本實用新型涉及半導體器件領域，尤其是指一種階梯型源漏極歐姆接觸氮化鎵場效應管。

背景技術：

作為第三代半導體材料的典型代表,寬禁帶半導體氮化鎵(GaN)具有許多硅材料所不具備的優(yōu)異性能,是高頻、高壓、高溫和大功率應用的優(yōu)良半導體材料,在民用和軍事領域具有廣闊的應用前景。隨著GaN技術的進步,特別是大直徑硅(Si)基GaN外延技術的逐步成熟并商用化,GaN功率半導體技術有望成為高性能低成本功率技術解決方案,在理論上，利用這些材料制作的高電子遷移率晶體管HEMT、發(fā)光二極管LED、激光二極管LD等器件比現(xiàn)有器件具有明顯的優(yōu)越特性，因此其受到國際著名半導體廠商和研究單位的關注。

GaN場效應晶體管的典型結構如圖1，為經(jīng)典GaN MESFET剖面圖。在襯底材料101表面外延生長過渡層102，過渡層102表面外延生長GaN層103，GaN層103表面外延生長AlGaN層104；AlGaN層104和GaN層103之間，由于壓電效應和自發(fā)極化，形成一層二維電子氣105。在AlGaN層104的表面沉積金屬并進行高溫退火，形成源極108和漏極106。在AlGaN層104的表面沉積金屬，形成柵極107。當漏極106和源極108之間施加固定電壓時，通過調節(jié)柵極107和源極108之間的偏壓，可以控制二維電子氣105的電子濃度，從而控制晶體管的導通狀態(tài)。

近年來GaN基器件的研究取得了巨大進展，但仍面臨許多難題，其中獲得良好歐姆接觸是制備高性能GaN基器件的關鍵之一，特別是大工作電流密度的半導體激光器及高溫大功率器件更需要良好的歐姆接觸。目前，形成歐姆接觸普遍采用的方法是用低功函數(shù)的金屬Ti與材料表面經(jīng)退火形成合金效應，增加隧穿幾率，利用隧穿效應來減小接觸電阻，形成低附加阻抗的歐姆接觸。但隨著器件特性要求不斷提高的情況下，AlGaN/GaN異質結上的歐姆接觸工藝也需要不斷改進，以減小串聯(lián)電阻，減小寄生效應，增大器件的放大能力和效率。目前，有采用離子注入的方法對源漏極電極區(qū)進行N型注入摻雜，增加接觸層的摻雜濃度，提高隧穿幾率，從而減小歐姆接觸電阻，但這種工藝較為復雜，成本較高，注入的離子需要1000攝氏度以上溫度才能激活，這種高溫可能會影響材料其他性能。除此之外，還有源漏區(qū)刻蝕再生長、采用Ti/Al/Ti/Al/Ti/Al超晶格結構制作歐姆接觸等方法，但這些技術目前還處于工藝較復雜，成熟度不高，穩(wěn)定性差的缺點。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種階梯型源漏極歐姆接觸氮化鎵場效應管，以減小歐姆接觸電阻和工藝復雜度，降低成本，與目前的硅器件生產(chǎn)線相兼容，避免了金屬剝離造成污染影響器件性能。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所提供的技術方案為：一種階梯型源漏極歐姆接觸氮化鎵場效應管，包括有襯底，在所述襯底外延生長有過渡層，在所述過渡層表面外延生長有氮化鎵層，在所述氮化鎵層表面外延生長有未摻雜鋁鎵氮層作為隔離層，在所述未摻雜鋁鎵氮層表面外延生長有N型摻雜鋁鎵氮層，所述氮化鎵層與未摻雜鋁鎵氮層由于自發(fā)極化和壓電效應，在氮化鎵層和隔離層之間形成有一層二維電子氣，所述N型摻雜鋁鎵氮層和未摻雜鋁鎵氮層的邊緣刻蝕形成為具有階梯形狀的側壁，在所述側壁表面形成有源極和漏極，在所述源極和漏極表面形成有多金屬薄膜結構，在所述N型摻雜鋁鎵氮層的表面形成有柵極。

所述未摻雜鋁鎵氮層的刻蝕深度與氮化鎵層表面距離為2nm至5nm。

所述N型摻雜鋁鎵氮層的刻蝕深度為30nm至50nm。

所述源極和漏極為Ti/Al/Ni/Au、AuGeNi/Ag/Au、Au/Ag/Au中的一種。

所述多金屬薄膜結構和柵極為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中的一種。

所述過渡層為氮化鋁，厚度為5nm至10nm。

所述氮化鎵層的厚度為1000nm至5000nm。

所述未摻雜鋁鎵氮層的厚度為7nm至10nm。

所述N型摻雜鋁鎵氮層的厚度為20nm至100nm。

所述襯底為硅、碳化硅、氮化鎵和氧化鋁中的一種。

本實用新型與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點與有益效果：

本實用新型在于源極和漏極在側壁形成階梯形狀，這種形狀增加了歐姆金屬材料與半導體的接觸面積，影響勢壘形狀，增大隧穿效應幾率。且刻蝕深度非常接近二維電子氣，使金屬與二維電子氣距離減小，可減小歐姆接觸電阻。

附圖說明

圖1為經(jīng)典GaN MESFET剖面圖。

圖2為本實用新型的階梯型源漏極歐姆接觸氮化鎵場效應管結構示意圖。

圖3至圖9是制作本實用新型階梯型源漏極歐姆接觸氮化鎵場效應管的流程示意圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本實用新型作進一步說明。

參見附圖2，本實施例所述的階梯型源漏極歐姆接觸氮化鎵場效應管，包括有襯底201，在所述襯底201外延生長有過渡層202，在所述過渡層202表面外延生長有氮化鎵層203，在所述氮化鎵層203表面外延生長有未摻雜鋁鎵氮層204，在所述未摻雜鋁鎵氮層204表面外延生長有N型摻雜鋁鎵氮層205，所述氮化鎵層203和未摻雜鋁鎵氮層204之間形成有一層二維電子氣206，所述N型摻雜鋁鎵氮層205和未摻雜鋁鎵氮層204的邊緣刻蝕形成為具有階梯形狀的側壁，在所述側壁表面形成有源極209和漏極207，在所述源極209和漏極207表面形成有多金屬薄膜結構212，在所述N型摻雜鋁鎵氮層205的表面形成有柵極208。

下面結合附圖3-附圖9對本實施例上述階梯型源漏極歐姆接觸氮化鎵場效應管的制作過程進行具體說明，其情況如下：

如圖3所示，在襯底201表面外延生長過渡層202，所述襯底201的材料選擇有硅、碳化硅、氮化鎵或氧化鋁，而在本實施例優(yōu)選碳化硅，所述過渡層202的材料是氮化鋁，所述過渡層202的厚度為5nm至10nm，而在本實施例優(yōu)選5nm；過渡層202表面外延生長氮化鎵層203，其厚度為1000nm至5000nm，在本實施例優(yōu)選1000nm；氮化鎵層203表面外延生長未摻雜鋁鎵氮層204作為隔離層，厚度為7nm至10nm，鋁的摩爾組分為10％至50％，而在本實施例優(yōu)選Al的摩爾組分為25％，厚度為8nm；未摻雜鋁鎵氮層204表面外延生長N型摻雜鋁鎵氮層205，其厚度為20nm至100nm，鋁的摩爾組分為10％至50％，而在本實施例優(yōu)選Al的摩爾組分為25％，厚度為50nm；氮化鎵層203與未摻雜鋁鎵氮層205由于自發(fā)極化和壓電效應，在氮化鎵層203和隔離層204之間形成一層二維電子氣206。

如圖4所示，在所述N型摻雜鋁鎵氮層205表面通過第一次光刻和第一次等離子刻蝕，形成工作區(qū)域A-A’，所述工作區(qū)域用于在后續(xù)工藝中形成氮化鎵場效應管的導電通道。以所述第一次光刻出的工作區(qū)域圖形，通過使用BCl₃和Cl₂的混合氣體依次對N型摻雜鋁鎵氮層205、未摻雜鋁鎵氮層204和氮化鎵層203進行第一次等離子體刻蝕，刻蝕深度與氮化鎵層203表面距離d1為2nm至5nm，在本實施例優(yōu)選2nm，通過刻蝕時間和刻蝕功率控制該刻蝕深度。

如圖5所示，在所述工作區(qū)域表面進行第二次光刻和第二次等離子體刻蝕，以形成源極和漏極歐姆接觸區(qū)域。以所述第二次光刻出的圖形，通過使用BCl₃和Cl₂的混合氣體依次對所述工作區(qū)域進行第二次等離子體刻蝕，刻蝕深度d2為30nm至50nm，在本實施例優(yōu)選30nm，形成源極和漏極歐姆接觸區(qū)域。通過刻蝕時間和刻蝕功率控制該刻蝕深度。

如圖6所示，在完成圖5所示過程后，在圖5所示的結構表面沉積第一層多金屬薄膜結構210，所述第一層多金屬薄膜結構210為Ti/Al/Ni/Au、AuGeNi/Ag/Au、Au/Ag/Au中的一種，而在本實施例優(yōu)選Ti/Al/Ni/Au，此時第一層多金屬薄膜結構210自下而上依次為Ti、Al、Ni、Au，Ti層厚度為20nm至30nm，優(yōu)選20nm，Al層厚度為150nm至250nm，優(yōu)選150nm，Ni層厚度為40至60nm，優(yōu)選40nm，Au層厚度為60至100nm，優(yōu)選60nm。所述第一層多金屬薄膜結構210在側壁與二維電子氣層206接觸。

如圖7所示，在所述第一層多金屬薄膜結構210表面進行第三次光刻和第三次等離子體刻蝕，并進行高溫退火，形成源極209和漏極207，所形成的源極209和漏極207覆蓋所述工作區(qū)域和歐姆接觸區(qū)域的側壁，具有圖7中示出的階梯形狀；刻蝕Au使用的混合氣體為Ar和O₂的混合氣體；刻蝕Ni使用的混合氣體為SF₆和O₂的混合氣體；刻蝕Al使用的混合氣體為BCl₃和Cl₂的混合氣體；刻蝕Ti使用氣體CF₄。隨后進行高溫退火，退火溫度為800攝氏度至870攝氏度，退火氛圍為氮氣，退火時間為30秒至60秒。

如圖8所示，在圖7所示的結構表面沉積第二層多金屬薄膜結構211，該第二層多金屬薄膜結構211為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中的一種。在本實施例優(yōu)選第二層多金屬薄膜結構211為Ti/Al/Ni/Au，其沉積順序和厚度依次為Ti(20nm)、Al(150nm)、Ni(40nm)、Au(60nm)。

如圖9所示，在第二層多金屬薄膜結構211表面進行第四次光刻和等離子體刻蝕，形成柵極結構的區(qū)域。對圖8所示的結構進行光刻得到的圖形，通過對所述第二層多金屬薄膜結構211進行等離子體刻蝕，形成肖特基型柵極結構208，其中，形成所述柵極的等離子體刻蝕可以使用如下混合氣體：刻蝕W使用的混合氣體為SF₆和O₂的混合氣體，刻蝕Ni使用的混合氣體為SF₆和O₂的混合氣體，刻蝕Al使用的混合氣體為BCl₃和Cl₂的混合氣體，刻蝕Ti使用氣體CF₄。而在本實施例刻蝕Au使用的混合氣體為Ar和O₂的混合氣體，刻蝕Ni使用的混合氣體為SF₆和O₂的混合氣體，刻蝕Al使用的混合氣體為BCl₃和Cl₂的混合氣體；刻蝕Ti使用氣體CF₄。隨后進行高溫退火，退火溫度為400攝氏度至600攝氏度，退火氛圍為氮氣，退火時間800秒至1200秒。至此，便可制得所需的階梯型源漏極歐姆接觸氮化鎵場效應管。

以上所述實施例只為本實用新型之較佳實施例，并非以此限制本實用新型的實施范圍，故凡依本實用新型之形狀、原理所作的變化，均應涵蓋在本實用新型的保護范圍內(nèi)。