LDMOS器件具有更好的RF性能。

基于GaN的HEMT器件的關鍵方面之一，特別是在RF應用中，與柵極電流有關。這是當器件處于關閉狀態時，在漏極電極處可檢測到電流泄漏的主要原因。泄漏電流的高值會大大降低器件的射頻(RF)性能。

發明內容

申請人已經分析了HEMT器件中的泄漏電流的不同原因，基本上標識了三種可能的路徑：(a)通過異質結構的表面，由于在異質結構的表面鈍化或清潔步驟期間引入的表層陷阱；(b)在柵極電極和源極電極之間，由于彼此接近的柵極電極和源極電極的橫向擴大；以及(c)通過肖特基勢壘，由于勢壘電位的降低。

申請人發現，前述可能的原因(a)和(b)在柵極泄漏電流的生成中扮演無關重要的角色，而原因(c)是主要原因。

消除勢壘電位降低的一種方法預期了，在柵極電極和異質結構的AlGaN勢壘層之間使用鎳(Ni)作為接觸金屬。鎳因其高功函數而被使用。然而，鎳具有相對較高的電阻，這使其不適合完全形成柵極電極。為此，金(Au)的層被用來覆蓋鎳和降低其電阻。然而，由于金引起的CMOS工藝線中使用的機械的污染，這種方法使得制造過程不能用在CMOS生產線中。用于形成柵極電極的一種可能的鎳替代品是鋁(Al)，由于鋁的良好的導電性，因此可以在沒有金覆蓋的情況下被利用。但是，鋁的功函數較低，選擇也不是最佳選擇，因為該解決方案不允許有效降低柵極泄漏電流。此外，鋁在異質結構中擴散，引起有利于關斷狀態下的泄漏電流的導電路徑。

在各種實施例中，本公開提供了一種用于制造HEMT器件的方法及其HEMT器件，其適于克服現有技術的缺點。

根據本公開，提供了一種用于制造HEMT器件的方法和HEMT器件。

在一個或多個實施例中，提供了一種用于制造HEMT器件的方法，方法包括：在半導體主體的異質結構上形成電介質層；形成穿過電介質層延伸到異質結構的表層區域的貫通開口；以及在貫通開口中形成柵極電極。形成柵極電極包括：在電介質層上形成犧牲結構，犧牲層在電介質層上橫向延伸到貫通開口；通過蒸鍍過程，將第一柵極金屬層沉積在貫通開口中并且沉積到犧牲結構上，第一柵極金屬層被配置為與異質結構形成肖特基接觸；移除犧牲結構和第一柵極金屬層在犧牲結構上的部分；通過濺射過程，在第一金屬層和電介質層上并且與其直接接觸地沉積第二柵極金屬層；以及在第二柵極金屬層上沉積第三柵極金屬層，第三柵極金屬層包括鋁。第二柵極金屬層形成抵抗鋁原子從第三金屬層向異質結構擴散的屏障。