一种阶梯型源漏极欧姆接触氮化镓场效应管制造技术

本实用新型专利技术公开了一种阶梯型源漏极欧姆接触氮化镓场效应管，包括衬底，衬底外延生长过渡层，过渡层表面外延生长氮化镓层，氮化镓层表面外延生长有未掺杂铝镓氮层作为隔离层，未掺杂铝镓氮层表面外延生长有N型掺杂铝镓氮层，氮化镓层与未掺杂铝镓氮层之间形成有二维电子气，N型掺杂铝镓氮层和未掺杂铝镓氮层的边缘刻蚀形成为具有阶梯形状的侧壁，侧壁表面形成有源极和漏极，源极和漏极表面形成有多金属薄膜结构，N型掺杂铝镓氮层的表面形成有栅极。将源极和漏极在侧壁形成阶梯形状，这种形状增加了欧姆金属材料与半导体的接触面积，影响势垒形状，增大隧穿效应几率。且刻蚀深度非常接近二维电子气，使金属与二维电子气距离减小，可减小欧姆接触电阻。

【技术实现步骤摘要】
一种阶梯型源漏极欧姆接触氮化镓场效应管
本技术涉及半导体器件领域，尤其是指一种阶梯型源漏极欧姆接触氮化镓场效应管。
技术介绍
作为第三代半导体材料的典型代表,宽禁带半导体氮化镓(GaN)具有许多硅材料所不具备的优异性能,是高频、高压、高温和大功率应用的优良半导体材料,在民用和军事领域具有广阔的应用前景。随着GaN技术的进步,特别是大直径硅(Si)基GaN外延技术的逐步成熟并商用化,GaN功率半导体技术有望成为高性能低成本功率技术解决方案,在理论上，利用这些材料制作的高电子迁移率晶体管HEMT、发光二极管LED、激光二极管LD等器件比现有器件具有明显的优越特性，因此其受到国际著名半导体厂商和研究单位的关注。GaN场效应晶体管的典型结构如图1，为经典GaNMESFET剖面图。在衬底材料101表面外延生长过渡层102，过渡层102表面外延生长GaN层103，GaN层103表面外延生长AlGaN层104；AlGaN层104和GaN层103之间，由于压电效应和自发极化，形成一层二维电子气105。在AlGaN层104的表面沉积金属并进行高温退火，形成源极108和漏极106。在AlGaN层104的表面沉积金属，形成栅极107。当漏极106和源极108之间施加固定电压时，通过调节栅极107和源极108之间的偏压，可以控制二维电子气105的电子浓度，从而控制晶体管的导通状态。近年来GaN基器件的研究取得了巨大进展，但仍面临许多难题，其中获得良好欧姆接触是制备高性能GaN基器件的关键之一，特别是大工作电流密度的半导体激光器及高温大功率器件更需要良好的欧姆接触。目前，形成欧姆接触普遍采用的方法是用低功函数的金属Ti与材料表面经退火形成合金效应，增加隧穿几率，利用隧穿效应来减小接触电阻，形成低附加阻抗的欧姆接触。但随着器件特性要求不断提高的情况下，AlGaN/GaN异质结上的欧姆接触工艺也需要不断改进，以减小串联电阻，减小寄生效应，增大器件的放大能力和效率。目前，有采用离子注入的方法对源漏极电极区进行N型注入掺杂，增加接触层的掺杂浓度，提高隧穿几率，从而减小欧姆接触电阻，但这种工艺较为复杂，成本较高，注入的离子需要1000摄氏度以上温度才能激活，这种高温可能会影响材料其他性能。除此之外，还有源漏区刻蚀再生长、采用Ti/Al/Ti/Al/Ti/Al超晶格结构制作欧姆接触等方法，但这些技术目前还处于工艺较复杂，成熟度不高，稳定性差的缺点。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种阶梯型源漏极欧姆接触氮化镓场效应管，以减小欧姆接触电阻和工艺复杂度，降低成本，与目前的硅器件生产线相兼容，避免了金属剥离造成污染影响器件性能。为实现上述目的，本技术所提供的技术方案为：一种阶梯型源漏极欧姆接触氮化镓场效应管，包括有衬底，在所述衬底外延生长有过渡层，在所述过渡层表面外延生长有氮化镓层，在所述氮化镓层表面外延生长有未掺杂铝镓氮层作为隔离层，在所述未掺杂铝镓氮层表面外延生长有N型掺杂铝镓氮层，所述氮化镓层与未掺杂铝镓氮层由于自发极化和压电效应，在氮化镓层和隔离层之间形成有一层二维电子气，所述N型掺杂铝镓氮层和未掺杂铝镓氮层的边缘刻蚀形成为具有阶梯形状的侧壁，在所述侧壁表面形成有源极和漏极，在所述源极和漏极表面形成有多金属薄膜结构，在所述N型掺杂铝镓氮层的表面形成有栅极。所述未掺杂铝镓氮层的刻蚀深度与氮化镓层表面距离为2nm至5nm。所述N型掺杂铝镓氮层的刻蚀深度为30nm至50nm。所述源极和漏极为Ti/Al/Ni/Au、AuGeNi/Ag/Au、Au/Ag/Au中的一种。所述多金属薄膜结构和栅极为Ti/Al/Ni/Au、Ti/Al/W、Ni/Al/W、Ti/W、Ni/W、Ti/Al/Pt、Ni/Al/Pt、Ti/Pt和Ni/Pt中的一种。所述过渡层为氮化铝，厚度为5nm至10nm。所述氮化镓层的厚度为1000nm至5000nm。所述未掺杂铝镓氮层的厚度为7nm至10nm。所述N型掺杂铝镓氮层的厚度为20nm至100nm。所述衬底为硅、碳化硅、氮化镓和氧化铝中的一种。本技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：本技术在于源极和漏极在侧壁形成阶梯形状，这种形状增加了欧姆金属材料与半导体的接触面积，影响势垒形状，增大隧穿效应几率。且刻蚀深度非常接近二维电子气，使金属与二维电子气距离减小，可减小欧姆接触电阻。附图说明图1为经典GaNMESFET剖面图。图2为本技术的阶梯型源漏极欧姆接触氮化镓场效应管结构示意图。图3至图9是制作本技术阶梯型源漏极欧姆接触氮化镓场效应管的流程示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本技术作进一步说明。参见附图2，本实施例所述的阶梯型源漏极欧姆接触氮化镓场效应管，包括有衬底201，在所述衬底201外延生长有过渡层202，在所述过渡层202表面外延生长有氮化镓层203，在所述氮化镓层203表面外延生长有未掺杂铝镓氮层204，在所述未掺杂铝镓氮层204表面外延生长有N型掺杂铝镓氮层205，所述氮化镓层203和未掺杂铝镓氮层204之间形成有一层二维电子气206，所述N型掺杂铝镓氮层205和未掺杂铝镓氮层204的边缘刻蚀形成为具有阶梯形状的侧壁，在所述侧壁表面形成有源极209和漏极207，在所述源极209和漏极207表面形成有多金属薄膜结构212，在所述N型掺杂铝镓氮层205的表面形成有栅极208。下面结合附图3-附图9对本实施例上述阶梯型源漏极欧姆接触氮化镓场效应管的制作过程进行具体说明，其情况如下：如图3所示，在衬底201表面外延生长过渡层202，所述衬底201的材料选择有硅、碳化硅、氮化镓或氧化铝，而在本实施例优选碳化硅，所述过渡层202的材料是氮化铝，所述过渡层202的厚度为5nm至10nm，而在本实施例优选5nm；过渡层202表面外延生长氮化镓层203，其厚度为1000nm至5000nm，在本实施例优选1000nm；氮化镓层203表面外延生长未掺杂铝镓氮层204作为隔离层，厚度为7nm至10nm，铝的摩尔组分为10％至50％，而在本实施例优选Al的摩尔组分为25％，厚度为8nm；未掺杂铝镓氮层204表面外延生长N型掺杂铝镓氮层205，其厚度为20nm至100nm，铝的摩尔组分为10％至50％，而在本实施例优选Al的摩尔组分为25％，厚度为50nm；氮化镓层203与未掺杂铝镓氮层205由于自发极化和压电效应，在氮化镓层203和隔离层204之间形成一层二维电子气206。如图4所示，在所述N型掺杂铝镓氮层205表面通过第一次光刻和第一次等离子刻蚀，形成工作区域A-A’，所述工作区域用于在后续工艺中形成氮化镓场效应管的导电通道。以所述第一次光刻出的工作区域图形，通过使用BCl3和Cl2的混合气体依次对N型掺杂铝镓氮层205、未掺杂铝镓氮层204和氮化镓层203进行第一次等离子体刻蚀，刻蚀深度与氮化镓层203表面距离d1为2nm至5nm，在本实施例优选2nm，通过刻蚀时间和刻蚀功率控制该刻蚀深度。如图5所示，在所述工作区域表面进行第二次光刻和第二次等离子体刻蚀，以形成源极和漏极欧姆接触区域。以所述第二次光刻出的图形，通过使用BCl3和Cl2的混合气体依次对所述工作区域进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阶梯型源漏极欧姆接触氮化镓场效应管，包括有衬底，其特征在于：在所述衬底外延生长有过渡层，在所述过渡层表面外延生长有氮化镓层，在所述氮化镓层表面外延生长有未掺杂铝镓氮层作为隔离层，在所述未掺杂铝镓氮层表面外延生长有N型掺杂铝镓氮层，所述氮化镓层与未掺杂铝镓氮层由于自发极化和压电效应，在氮化镓层和隔离层之间形成有一层二维电子气，所述N型掺杂铝镓氮层和未掺杂铝镓氮层的边缘刻蚀形成为具有阶梯形状的侧壁，在所述侧壁表面形成有源极和漏极，在所述源极和漏极表面形成有多金属薄膜结构，在所述N型掺杂铝镓氮层的表面形成有栅极。

【技术特征摘要】
1.一种阶梯型源漏极欧姆接触氮化镓场效应管，包括有衬底，其特征在于：在所述衬底外延生长有过渡层，在所述过渡层表面外延生长有氮化镓层，在所述氮化镓层表面外延生长有未掺杂铝镓氮层作为隔离层，在所述未掺杂铝镓氮层表面外延生长有N型掺杂铝镓氮层，所述氮化镓层与未掺杂铝镓氮层由于自发极化和压电效应，在氮化镓层和隔离层之间形成有一层二维电子气，所述N型掺杂铝镓氮层和未掺杂铝镓氮层的边缘刻蚀形成为具有阶梯形状的侧壁，在所述侧壁表面形成有源极和漏极，在所述源极和漏极表面形成有多金属薄膜结构，在所述N型掺杂铝镓氮层的表面形成有栅极。2.根据权利要求1所述的一种阶梯型源漏极欧姆接触氮化镓场效应管，其特征在于：所述未掺杂铝镓氮层的刻蚀深度与氮化镓层表面距离为2nm至5nm。3.根据权利要求1所述的一种阶梯型源漏极欧姆接触氮化镓场效应管，其特征在于：所述N型掺杂铝镓氮层的刻蚀深度为30nm至50nm。4.根据权利要求1所述的一种阶梯型源漏极欧姆接触氮化镓场效应管，其特征在于：所述源极和漏极为Ti/Al/Ni/Au、Au...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔敬峰，张杨，毛明明，李煜炜，刘振奇，
申请(专利权)人：中山德华芯片技术有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44