[发明专利]一种基于氮化镓增强型HEMT器件低电阻欧姆接触的结构及其制作方法

说明书

一种基于氮化镓增强型HEMT器件低电阻欧姆接触的结构及其制作方法，属于微电子技术领域，包括衬底、低温氮化镓成核层、氮化镓缓冲层、氮化镓沟道层、氮化铝插入层、铝镓氮势垒层、漏电极、源电极、栅电极和介质层，其中漏电极和源电极分居栅电极的两端，栅电极与铝镓氮势垒层之间还设有介质层，本发明制造工艺简单，重复性好，适用于GaN HEMT器件应用。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，具体而言是一种基于增强型氮化镓HEMT结构的低欧姆接触电阻及其制作方法，制备的器件可用于高压大功率应用场合。

背景技术

第三代半导体材料即宽禁带(Wide Band Gap Semiconductor，简称WBGS)半导体材料是继第一代硅、锗和第二代砷化镓、磷化铟等以后发展起来。在第三代半导体材料中，氮化镓(GaN)具有宽带隙、直接带隙、高击穿电场、较低的介电常数、高电子饱和漂移速度、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等优越性质，成为继锗、硅、砷化镓之后制造新一代微电子器件和电路的关键半导体材料。特别是高温、大功率、高频和抗辐照电子器件以及全波长、短波长光电器件方面具有得天独厚的优势，是实现高温与大功率、高频及抗辐射、全波长光电器件的理想材料，是微电子、电力电子、光电子等高新技术以及国防工业、信息产业、机电产业和能源产业等支柱产业进入21世纪后赖以继续发展的关键基础材料。

GaN基HEMT器件是在能形成二维电子气(2DEG)的异质结上用类似金属半导体场效应晶体管(MESFET)的工艺制作而成，其源漏之间的主要电导由2DEG导电沟道提供，再由AlGaN势垒层上的肖特基栅施加偏压来改变耗尽区的厚度，从而控制沟道2DEG的浓度及器件的工作状态。根据YoleDéveloppement公司去年发布的《功率GaN：外延、器件、应用及技术趋势-2017版》报告，2016年，全球功率GaN市场规模已经达到了1400万美元。功率GaN技术凭借其高性能和高频解决方案适用性，短期内预计将展现巨大的市场潜力。

发明内容

本发明的目的在于针对氮化镓HEMT功率器件高欧姆接触电阻的难点，从器件工艺制备过程的优化角度提出基于Ge/Ti/Al/Ti/TiN复合结构的氮化镓HEMT低电阻欧姆接触的制作方法，以降低欧姆接触电阻，提高HEMT器件的性能。

为实现上述目的，本发明的器件结构各层从下至上依次排布，包括衬底、低温氮化镓成核层、氮化镓缓冲层、氮化镓沟道层、氮化铝插入层、铝镓氮势垒层、漏电极、源电极、栅电极和介质层，其中漏电极和源电极分居栅电极的两端，栅电极与铝镓氮势垒层之间还设有介质层，在氮化铝插入层与铝镓氮势垒层之间形成二维电子气沟道。

优选的，所述衬底为可以用来外延氮化镓薄膜的所有材料，包括绝缘或半绝缘的蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓和金刚石等材料，尺寸范围为2-8inch。

优选的，低温氮化镓成核层，生长温度400-700℃，薄膜厚度10-50nm，用于为后续的氮化镓缓冲层生长提供成核节点，提高氮化镓薄膜结晶质量。

优选的，所述氮化镓缓冲层，为采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)或其他方法非故意掺杂生长形成的氮化镓薄膜层，薄膜厚度范围为100nm-10um。其质量直接影响随后生长的异质结的质量，该区域的各种晶格缺陷还能俘获电子，从而影响2DEG的密度。

优选的，所述氮化镓沟道层、氮化铝插入层和AlGaN势垒功能层界面处形成的高浓度2DEG的沟道。

优选的，所述的帽层即P型氮化镓帽层，采用MOCVD技术生长，对GaN进行p型掺杂(Mg元素)，形成P型GaN。对底层的2DEG进行耗尽，形成低2DEG浓度的AlGaN/GaN异质结。

优选的，所述的漏电极和源电极，采用锗/钛/铝/钛/氮化钛(Ge/Ti/Al/Ti/TiN)多层合金。锗金属层厚度为1-20nm，形成N型重掺杂，减小欧姆接触电阻。