一种低欧姆接触电阻的半导体器件及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种低欧姆接触电阻的半导体器件及其制作方法，半导体器件从下到上依次包括：衬底层；氮化物成核层；氮极性面的氮化物缓冲层；氮化物势垒层；氮化物沟道层；氮化物过渡层；氮化物帽层；氮化物过渡层和氮化物帽层的中部被刻蚀贯穿形成栅极凹槽；源极和漏极，在源极和漏极之间位于栅极凹槽内的栅极，栅极与氮化物过渡层及氮化物帽层分离。本发明专利技术半导体器件中源、漏金属电极通过氮化物帽层以及氮化物过渡层与沟道层中的二维电子气相连，在利用氮极性面氮化物材料以及氮化物帽层等优势的基础上，引入一层氮化物过渡层，使得源、漏金属电极与沟道层中二维电子气之间的势垒几乎为零，接触电阻非常低，可广泛应用于氮化镓器件。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，半导体器件从下到上依次包括：衬底层；氮化物成核层；氮极性面的氮化物缓冲层；氮化物势垒层；氮化物沟道层；氮化物过渡层；氮化物帽层；氮化物过渡层和氮化物帽层的中部被刻蚀贯穿形成栅极凹槽；源极和漏极，在源极和漏极之间位于栅极凹槽内的栅极，栅极与氮化物过渡层及氮化物帽层分离。本专利技术半导体器件中源、漏金属电极通过氮化物帽层以及氮化物过渡层与沟道层中的二维电子气相连，在利用氮极性面氮化物材料以及氮化物帽层等优势的基础上，引入一层氮化物过渡层，使得源、漏金属电极与沟道层中二维电子气之间的势垒几乎为零，接触电阻非常低，可广泛应用于氮化镓器件。【专利说明】
本专利技术涉及半导体电子
，特别是涉及。
技术介绍
第三代半导体氮化镓的介质击穿电场高达3MV/cm,远远高于第一代半导体娃 (Si)和第二代半导体砷化镓(GaAs)，因此氮化镓电子器件能承受很高的电压。同时，氮化镓可以与铝镓氮形成异质结结构。在异质结的界面附近，可以形成具有很高电子浓度和电子迁移率的二维电子气(2DEG)沟道。在此异质结基础上制成的氮化镓高电子迁移率晶体管(HEMT)可以同时具有高频率和高电流密度的特性，并具有很低的导通电阻。这些特性使氮化镓HEMT特别适用于制造高频的大功率射频器件和高耐压大电流的开关器件。 氮化镓HEMT的射频输出和小信号性能优异，然而其小信号性能受器件中寄生电阻的限制，且随着器件尺寸(如栅长)的缩小越来越严重。大的源漏极欧姆接触电阻引起的寄生延迟成为限制氮化镓晶体管截止频率&和最大振荡频率fmax的重要因素。尤其对于亚微米氮化镓HEMT来说，为了提高氮化镓HEMT器件的小信号性能以及器件的截止频率，需要源漏极的欧姆接触电阻尽可能低。 参图1a所示，常规的氮化镓HEMT是在氮化镓的镓面上制作的，源、漏金属电极通过宽禁带的铝镓氮势垒层与异质结沟道中的二维电子气相连，由于铝镓氮的势垒较高，导致接触电阻较大，而且很难进一步降低，严重限制了器件的性能。为了获得低的欧姆接触电阻，可以从降低金属电极和沟道二维电子气之间的势垒来考虑。 氮极性面氮化镓上制作的HEMT器件，源、漏金属电极通过相对窄禁带的氮化镓沟道层与二维电子气相连，有利于制作低阻欧姆接触。在此基础上，在氮化镓沟道层和源、漏金属电极之间加入氮化物帽层，达到进一步降低欧姆接触电阻的目的。但是上述结构仍然存在一个问题:氮化镓沟道层和氮化物帽层之间的接触势垒仍然较高，为了进一步降低接触电阻，非常有必要在氮化镓沟道层和氮化物帽层间加入一层过渡层，以达到降低接触势垒，获得低接触电阻的目的。 因此，针对上述技术问题，有必要提供，以改善器件的欧姆接触电阻，提高器件的小信号性能。
技术实现思路
有鉴于此，为了解决所述现有技术中的问题，本专利技术半导体器件及其制作方法提出了在氮极性面的氮化物材料上，利用氮化物过渡层和氮化物帽层实现低阻欧姆接触的结构设计。 为了实现上述目的，本专利技术实施例提供的技术方案如下: 一种低欧姆接触电阻的半导体器件，所述半导体器件从下到上依次包括: 衬底层； 位于衬底层上的氮化物成核层； 位于成核层上的氮极性面的氮化物缓冲层； 位于所述氮化物缓冲层上的氮化物势垒层； 位于所述氮化物势垒层上的氮化物沟道层； 位于所述氮化物沟道层上的氮化物过渡层； 位于所述氮化物过渡层上的氮化物帽层； 所述氮化物过渡层和所述氮化物帽层的中部被刻蚀贯穿形成栅极凹槽； 位于所述氮化物帽层上的源极和漏极，在源极和漏极之间位于所述栅极凹槽内的栅极，所述栅极与氮化物过渡层及氮化物帽层分离，所述栅极为肖特基结构或金属-介质层-半导体结构。 作为本专利技术的进一步改进，所述源极与所述漏极通过氮化物帽层以及氮化物过渡层与氮化物沟道层中的二维电子气相连。 作为本专利技术的进一步改进，所述栅极凹槽底部包括氮化物帽层，栅极位于栅极凹槽底部的氮化物帽层上。 作为本专利技术的进一步改进，所述氮化物势垒层及氮化物沟道层两端全部或部分被刻蚀形成台阶，所述氮化物过渡层位于台阶上。 作为本专利技术的进一步改进，所述氮极性面的氮化物缓冲层为氮化镓、铝镓氮中的一种或两种的组合。 作为本专利技术的进一步改进，所述氮化物势垒层是铝镓氮、铟铝氮、铝铟镓氮、氮化铝中一种或包含所述材料的多层多种材料的组合。 作为本专利技术的进一步改进，所述氮化物沟道层为氮化镓或包含氮化镓的单层或多层多种材料的组合。 作为本专利技术的进一步改进，所述所述栅极为金属-介质层-半导体结构时，介质层为二氧化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝、二氧化铪中的一种或包含所述材料的多层多种材料的组合。 作为本专利技术的进一步改进，所述氮化物帽层为氮化铟、氮化镓、铟镓氮中的一种或包含所述材料的多层多种材料的组合。 作为本专利技术的进一步改进，所述氮化物过渡层是铟组分变化的铟镓氮过渡层，所述铟镓氮过渡层中铟组分的原子百分比在远离所述沟道层的方向上逐渐增加。 作为本专利技术的进一步改进，所述氮化物过渡层是具有超晶格结构的氮化镓/铟镓氣，超晶格结构的氣化嫁/钢嫁氣每层的厚度范围为0.l-10nm。 相应地，一种低欧姆接触电阻的半导体器件的制作方法，所述制作方法包括以下步骤: 提供衬底层； 在所述衬底层上形成氮化物成核层； 在所述氮化物成核层上形成氮极性面的氮化物缓冲层； 在所述氮化物缓冲层上形成氮化物势垒层； 在所述氮化物势垒层上形成氮化物沟道层； 在所述氮化物沟道层上形成氮化物过渡层； 在所述氮化物过渡层上形成氮化物帽层； 将所述氮化物过渡层和所述氮化物帽层的中部刻蚀，形成贯穿的栅极凹槽； 在所述氮化物帽层上形成源极和漏极，在源极和漏极之间位于所述栅极凹槽内形成栅极，所述栅极与氮化物过渡层和氮化物帽层分离，所述栅极为肖特基结构或金属-介质层-半导体结构。 与传统的镓面氮化镓HEMT器件不同，本专利技术的半导体器件是在氮极性面的氮化物上制作实现的，同时采用氮化物帽层，并在氮化物帽层和氮化物沟道层之间加入氮化物过渡层，是一种低欧姆接触电阻的器件结构。 首先，氮极性面的氮化物上制作的HEMT器件，其源、漏金属电极通过禁带宽度更窄的氮化物沟道层与沟道中的二维电子气相连，形成的接触电阻可以更低；其次，采用氮化物帽层，进一步降低了接触电阻。但是上述结构仍然存在一个问题:氮化物帽层与氮化镓沟道层直接接触时势垒较大，不利于电子的流动。最后，为了消除氮化物沟道层和氮化物帽层直接接触时形成的高势垒，在氮化物沟道层和氮化物帽层之间增加一层氮化物过渡层。氮化物过渡层的加入，使得氮化物帽层、氮化物过渡层以及氮化物沟道层之间的势垒高度接近零，非常有利于低欧姆接触电阻的形成。 本专利技术的核心思想是结合氮极性面氮化物材料以及氮化物帽层的优点，在结构中加入一层氮化物过渡层，使得金属电极和二维电子气间的势垒几乎为零，从而实现了低接触电阻的结构。 【专利附图】【附图说明】 为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，附图中: 图1a为常规的镓面氮化镓HEMT器件的剖面结构示意图； 图1b为常规的镓面氮化镓HEMT器件的能带图； 图2a本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低欧姆接触电阻的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件从下到上依次包括：衬底层；位于衬底层上的氮化物成核层；位于成核层上的氮极性面的氮化物缓冲层；位于所述氮化物缓冲层上的氮化物势垒层；位于所述氮化物势垒层上的氮化物沟道层；位于所述氮化物沟道层上的氮化物过渡层；位于所述氮化物过渡层上的氮化物帽层；所述氮化物过渡层和所述氮化物帽层的中部被刻蚀贯穿形成栅极凹槽；位于所述氮化物帽层上的源极和漏极，在源极和漏极之间位于所述栅极凹槽内的栅极，所述栅极与氮化物过渡层及氮化物帽层分离，所述栅极为肖特基结构或金属‑介质层‑半导体结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：裴轶，刘沙沙，
申请(专利权)人：苏州能讯高能半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32