[发明专利]一种自对准低欧姆接触电阻GaN HEMT器件及其制造方法

说明书

本发明涉及一种自对准超低欧姆接触电阻GaN HEMT器件及其制造方法，主要解决了超高频器件尺寸极限微缩条件下对栅源、栅漏间距的有效调制问题，并且具备较高的工艺稳定性，可以实现实验室外的生产制造；所述器件包括衬底、缓冲层、高掺杂n⁺‑GaN层、源极、势垒层、栅极、势垒金属层和漏极。所述器件基本制造流程为先制造出肖特基T型栅结构，利用所述T型栅结构的金属栅帽作为浮空掩膜，结合高各向异性刻蚀技术，实现对源漏区域的定义，进而实现可靠的短欧姆接触间距，有效降低GaN基器件沟道中载流子渡越时间带来的寄生延时，提升器件截止频率性能。

技术领域

本发明属于半导体器件制造技术领域，特别是一种自对准低欧姆接触电阻 GaNHEMT器件及其制造方法。

背景技术

GaN材料由于其宽禁带、高电子饱和漂移速度、高击穿场强等优势，在武器装备、空间应用、无线通信等领域具有重大应用价值。特别是基于GaN材料的超高频高电子迁移率晶体管(HEMT)，在民用和武器装备领域已经发展出诸多应用场景。

GaN微波器件截止频率性能提升的重要手段是控制寄生延时，对于横向沟道器件来说，要求实现器件尺寸的微缩，横向方面诸如漏极至源极的距离、栅的长度，纵向方面诸如栅极肖特基接触与二维电子气的距离等以实现尽可能短的载流子渡越时间和良好的栅控等性能。因此，尽量短的欧姆接触间距是截止频率性能提升的重要课题之一。传统的欧姆接触制造方式主要是基于Ti/Al或 Ti/Al/Ni/Au多层金属结构的合金工艺，合金时通常需要800-900℃的快速热退火，此时Al的熔融颗粒会导致金属边缘颗粒化，对于微波器件来说，颗粒会影响电场分布、产生信号衰减，同时颗粒的物理结构也会限制欧姆接触间距的缩短。为了克服这一难题，基于再生长技术的欧姆接触制造方式逐渐成为超高频GaN HEMT器件制造的主流。2015年美国休斯实验室在超薄势垒的AlN/GaN异质结表面通过缩短栅源/栅漏间距至50nm、栅长20nm实现了f_T/f_max＝444/454GHz的高截止频率性能结果(参见文献Tang Y,Shinohara K,Regan D,et al. Ultrahigh-Speed GaN High-Electron-MobilityTransistors With f_T/f_max of 454/444 GHz[J].IEEE Electron Device Letters,2015,36(6):549-551.)，实验结果证实通过缩短栅源和栅漏间距，可以实现低的导通电阻，从而对截止频率性能产生影响的重要影响因素。

中国专利CN 1998085 B公开了“制作具有再生长欧姆接触区的氮化物基晶体管的方法以及具有再生长欧姆接触区的氮化物基晶体管”，其基本原理是使用 MOCVD或者MBE技术在氮化物半导体欧姆接触区域进行掺杂Si、Ge和/或O 的InGaN、AlInGaN、InAlN、GaN、AlGaN和/或InN生长以实现低欧姆接触电阻特性。该方案能够较好地实现氮化物半导体表面低欧姆接触电阻，但是受制于栅制备技术限制，无法实现高性能的微波器件。

中国专利201710549494.2公开了“基于自对准栅的GaN超高频器件及制作方法”，其基本原理是T型栅光刻完毕后直接进行势垒层刻蚀和氧化，形成栅介质，随后蒸发栅金属，实现T型栅电极、凹槽与栅介质的自对准。该方案能够实现短栅长条件下低栅漏电的超高频GaN器件，且避免了T型栅结构二次光刻带来的套准误差，但是无法缩短载流子在沟道方向的渡越时间。

中国专利CN 103715255 B公开了“一种自对准栅GaN HEMT器件及其制备方法”，其基本原理是在基片表面淀积SiN介质，刻蚀源漏区域制造源漏金属，并用氧化物对金属侧面进行保护，再利用干法刻蚀过程中对SiN和光刻胶的高选择比刻蚀出栅槽，完成自对准栅的GaN HEMT制造。该方案能够实现栅与源漏欧姆接触的自对准，但是无法实现超高频器件要求的T型栅，并且栅保护SiN 介质的刻蚀过程会对势垒层造成无法避免的损伤。