一种低欧姆接触GaN基高电子迁移率晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低欧姆接触GaN基高电子迁移率晶体管，包括：源极、漏极、栅极和由下至上依次设置的衬底、缓冲层、沟道层、氮化铝势垒层和氮化硅帽层；栅极设置在氮化硅帽层上；源极和漏极均穿过氮化硅帽层延伸至氮化铝势垒层和氮化硅帽层的界面；或者源极和漏极一部分穿过氮化硅帽层延伸至氮化铝势垒层和氮化硅帽层的界面，另一部分穿过氮化硅帽层延伸至氮化铝势垒层内；源极和漏极的材料中含有金属硅化物。本发明专利技术还提供一种低欧姆接触GaN基异质结晶体管的制备方法。本发明专利技术能够降低基于氮化铝势垒层的射频器件的欧姆接触势垒，有效减小源极和漏极与二维电子气沟道之间的欧姆接触电阻，降低工艺复杂度的同时提高了器件的射频性能。性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
一种低欧姆接触GaN基高电子迁移率晶体管及其制备方法


[0001]本专利技术属于微电子
，具体涉及一种低欧姆接触GaN基高电子迁移率晶体管及其制备方法。

技术介绍

[0002]GaN射频器件具有高输出功率密度、高效率、耐高温等优异性能，因此成为卫星、雷达、5G移动通信系统等领域应用的核心射频器件。特别是移动通讯的工作频率逐渐向向毫米波甚至亚毫米波、太赫兹等更高的频段发展，对半导体射频器件的工作频率的要求也进一步提高。
[0003]常规的氮化镓高电子迁移率晶体管中，较大的欧姆接触电阻很大地限制了器件工作频率的进一步提升。相关技术中已有的可以实现低的接触电阻的的工艺有：
[0004]1.再生长欧姆技术。欧姆区域选区再生长重掺杂硅(Si)的GaN(n
++
GaN)。具体是将欧姆区域选区干法刻蚀，过刻蚀至GaN基异质结二维电子气(2DEG)的下方位置，刻蚀过的凹槽侧壁会暴露出GaN基异质结的2DEG。此时，将该样品在金属有机化合物化学气相沉淀(MOCVD)或者分子束外延(MBE)设备中生长适当厚度的n
++
GaN层，该n
++
GaN层会直接与刻蚀侧壁的2DEG接触，n
++
GaN层与2DEG之间的电阻会是很小的，同时，n
++
GaN层与后续制备的欧姆金属之间的接触电阻也是比较小的。总的结果是欧姆金属与2DEG之间的电阻会减小。
[0005]2.离子注入激活欧姆技术。具体是在欧姆区域选区使用离子注入机注入硅(Si)离子，然后在超过1000℃高温的退火炉中激活注入的Si离子。激活后的Si离子在GaN中呈现n型掺杂，这样n型高掺杂的GaN可以与欧姆金属形成较小的接触电阻。
[0006]3.图形化刻蚀欧姆技术。该技术与前两种技术不同，该技术是在欧姆区域选区干法刻蚀许多小的孔，即在相同的器件尺寸下，这样增大侧壁2DEG与后续制备的欧姆金属的接触面积来减小等效的欧姆接触电阻。
[0007]上述技术涉及欧姆选区干法刻蚀技术、再生长技术、离子注入技术、高温激活等技术，这些每个技术都需要单独的工艺开发，优化，以及整体制备工艺的整合，制备工艺复杂，成本较高。特别是针对基于氮化铝势垒层的高电子迁移率射频器件，由于氮化铝材料禁带宽度较大，采用上述工艺实现减小欧姆接触电阻难度较大，进一步增加了工艺复杂度和生产成本。

技术实现思路

[0008]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种低欧姆接触GaN基高电子迁移率晶体管及其制备方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0009]本专利技术实施例的第一方面提供一种低欧姆接触GaN基高电子迁移率晶体管，包括：源极、漏极、栅极和由下至上依次设置的衬底、缓冲层、沟道层、氮化铝势垒层和氮化硅帽层；
[0010]所述栅极设置在所述氮化硅帽层上，且位于所述源极和所述漏极之间；
[0011]所述源极和所述漏极均穿过所述氮化硅帽层延伸至所述氮化铝势垒层和所述氮化硅帽层的界面；或者
[0012]所述源极和所述漏极一部分穿过所述氮化硅帽层延伸至所述氮化铝势垒层和所述氮化硅帽层的界面，另一部分穿过所述氮化硅帽层延伸至所述氮化铝势垒层内；
[0013]所述源极和所述漏极的材料中含有金属硅化物。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，所述衬底采用高阻硅、半绝缘碳化硅、半绝缘蓝宝石、半绝缘金刚石或半绝缘氮化铝材料，厚度为50
‑
1500μm；
[0015]所述高阻硅的电阻率为1000
‑
30000Ωcm，晶向为<111>或<100>。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，所述缓冲层采用氮化铝、铝镓氮、氮化铝/氮化镓超晶格层和氮化镓中的至少一种，厚度为20nm
‑
3μm。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，所述沟道层采用氮化镓、铟镓氮、铝镓氮或氮化铝/氮化镓超晶格材料，厚度为10
‑
500nm。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，所述氮化铝势垒层厚度为2
‑
15nm。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，所述氮化硅帽层的厚度为1
‑
30nm。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，所述源极和所述漏极的材料中还包括钛/铝/镍/金叠层金属材料、钽/铝/镍/金叠层金属材料、钛/金叠层金属材料、钽/金叠层金属材料、钛/铝叠层金属材料或钽/铝叠层金属材料，所述源极和所述漏极的厚度均为10
‑
600nm。
[0021]在本专利技术的一个实施例中，所述栅极为T型栅，所述栅极包括栅脚和栅头，所述栅头位于栅脚上；
[0022]所述栅脚的底端位于所述帽层的表面；
[0023]或者所述栅脚的底端位于所述帽层内部；
[0024]或者所述栅脚的底端穿过所述氮化硅帽层延伸至所述氮化铝势垒层和所述氮化硅帽层的界面；
[0025]所述栅头长度为10nm
‑
1.5μm，高度为10nm
‑
1μm；
[0026]所述栅脚长度为10nm
‑
500nm，高度为10nm
‑
300nm；
[0027]所述栅极采用镍/金叠层金属材料、钛/铝叠层金属材料、钽/铝叠层金属材料或氮化钽材料。
[0028]本专利技术实施例的第二方面提供一种低欧姆接触GaN基高电子迁移率晶体管的制备方法，包括以下步骤：
[0029]步骤一、在衬底上依次制备缓冲层、沟道层、氮化铝势垒层和氮化硅帽层；
[0030]步骤二、制备有源隔离区；
[0031]步骤三、在所述氮化硅帽层上制备源极和漏极；
[0032]步骤四、将步骤三制备的产品进行退火处理，以使所述源极和所述漏极的材料中生成金属硅化物，完成欧姆接触制备；其中，所述源极和所述漏极均穿过所述氮化硅帽层延伸至所述氮化铝势垒层和所述氮化硅帽层的界面；或者
[0033]所述源极和所述漏极一部分穿过所述氮化硅帽层延伸至所述氮化铝势垒层和所述氮化硅帽层的界面，另一部分穿过所述氮化硅帽层延伸至所述氮化铝势垒层内；
[0034]步骤五、在所述源极和所述漏极之间制备栅极，制备完成得到如本专利技术实施例的第一方面提供的晶体管。
[0035]本专利技术的有益效果：
[0036]本专利技术通过源漏电极金属会与氮化硅帽层发生固相反应，产生具有低功函数的金属硅化物，能够降低基于氮化铝势垒层的射频器件的欧姆接触势垒，有效减小源极和漏极与二维电子气沟道之间的欧姆接触电阻。同时，金属硅化物的电阻率相对于金属更低，进一步减小了器件的欧姆接触电阻，提高了器件的电学性能。本专利技术的制备方法在不额外增加工艺步骤的同时，甚至是减少工艺步骤(免去干法刻蚀掉欧姆区氮化硅的步骤)的同时，显著地减小了欧姆接触电阻，即降低工艺复杂度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低欧姆接触GaN基高电子迁移率晶体管，其特征在于，包括：源极(60)、漏极(70)、栅极(80)和由下至上依次设置的衬底(10)、缓冲层(20)、沟道层(30)、氮化铝势垒层(40)和氮化硅帽层(50)；所述栅极(80)设置在所述氮化硅帽层(50)上，且位于所述源极(60)和所述漏极(70)之间；所述源极(60)和所述漏极(70)均穿过所述氮化硅帽层(50)延伸至所述氮化铝势垒层(40)和所述氮化硅帽层(50)的界面；或者所述源极(60)和所述漏极(70)一部分穿过所述氮化硅帽层(50)延伸至所述氮化铝势垒层(40)和所述氮化硅帽层(50)的界面，另一部分穿过所述氮化硅帽层(50)延伸至所述氮化铝势垒层(40)内；所述源极(60)和所述漏极(70)的材料中含有金属硅化物。2.根据权利要求1所述的一种低欧姆接触GaN基异质结晶体管，其特征在于，所述衬底(10)采用高阻硅、半绝缘碳化硅、半绝缘蓝宝石、半绝缘金刚石或半绝缘氮化铝材料，厚度为50
‑
1500μm；所述高阻硅的电阻率为1000
‑
30000Ωcm，晶向为<111>或<100>。3.根据权利要求1所述的一种低欧姆接触GaN基高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述缓冲层(20)采用氮化铝、铝镓氮、氮化铝/氮化镓超晶格层和氮化镓中的至少一种，厚度为20nm
‑
3μm。4.根据权利要求1所述的一种低欧姆接触GaN基高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述沟道层(30)采用氮化镓、铟镓氮、铝镓氮或氮化铝/氮化镓超晶格材料，厚度为10
‑
500nm。5.根据权利要求1所述的一种低欧姆接触GaN基高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述氮化铝势垒层(40)厚度为2
‑
15nm。6.根据权利要求1所述的一种低欧姆接触GaN基高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述氮化硅帽层(50)的厚度为1
‑
30nm。7.根据权利要求1所述的一种低欧姆接触GaN基高电子迁移率晶体管，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张进成，杜航海，刘志宏，郝璐，高广杰，邢伟川，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学广州研究院，
类型：发明
国别省市：