[发明专利]一种适用于铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管的肖特基接触系统

说明书

本发明公开了一种适用于铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管的肖特基接触系统，AlGaN/GaN HEMT的栅电极采用双层Ni/Mo/Ti/Pt/Y/Ti结构的肖特基接触系统，且第二层Ni/Mo/X/Y/Ti宽度大于第一层Ni/Mo/X/Y/Ti宽度；肖特基接触系统采用蒸发的方法在AlGaN势垒层的表面依次淀积Ni、Mo、X、Y、Ti、Ni、Mo、X、Y、Ti形成栅电极，其中，X金属层为Ti或Ti/Pt或Ti/Pt/Ti/Pt或Ti/Mo/Ti/Mo；Y金属层为Au或Al或Cu或Au/Pt/Au或Al/Pt/Al或Cu/Pt/Cu。本发明制得肖特基接触系统与传统的肖特基接触系统相比，具有更小的热胀系数及更低热导率，在器件工作时使得其中的金属层具有比外延层更低的温度，从而规避其热胀因素对器件性能与可靠性的影响，同时还降低了栅阻，提升器件的频率特性。

技术领域

本发明涉及的是一种适合铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管的具有复合金属势垒层的肖特基接触系统。

背景技术

铝镓氮化合物(AlGaN)/氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)作为第三代宽禁带化合物半导体器件,其所具有的高频、大功率特性是现有Si和GaAs等半导体技术所不具备的，使得其在微波应用领军具有独特的优势，从而成为了半导体微波功率器件研究的热点。近年来研究人员在AlGaN/GaN HEMT的微波性能方面已取得了很好的突破,特别是输出功率能力方面，目前公开的小尺寸AlGaN/GaN HEMT的输出功率密度在X波段可达30W/mm以上（Wu et al. IEEE Electron Device Lett.，Vol.25，No.3，pp.117-119，2004.）、Ka波段其输出功率甚至也达到了10W/mm以上（T. Palacios et al., IEEE ELECTRON DEVICELETTERS, VOL. 26, NO. 11, pp.781-783，2005.）。

肖特基栅工艺是AlGaN/GaN HEMT器件研制中的关键工艺，肖特基栅的作用一个方面是与AlGaN/GaN HEMT器件形成肖特基接触，从而在器件工作的时候，肖特基栅上的电压变化能够调制沟道中二维电子气。判断肖特基栅工艺好坏一般从势垒的热稳定性、栅阻等几个方面进行判别，但对于AlGaN/GaN HEMT器件来说，还有一个重要的方面就是构成肖特基栅的金属体系热胀系数与GaN或者AlGaN的失配要尽量的小，这是因为一方面AlGaN/GaNHEMT器件中AlGaN势垒层与GaN沟道层存在较大的晶格失配，热胀系数大的肖特基栅金属体系可能加剧这一失配，从而引起器件的可靠性问题；另外GaN或者AlGaN具有很强的压电极化效应，热胀系数大的肖特基栅金属体系还有可能引起还有可能引起器件性能上随温度变化更加剧烈。

目前常用Ni/Au/Ti或者Ni/Pt/Au/Pt/Ti或者Ni/Pt/Au/Ni或者Pt/Au/Pt/Ti等多层金属体系作为AlGaN/GaN HEMT器件的肖特基栅，在这些金属体系中，Ni或者Ni/Pt或者Pt等金属层与AlGaN/GaN HEMT器件的外延层形成肖特基势垒接触，而Au金属层的作用主要是降低栅阻，Au金属层上的Ti或者Ni或者Pt/Ti等金属层的主要作用是保护Au金属层，使得后续淀积SiN保护介质层时Au金属层不会与SiN介质层发生共金反应。Ni/Au/Ti或者Ni/Pt/Au/Pt/Ti或者Ni/Pt/Au/Ni或者Pt/Au/Pt/Ti等多层金属体系作为AlGaN/GaN HEMT器件的肖特基栅时，由于Ni金属层或者Ni/Pt或者Pt金属层由于自身应力较大其厚度一般在30-50nm左右，这样使得其上的Au金属层离AlGaN/GaN HEMT器件的外延层比较靠近，Au金属层与AlGaN/GaN HEMT器件的外延层存在较大的热失配，使得器件在高温下工作时存在可靠性隐患。半导体工艺中可作为AlGaN/GaN HEMT器件肖特基栅的多层金属体系中，除了Au可以起到降低器件栅阻的作用外，还可以选用的有Al或者Cu，但是不管是Au或者是Al还是Cu，它们热胀系数均较大，与AlGaN/GaN HEMT器件的外延层都存在较大的热失配，不利于高可靠AlGaN/GaN HEMT器件的制造，因此需要加以改进，来降低Au或者是Al或者是Cu这几种金属带来的影响。