一種低歐姆接觸電阻的半導(dǎo)體器件及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低歐姆接觸電阻的半導(dǎo)體器件及其制作方法，半導(dǎo)體器件從下到上依次包括：襯底層；氮化物成核層；氮極性面的氮化物緩沖層；氮化物勢壘層；氮化物溝道層；氮化物過渡層；氮化物帽層；氮化物過渡層和氮化物帽層的中部被刻蝕貫穿形成柵極凹槽；源極和漏極，在源極和漏極之間位于柵極凹槽內(nèi)的柵極，柵極與氮化物過渡層及氮化物帽層分離。本發(fā)明半導(dǎo)體器件中源、漏金屬電極通過氮化物帽層以及氮化物過渡層與溝道層中的二維電子氣相連，在利用氮極性面氮化物材料以及氮化物帽層等優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，引入一層氮化物過渡層，使得源、漏金屬電極與溝道層中二維電子氣之間的勢壘幾乎為零，接觸電阻非常低，可廣泛應(yīng)用于氮化鎵器件。
【專利說明】一種低歐姆接觸電阻的半導(dǎo)體器件及其制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體電子【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種低歐姆接觸電阻的半導(dǎo)體器件及其制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002]第三代半導(dǎo)體氮化鎵的介質(zhì)擊穿電場高達3MV/cm,遠遠高于第一代半導(dǎo)體娃
(Si)和第二代半導(dǎo)體砷化鎵(GaAs)，因此氮化鎵電子器件能承受很高的電壓。同時，氮化鎵可以與鋁鎵氮形成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。在異質(zhì)結(jié)的界面附近，可以形成具有很高電子濃度和電子遷移率的二維電子氣(2DEG)溝道。在此異質(zhì)結(jié)基礎(chǔ)上制成的氮化鎵高電子遷移率晶體管(HEMT)可以同時具有高頻率和高電流密度的特性，并具有很低的導(dǎo)通電阻。這些特性使氮化鎵HEMT特別適用于制造高頻的大功率射頻器件和高耐壓大電流的開關(guān)器件。
[0003]氮化鎵HEMT的射頻輸出和小信號性能優(yōu)異，然而其小信號性能受器件中寄生電阻的限制，且隨著器件尺寸(如柵長)的縮小越來越嚴(yán)重。大的源漏極歐姆接觸電阻引起的寄生延遲成為限制氮化鎵晶體管截止頻率&和最大振蕩頻率fmax的重要因素。尤其對于亞微米氮化鎵HEMT來說，為了提高氮化鎵HEMT器件的小信號性能以及器件的截止頻率，需要源漏極的歐姆接觸電阻盡可能低。
[0004]參圖1a所示，常規(guī)的氮化鎵HEMT是在氮化鎵的鎵面上制作的，源、漏金屬電極通過寬禁帶的鋁鎵氮勢壘層與異質(zhì)結(jié)溝道中的二維電子氣相連，由于鋁鎵氮的勢壘較高，導(dǎo)致接觸電阻較大，而且很難進一步降低，嚴(yán)重限制了器件的性能。為了獲得低的歐姆接觸電阻，可以從降低金屬電極和溝道二維電子氣之間的勢壘來考慮。
[0005]氮極性面氮化鎵上制作的HEMT器件，源、漏金屬電極通過相對窄禁帶的氮化鎵溝道層與二維電子氣相連，有利于制作低阻歐姆接觸。在此基礎(chǔ)上，在氮化鎵溝道層和源、漏金屬電極之間加入氮化物帽層，達到進一步降低歐姆接觸電阻的目的。但是上述結(jié)構(gòu)仍然存在一個問題:氮化鎵溝道層和氮化物帽層之間的接觸勢壘仍然較高，為了進一步降低接觸電阻，非常有必要在氮化鎵溝道層和氮化物帽層間加入一層過渡層，以達到降低接觸勢壘，獲得低接觸電阻的目的。
[0006]因此，針對上述技術(shù)問題，有必要提供一種低歐姆接觸電阻的半導(dǎo)體器件及其制作方法，以改善器件的歐姆接觸電阻，提高器件的小信號性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，為了解決所述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明半導(dǎo)體器件及其制作方法提出了在氮極性面的氮化物材料上，利用氮化物過渡層和氮化物帽層實現(xiàn)低阻歐姆接觸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案如下:
[0009]一種低歐姆接觸電阻的半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件從下到上依次包括:
[0010]襯底層；
[0011]位于襯底層上的氮化物成核層；
[0012]位于成核層上的氮極性面的氮化物緩沖層；
[0013]位于所述氮化物緩沖層上的氮化物勢壘層；
[0014]位于所述氮化物勢壘層上的氮化物溝道層；
[0015]位于所述氮化物溝道層上的氮化物過渡層；
[0016]位于所述氮化物過渡層上的氮化物帽層；
[0017]所述氮化物過渡層和所述氮化物帽層的中部被刻蝕貫穿形成柵極凹槽；
[0018]位于所述氮化物帽層上的源極和漏極，在源極和漏極之間位于所述柵極凹槽內(nèi)的柵極，所述柵極與氮化物過渡層及氮化物帽層分離，所述柵極為肖特基結(jié)構(gòu)或金屬-介質(zhì)層-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0019]作為本發(fā)明的進一步改進，所述源極與所述漏極通過氮化物帽層以及氮化物過渡層與氮化物溝道層中的二維電子氣相連。
[0020]作為本發(fā)明的進一步改進，所述柵極凹槽底部包括氮化物帽層，柵極位于柵極凹槽底部的氮化物帽層上。
[0021]作為本發(fā)明的進一步改進，所述氮化物勢壘層及氮化物溝道層兩端全部或部分被刻蝕形成臺階，所述氮化物過渡層位于臺階上。
[0022]作為本發(fā)明的進一步改進，所述氮極性面的氮化物緩沖層為氮化鎵、鋁鎵氮中的一種或兩種的組合。
[0023]作為本發(fā)明的進一步改進，所述氮化物勢壘層是鋁鎵氮、銦鋁氮、鋁銦鎵氮、氮化鋁中一種或包含所述材料的多層多種材料的組合。
[0024]作為本發(fā)明的進一步改進，所述氮化物溝道層為氮化鎵或包含氮化鎵的單層或多層多種材料的組合。
[0025]作為本發(fā)明的進一步改進，所述所述柵極為金屬-介質(zhì)層-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)時，介質(zhì)層為二氧化硅、氮化硅、氮化鋁、氧化鋁、二氧化鉿中的一種或包含所述材料的多層多種材料的組合。
[0026]作為本發(fā)明的進一步改進，所述氮化物帽層為氮化銦、氮化鎵、銦鎵氮中的一種或包含所述材料的多層多種材料的組合。
[0027]作為本發(fā)明的進一步改進，所述氮化物過渡層是銦組分變化的銦鎵氮過渡層，所述銦鎵氮過渡層中銦組分的原子百分比在遠離所述溝道層的方向上逐漸增加。
[0028]作為本發(fā)明的進一步改進，所述氮化物過渡層是具有超晶格結(jié)構(gòu)的氮化鎵/銦鎵氣，超晶格結(jié)構(gòu)的氣化嫁/鋼嫁氣每層的厚度范圍為0.l-10nm。
[0029]相應(yīng)地，一種低歐姆接觸電阻的半導(dǎo)體器件的制作方法，所述制作方法包括以下步驟:
[0030]提供襯底層；
[0031 ] 在所述襯底層上形成氮化物成核層；
[0032]在所述氮化物成核層上形成氮極性面的氮化物緩沖層；
[0033]在所述氮化物緩沖層上形成氮化物勢壘層；
[0034]在所述氮化物勢壘層上形成氮化物溝道層；
[0035]在所述氮化物溝道層上形成氮化物過渡層；
[0036]在所述氮化物過渡層上形成氮化物帽層；
[0037]將所述氮化物過渡層和所述氮化物帽層的中部刻蝕，形成貫穿的柵極凹槽；
[0038]在所述氮化物帽層上形成源極和漏極，在源極和漏極之間位于所述柵極凹槽內(nèi)形成柵極，所述柵極與氮化物過渡層和氮化物帽層分離，所述柵極為肖特基結(jié)構(gòu)或金屬-介質(zhì)層-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0039]與傳統(tǒng)的鎵面氮化鎵HEMT器件不同，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件是在氮極性面的氮化物上制作實現(xiàn)的，同時采用氮化物帽層，并在氮化物帽層和氮化物溝道層之間加入氮化物過渡層，是一種低歐姆接觸電阻的器件結(jié)構(gòu)。
[0040]首先，氮極性面的氮化物上制作的HEMT器件，其源、漏金屬電極通過禁帶寬度更窄的氮化物溝道層與溝道中的二維電子氣相連，形成的接觸電阻可以更低；其次，采用氮化物帽層，進一步降低了接觸電阻。但是上述結(jié)構(gòu)仍然存在一個問題:氮化物帽層與氮化鎵溝道層直接接觸時勢壘較大，不利于電子的流動。最后，為了消除氮化物溝道層和氮化物帽層直接接觸時形成的高勢壘，在氮化物溝道層和氮化物帽層之間增加一層氮化物過渡層。氮化物過渡層的加入，使得氮化物帽層、氮化物過渡層以及氮化物溝道層之間的勢壘高度接近零，非常有利于低歐姆接觸電阻的形成。
[0041]本發(fā)明的核心思想是結(jié)合氮極性面氮化物材料以及氮化物帽層的優(yōu)點，在結(jié)構(gòu)中加入一層氮化物過渡層，使得金屬電極和二維電子氣間的勢壘幾乎為零，從而實現(xiàn)了低接觸電阻的結(jié)構(gòu)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，附圖中:
[0043]圖1a為常規(guī)的鎵面氮化鎵HEMT器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖1b為常規(guī)的鎵面氮化鎵HEMT器件的能帶圖；
[0045]圖2a為本發(fā)明第一種實施方式中具有低阻歐姆接觸結(jié)構(gòu)的氮化鎵器件剖面示意圖(肖特基柵)；
[0046]圖2b為本發(fā)明第一種實施方式中具有低阻歐姆接觸結(jié)構(gòu)的氮化鎵器件(肖特基柵)的一種變形。
[0047]圖2c為本發(fā)明第一種實施方式中具有低阻歐姆接觸結(jié)構(gòu)的氮化鎵器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖(MIS柵)。
[0048]圖2d為本發(fā)明第一種實施方式中低阻歐姆接觸結(jié)構(gòu)的能帶圖；
[0049]圖2e為本發(fā)明第一種實施方式中低阻歐姆接觸結(jié)構(gòu)的電子濃度示意圖；
[0050]圖3為本發(fā)明第二實施方式中具有低阻歐姆接觸結(jié)構(gòu)的氮化鎵器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖(以MIS柵為例)。
[0051]圖4為本發(fā)明第三實施方式中具有低阻歐姆接觸結(jié)構(gòu)的氮化鎵器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖(以MIS柵為例)。
[0052]圖5a為本發(fā)明第四實施方式中具有低阻歐姆接觸結(jié)構(gòu)的氮化鎵器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖(肖特基棚)。
[0053]圖5b為本發(fā)明第四實施例中中具有低阻歐姆接觸結(jié)構(gòu)的氮化鎵器件(肖特基柵)的一種變形。
[0054]圖5c為本發(fā)明第四種實施方式中具有低阻歐姆接觸結(jié)構(gòu)的氮化鎵器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖(MIS柵結(jié)構(gòu))。
[0055]圖5d為本發(fā)明第四種實施方式中低阻歐姆接觸結(jié)構(gòu)的能帶圖；
[0056]圖6為本發(fā)明第五實施方式中具有低阻歐姆接觸結(jié)構(gòu)的氮化鎵器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖(以MIS柵為例)。
[0057]圖7為本發(fā)明第六實施方式中具有低阻歐姆接觸結(jié)構(gòu)的氮化鎵HEMT器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖(以MIS柵為例)。

【具體實施方式】
[0058]以下將結(jié)合附圖所示的【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細描述。但這些實施方式并不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
[0059]圖1a是常規(guī)的鎵面氮化鎵HEMT器件的剖面圖。圖1b是常規(guī)的鎵面氮化鎵HEMT器件的能帶圖，從圖la、lb中可以看出，在金屬電極和二維電子氣之間存在相當(dāng)高的勢壘，不利于低接觸電阻的歐姆接觸的形成。
[0060]圖2a為本發(fā)明第一實施例中具有肖特基柵的氮化鎵器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖。器件由下至上依次是:襯底1，襯底上的氮化物成核層2，氮化物成核層上的氮極性面(N-polar)的氮化物緩沖層3，氮化物緩沖層上的氮化物勢壘層4，氮化物勢壘層上的氮化鎵溝道層5，氮化鎵溝道層上的銦鎵氮過渡層6-1，銦鎵氮過渡層上的氮化物帽層7，貫穿銦鎵氮過渡層6-1和氮化物帽層7的柵極凹槽，氮化物帽層7上的源極8和漏極9，在源極8和漏極9之間位于柵極凹槽內(nèi)的柵極10，柵極10與氮化物過渡層6-1及氮化物帽層7為分離結(jié)構(gòu)，柵極10為肖特基結(jié)構(gòu)。其中，銦鎵氮過渡層6-1及氮化物帽層7是優(yōu)化摻雜的。
[0061]優(yōu)選地,在上述氮化鎵器件中，氮極性面的氮化物緩沖層3包括氮化鎵,氮化物勢壘層4包括鋁鎵氮，氮化物溝道層5包括氮化鎵，氮化物帽層7包括氮化銦。本實施例中的過渡層6-1為銦組分變化的銦鎵氮過渡層，其中的銦組分的原子百分比在遠離氮化鎵溝道層5的方向上逐漸增加。
[0062]本發(fā)明第一實施例中具有肖特基柵的氮化鎵器件，是在氮極性面(N-polar)氮化物層上制作實現(xiàn)的。襯底I可以是硅片、藍寶石片、碳化硅片中的一種。首先在襯底I上生長氮化物成核層2，在氮化物成核層上生長N-polar的氮化物緩沖層3，在氮化物緩沖層3上形成氮化物勢壘層4，在氮化物勢壘層4上形成氮化鎵溝道層5，在氮化鎵溝道層5上形成銦鎵氮過渡層6-1，在銦鎵氮過渡層6-1上形成氮化物帽層7，貫穿銦鎵氮過渡層6-1和氮化物帽層7形成柵極凹槽，在氮化物帽層7上形成源極8和漏極9，在源極8和漏極9之間的柵極凹槽內(nèi)形成柵極10，柵極10為肖特基結(jié)構(gòu)。其中，銦鎵氮過渡層6-1及氮化物帽層7是優(yōu)化摻雜的。
[0063]本發(fā)明第一種實施方式中肖特基柵氮化鎵器件(圖2a)的一種變形如圖2b。與圖2a中的肖特基柵氮化鎵器件相比，在氮化物溝道層5與柵極10之間存在一層氮化物帽層11。氮化物帽層11優(yōu)選為鋁鎵氮，鋁鎵氮帽層在不影響歐姆電極接觸的前提下，提高了溝道中二維電子氣的限域性以及肖特基柵的勢壘高度。
[0064]圖2c為本發(fā)明第一實施例中MIS柵結(jié)構(gòu)的氮化鎵器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖，與肖特基柵的氮化鎵器件(圖2a)相比，MIS柵結(jié)構(gòu)的氮化鎵器件在柵極10和氮化鎵溝道層5之間存在一層介質(zhì)層12，其中，MIS結(jié)構(gòu)柵極中的介質(zhì)層12可以為二氧化硅、氮化硅、氮化鋁、氧化鋁、二氧化鉿中的一種或包含上述材料的多層多種材料的組合。
[0065]圖2d為本發(fā)明第一實施例中低阻歐姆接觸結(jié)構(gòu)的能帶圖，從左到右依次為鋁鎵氮勢壘層4、氮化鎵溝道層5、銦鎵氮過渡層6-1和氮化銦層7。從圖2d中可以看出，從氮化銦層到銦鎵氮過渡層，再到氮化鎵溝道層中的二維電子氣之間幾乎沒有明顯的勢壘，電子從金屬/氮化銦界面，通過銦鎵氮過渡層，最終與氮化鎵層中的二維電子氣連接，幾乎沒有阻礙，也意味著該結(jié)構(gòu)的歐姆接觸電阻可以做的非常低，是性能優(yōu)異的低歐姆接觸結(jié)構(gòu)。
[0066]圖2e為本發(fā)明第一種實施方式中低阻歐姆接觸結(jié)構(gòu)的電子濃度示意圖。
[0067]圖3為本發(fā)明第二實施例中具有低阻歐姆接觸電阻的氮化鎵器件剖面示意圖(MIS柵)，是本發(fā)明第一種實施方式的一種變形。本發(fā)明第二實施例中的氮化鎵器件的柵極是肖特基結(jié)構(gòu)(未圖示)或MIS結(jié)構(gòu)(圖3)。肖特基柵氮化鎵器件由下至上依次是:襯底1，襯底上的氮化物成核層2，氮化物成核層上的N-polar氮化物緩沖層3，氮化物緩沖層3上的氮化物勢壘層4，氮化物勢壘層4上的氮化鎵溝道層5，氮化鎵溝道層5的兩端被刻蝕，露出之下的氮化物勢壘層4，形成臺階，臺階上形成有銦鎵氮過渡層6-1和氮化物帽層7，在氮化物帽層7上形成源極8和漏極9，在源極8和漏極9之間的氮化鎵溝道層5上形成柵極10，柵極10與氮化物過渡層6-1及氮化物帽層7分離，其中，銦鎵氮過渡層6-1及上述氮化物帽層7是優(yōu)化摻雜的。
[0068]本發(fā)明第二實施例中肖特基柵氮化鎵器件的一種變形是在氮化物溝道層5與柵極10之間加入一層氮化物帽層。氮化物帽層優(yōu)選為鋁鎵氮，鋁鎵氮帽層在不影響歐姆電極接觸的前提下，提高了溝道中二維電子氣的限域性以及肖特基柵的勢壘高度。
[0069]本發(fā)明第二實施例中MIS結(jié)構(gòu)柵氮化鎵器件，在柵極10和氮化鎵溝道層5之間存在一層介質(zhì)層12 (圖3)，介質(zhì)層12為二氧化硅、氮化硅、氮化鋁、氧化鋁、二氧化鉿中的一種或包含上述材料的多層多種材料的組合。
[0070]優(yōu)選地，在上述器件中，氮極性面的氮化物層3包括為氮化鎵，氮化物勢壘層4包括鋁鎵氮層，氮化物溝道層5包括氮化鎵，氮化物帽層7包括氮化銦層。本實施例中的過渡層6-1為銦組分變化的銦鎵氮過渡層，其中的銦組分的原子百分比在遠離氮化鎵溝道層的方向上逐漸增加。
[0071]圖4為本發(fā)明第三實施例中具有低接觸電阻的氮化鎵器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖(MIS柵結(jié)構(gòu))，是本發(fā)明第一種實施方式的一種變形。本發(fā)明第三實施例中氮化鎵器件的柵極是肖特基結(jié)構(gòu)(未圖示)或MIS結(jié)構(gòu)(圖4)。肖特基柵氮化鎵器件由下至上依次是:襯底1，襯底上的氮化物成核層2，氮化物成核層上的N-polar氮化物緩沖層3，氮化物緩沖層3上的氮化物勢壘層4，氮化物勢壘層4上的氮化鎵溝道層5，氮化物勢壘層4和氮化鎵溝道層5的兩端被刻蝕貫穿，露出之下的N-polar氮化物緩沖層3，形成臺階，臺階上的銦鎵氮過渡層6-1和氮化物帽層7，在氮化物帽層7上形成源極8和漏極9，在源極8和漏極9之間的氮化鎵溝道層5上形成柵極10，柵極10與氮化物過渡層6-1及氮化物帽層7分離，其中，銦鎵氮過渡層6-1及上述氮化物帽層7是優(yōu)化摻雜的。
[0072]本發(fā)明第三實施例中肖特基柵氮化鎵器件的一種變形是在氮化物溝道層5與柵極10之間加入一層氮化物帽層，氮化物帽層優(yōu)選為鋁鎵氮，鋁鎵氮帽層在不影響歐姆電極接觸的前提下，提高了溝道中二維電子氣的限域性以及肖特基柵的勢壘高度。
[0073]本發(fā)明第三實施例中MIS結(jié)構(gòu)柵氮化鎵器件，在柵極10和氮化鎵溝道層5之間存在一層介質(zhì)層12 (圖4)，介質(zhì)層12為二氧化硅、氮化硅、氮化鋁、氧化鋁、二氧化鉿中的一種或包含上述材料的多層多種材料的組合。
[0074]優(yōu)選地,在上述氮化鎵器件中，氮極性面的氮化物層3包括為氮化鎵,氮化物勢壘層4包括鋁鎵氮層，氮化物溝道層5包括氮化鎵，氮化物帽層7包括氮化銦層。本實施例中的過渡層6-1為銦組分變化的銦鎵氮過渡層，其中的銦組分的原子百分比在遠離氮化鎵溝道層的方向上逐漸增加。
[0075]圖5(a)為本發(fā)明第四實施例中具有肖特基柵結(jié)構(gòu)的氮化鎵HEMT器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖。器件由下至上依次是:襯底1，襯底上的氮化物成核層2，成核層上的N-polar氮化物緩沖層3，氮化物緩沖層3上的氮化物勢壘層4，氮化物勢壘層4上的氮化鎵溝道層5，氮化鎵溝道層上具有超晶格結(jié)構(gòu)的氮化物過渡層6-2，過渡層6-2上的氮化物帽層7，貫穿氮化物過渡層6-2和氮化物帽層7的柵極凹槽，氮化物帽層7上的源極8和漏極9，在源極8和漏極9之間位于柵極凹槽內(nèi)的柵極10，柵極10與氮化物過渡層6-2及氮化物帽層7分離，上述柵極10為肖特基柵，其中，銦鎵氮過渡層6-2及氮化物帽層7是優(yōu)化摻雜的。
[0076]優(yōu)選地，在上述HEMT器件中，氮極性面的氮化物層3包括為氮化鎵，氮化物勢壘層4包括鋁鎵氮，氮化物溝道層5包括氮化鎵，氮化物帽層7包括氮化鎵層。本實施例中的過渡層6-2為具有超晶格結(jié)構(gòu)的GaN/InGaN，超晶格結(jié)構(gòu)的GaN/InGaN的每層厚度范圍為0.1?10nm。使用超晶格結(jié)構(gòu)的GaN/InGaN不僅能獲得低歐姆接觸電阻，同時也避免了直接生長厚的InGaN層的困難。
[0077]本發(fā)明第四實施例中的氮化鎵HEMT器件，是在氮極性面(N-polar)氮化物層上制作實現(xiàn)的。襯底I可以是硅片、藍寶石片、碳化硅片中的一種。首先在襯底I上生長氮化物成核層2，在氮化物成核層上生長N-polar的氮化物緩沖層3，在氮化物緩沖層3上形成氮化物勢壘層4，在勢壘層4上形成氮化鎵溝道層5，在溝道層5上形成超晶格結(jié)構(gòu)的氮化物過渡層6-2，在氮化物過渡層上形成的氮化物帽層7，貫穿氮化物過渡層6-2和氮化物帽層7形成柵極凹槽，在氮化物帽層7上形成源極8和漏極9，在源極8和漏極9之間的柵極凹槽內(nèi)形成柵極10，柵極10與氮化物過渡層6-2及氮化物帽層7分離，上述柵極10為肖特基柵。其中，超晶格結(jié)構(gòu)的氮化物過渡層6-2及氮化物帽層7是優(yōu)化摻雜的。
[0078]優(yōu)選地，在上述HEMT器件中，氮極性面的氮化物層3包括氮化鎵層，氮化物勢壘層4包括鋁鎵氮，氮化物溝道層5包括氮化鎵，氮化物帽層7包括氮化鎵層。本實施例中的過渡層6-2為具有超晶格結(jié)構(gòu)的GaN/InGaN，超晶格結(jié)構(gòu)的GaN/InGaN的每層厚度范圍為
0.1?10nm。使用超晶格結(jié)構(gòu)的GaN/InGaN不僅能獲得低歐姆接觸電阻，同時也避免了直接生長厚的InGaN層的困難。
[0079]本發(fā)明第四種實施方式中肖特基柵氮化鎵器件的一種變形如圖5b。與圖5a中的肖特基柵氮化鎵器件相比，在氮化物溝道層5與柵極10之間存在一層氮化物帽層11。氮化物帽層11優(yōu)選為鋁鎵氮，鋁鎵氮帽層在不影響歐姆電極接觸的前提下，提高了溝道中二維電子氣的限域性以及肖特基柵的勢壘高度。
[0080]圖5c為本發(fā)明第四實施例中MIS柵結(jié)構(gòu)的氮化鎵器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖，與肖特基柵的氮化鎵器件相比(圖5a)，MIS柵結(jié)構(gòu)的氮化鎵器件在柵極10和氮化鎵溝道層5之間存在一層介質(zhì)層12，上述MIS結(jié)構(gòu)柵極中的上述介質(zhì)層12為二氧化硅、氮化硅、氮化鋁、氧化鋁、二氧化鉿中的一種或包含上述材料的多層多種材料的組合。
[0081]圖5d為本發(fā)明第四實施例中低接觸電阻的氮化鎵器件的能帶圖，從左到右依次為鋁鎵氮勢壘層、氮化鎵溝道層、超晶格結(jié)構(gòu)過渡層和氮化鎵帽層。從圖5d中可以看出，從氮化鎵帽層到超晶格結(jié)構(gòu)的過渡層，再到氮化鎵溝道層中的二維電子氣之間幾乎沒有明顯的勢壘，也意味著該結(jié)構(gòu)的歐姆接觸電阻可以做的非常低，是性能優(yōu)異的低歐姆接觸結(jié)構(gòu)。
[0082]圖6為本發(fā)明第五實施例中具有低阻歐姆接觸結(jié)構(gòu)的氮化鎵器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖(MIS結(jié)構(gòu)柵)，是本發(fā)明第四實施例的一種變形。本發(fā)明第五實施例中氮化鎵器件的柵極是肖特基結(jié)構(gòu)(未圖示)或MIS結(jié)構(gòu)(圖6)。肖特基柵氮化鎵器件由下至上依次是:襯底1，襯底I上的氮化物成核層2，成核層2上的N-polar氮化物緩沖層3，氮化物緩沖層3上的氮化物勢壘層4，氮化物勢壘層4上的氮化鎵溝道層5，氮化鎵溝道層5的兩端被刻蝕，露出之下的氮化物勢壘層4，形成臺階，臺階上的超晶格結(jié)構(gòu)的氮化物過渡層6-2和氮化物帽層7，在氮化物帽層7上形成源極8和漏極9，在源極8和漏極9之間的氮化鎵溝道層5上形成柵極10，柵極10與氮化物過渡層6-2及氮化物帽層7分離，其中，超晶格結(jié)構(gòu)的氮化物過渡層6-1及氮化物帽層7是優(yōu)化摻雜的。
[0083]本發(fā)明第五實施例中肖特基柵氮化鎵器件的一種變形是在氮化物溝道層5與柵極10之間加入一層氮化物帽層，上述氮化物帽層優(yōu)選為鋁鎵氮。
[0084]本發(fā)明第五實施例中MIS結(jié)構(gòu)柵氮化鎵器件，在柵極10和氮化鎵溝道層5之間存在一層介質(zhì)層12 (圖6)，介質(zhì)層12為二氧化硅、氮化硅、氮化鋁、氧化鋁、二氧化鉿中的一種或包含上述材料的多層多種材料的組合。
[0085]優(yōu)選地，在上述HEMT器件中，氮極性面的氮化物層3包括為氮化鎵，氮化物勢壘層4包括鋁鎵氮層，氮化物溝道層5包括氮化鎵，氮化物帽層7包括氮化鎵層。本實施例中的過渡層6-2為具有超晶格結(jié)構(gòu)的GaN/InGaN，超晶格結(jié)構(gòu)的GaN/InGaN的每層厚度范圍為
0.1?10nm。使用超晶格結(jié)構(gòu)的GaN/InGaN不僅能獲得低歐姆接觸電阻，同時也避免了直接生長厚的InGaN層的困難。
[0086]圖7為本發(fā)明第六實施例中具有低阻歐姆接觸結(jié)構(gòu)的氮化鎵器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖，是本發(fā)明第四實施例的一種變形。本發(fā)明第六實施例中氮化鎵器件的柵極是肖特基結(jié)構(gòu)(未圖示)或MIS結(jié)構(gòu)(圖7)。肖特基柵氮化鎵器件由下至上依次是:襯底1，襯底上的氮化物成核層2，氮化物成核層上的N-polar氮化物緩沖層3，氮化物緩沖層3上的氮化物勢壘層4，氮化物勢壘層4上的氮化鎵溝道層5，氮化物勢壘層4和氮化鎵溝道層5的兩端被刻蝕貫穿，露出之下的N-polar氮化物緩沖層3，形成臺階，臺階上的超晶格結(jié)構(gòu)的氮化物過渡層6-2和氮化物帽層7，在氮化物帽層7上形成源極8和漏極9，在源極8和漏極9之間的氮化鎵溝道層5上形成柵極10，柵極10與氮化物過渡層6-2及氮化物帽層7分離。超晶格結(jié)構(gòu)的氮化物過渡層6-2及上述氮化物帽層7是優(yōu)化摻雜的。
[0087]本發(fā)明第六實施例中肖特基柵氮化鎵器件的一種變形是在氮化物溝道層5與柵極10之間加入一層氮化物帽層，氮化物帽層優(yōu)選為鋁鎵氮。
[0088]本發(fā)明第五實施例中MIS結(jié)構(gòu)柵氮化鎵器件，在柵極10和氮化鎵溝道層5之間存在一層介質(zhì)層12 (圖7)，介質(zhì)層12為二氧化硅、氮化硅、氮化鋁、氧化鋁、二氧化鉿中的一種或包含上述材料的多層多種材料的組合。
[0089]優(yōu)選地，在上述HEMT器件中，氮極性面的氮化物緩沖層3包括為氮化鎵，氮化物勢壘層4包括鋁鎵氮層，氮化物溝道層5包括氮化鎵，氮化物帽層7包括氮化鎵層。本實施例中的過渡層6-2為具有超晶格結(jié)構(gòu)的GaN/InGaN，超晶格結(jié)構(gòu)的GaN/InGaN的每層厚度范圍為0.1?10nm。使用超晶格結(jié)構(gòu)的GaN/InGaN不僅能獲得低歐姆接觸電阻，同時也避免了直接生長厚的InGaN層的困難。
[0090]由以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0091]首先，氮化鎵氮面上制作的HEMT器件，其源、漏金屬電極通過禁帶寬度更窄的氮化鎵溝道層與溝道中的二維電子氣相連，形成的接觸電阻可以更低；
[0092]其次，采用的氮化銦材料由于表面有一層濃度很高的電子積累層，與金屬可以形成非常理想的歐姆接觸；
[0093]最后，為了消除氮化鎵層和氮化銦層直接接觸時形成的高勢壘，在氮化鎵層和氮化銦層之間增加一層氮化物過渡層。氮化物過渡層的加入，使得氮化銦層、氮化物過渡層以及氮化鎵溝道層之間的勢壘高度接近零，非常有利于低歐姆接觸電阻的形成。
[0094]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0095]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。
【權(quán)利要求】
1.一種低歐姆接觸電阻的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件從下到上依次包括: 襯底層； 位于襯底層上的氮化物成核層； 位于成核層上的氮極性面的氮化物緩沖層； 位于所述氮化物緩沖層上的氮化物勢壘層； 位于所述氮化物勢壘層上的氮化物溝道層； 位于所述氮化物溝道層上的氮化物過渡層； 位于所述氮化物過渡層上的氮化物帽層； 所述氮化物過渡層和所述氮化物帽層的中部被刻蝕貫穿形成柵極凹槽； 位于所述氮化物帽層上的源極和漏極，在源極和漏極之間位于所述柵極凹槽內(nèi)的柵極，所述柵極與氮化物過渡層及氮化物帽層分離，所述柵極為肖特基結(jié)構(gòu)或金屬-介質(zhì)層-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求 1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述源極與漏極通過氮化物帽層以及氮化物過渡層與氮化物溝道層中的二維電子氣相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述柵極凹槽底部包括氮化物帽層，柵極位于柵極凹槽底部的氮化物帽層上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述氮化物勢壘層及氮化物溝道層兩端全部或部分被刻蝕形成臺階，所述氮化物過渡層位于臺階上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述氮極性面的氮化物緩沖層為氮化鎵、鋁鎵氮中的一種或兩種的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述氮化物勢壘層是鋁鎵氮、銦鋁氮、鋁銦鎵氮、氮化鋁中一種或包含所述材料的多層多種材料的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述氮化物溝道層為氮化鎵或包含氮化鎵的單層或多層多種材料的組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述柵極為金屬-介質(zhì)層-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)時，介質(zhì)層為二氧化硅、氮化硅、氮化鋁、氧化鋁、二氧化鉿中的一種或包含所述材料的多層多種材料的組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述氮化物帽層為氮化銦、氮化鎵、銦鎵氮中的一種或包含所述材料的多層多種材料的組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述氮化物過渡層是銦組分變化的銦鎵氮過渡層，所述銦鎵氮過渡層中銦組分的原子百分比在遠離所述溝道層的方向上逐漸增加。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述氮化物過渡層是具有超晶格結(jié)構(gòu)的氮化鎵/銦鎵氮，超晶格結(jié)構(gòu)的氮化鎵/銦鎵氮每層的厚度范圍為0.l-10nm。
12.—種如權(quán)利要求1~11中任一項所述的低歐姆接觸電阻的半導(dǎo)體器件的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括以下步驟: 提供襯底層； 在所述襯底層上形成氮化物成核層；在所述氮化物成核層上形成氮極性面的氮化物緩沖層； 在所述氮化物緩沖層上形成氮化物勢壘層； 在所述氮化物勢壘層上形成氮化物溝道層； 在所述氮化物溝道層上形成氮化物過渡層； 在所述氮化物過渡層上形成氮化物帽層； 將所述氮化物過渡層和所述氮化物帽層的中部刻蝕，形成貫穿的柵極凹槽； 在所述氮化物 帽層上形成源極和漏極，在源極和漏極之間位于所述柵極凹槽內(nèi)形成柵極，所述柵極與氮化物過渡層和氮化物帽層分離，所述柵極為肖特基結(jié)構(gòu)或金屬-介質(zhì)層-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】H01L29/778GK104051523SQ201410318075
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月4日
【發(fā)明者】裴軼, 劉沙沙 申請人:蘇州能訊高能半導(dǎo)體有限公司