[发明专利]第13族氮化物半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件，所述半导体器件包括：衬底；在所述衬底上的至少一个半导体层，所述半导体层包括第13族(也被称作第III族)元素氮化物；以及在所述至少一个半导体层上的欧姆接触。

本发明还涉及一种制造这种半导体器件的方法。

背景技术

在过去的几年中，基于第13族氮化物(诸如GaN)的半导体器件已经引起相当大的兴趣，因为它们允许高温和高功率应用，例如功率和微波放大、RF信号处理和传感器应用。

诸如AlN、GaN和InN等第13族氮化物的独特之处是电负性差异大。氮是电负性最大的第V族元素。这导致在所述第13族氮化物中的自发极化。此外，在这些材料的晶体结构中的应变增强了所述极化效应。在GaN/AlGaN异质结构中，由于晶格参数的差异导致这种附加的压电极化引起二维电子气，所述二维电子气在这两层之间的异质结处形成。这种二维的电子气形成在常开型高电子迁移率晶体管(HEMT)的源极与漏极之间的导电沟道。

重要的是建立至所述二维电子气的低欧姆接触，以便在高性能应用领域成功地利用这些器件。大多数在GaN/AlGaN异质结构上的欧姆接触是基于Ti/Al基金属化方案。钛通过形成TiN建立氮空位，所述氮空位使得电子能够在所述AlGaN下面隧穿至所述二维电子气。铝与钛反应，以防止钛的氧化。

通常，金用作所述铝顶上的块状金属，并且通过一个或者多个扩散势垒与铝隔开。最常报道的金属化方案包括Ti/Al/Ti/Au、Ti/Al/Ni/Au和Ti/Al/Pt/Au。

然而，金的使用给这种半导体器件的制造工艺增加了显著的成本，绝不是因为金在现有的制造工艺(诸如CMOS工艺)中不常用。因此，这需要所述制造工艺大量的重新设计，从成本的角度是不期望的。

为了能够在主流半导体晶片厂(诸如硅基晶片厂)中处理第13族氮化物半导体器件，诸如硅衬底上的GaN/AlGaN高电子迁移率晶体管(HEMT)，必须将金从所述制造工艺中消除。然而，在不使所述欧姆接触的接触电阻增加的情况下实现这种消除是非同寻常的，从而损害了所述半导体器件的性能。

F.M.Mohammed等人在Electr.Letters，41(17)，2005，第984-985页公开了一种Ti/Si/Al/Si/Mo/Au叠层，所述叠层作为用于AlGaN/GaN HEMT的欧姆接触。当将这种接触在850℃下退火30秒时，发现在这种堆叠中包含硅层造成硅化物金属间化合物的形成以及用硅对所述AlGaN/GaN异质结构的无意掺杂，导致了0.16Ω.mm的接触电阻和6.77×10^-7Ω.cm²的比接触电阻。

然而，这种欧姆接触仍然依赖于金作为所述块状金属，如前所述这是不期望的。此外，例如本发明的发明人已经实验发现，在所述完整块状金属中硅层的存在造成了工业规模制造工艺中所述接触质量的重现(reproducibility)问题。

发明内容

本发明旨在提供一种根据开始部分所述的半导体器件，所述半导体器件包括低欧姆接触，所述低欧姆接触可以以可重现的方式生产。

本发明还旨在提供一种制造这种半导体器件的方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种半导体器件，所述半导体器件包括衬底、在所述衬底上的至少一个半导体层和在所述至少一个半导体层上的欧姆接触，所述半导体层包括第13族元素氮化物，所述欧姆接触包括在所述至少一个半导体层上的含硅部分以及与所述含硅部分相邻并且在其上方延伸的金属部分，所述金属部分包括钛和另一种金属。

已经惊奇地发现，通过在这种欧姆接触中提供硅源部分，所述部分没有在所述接触的全部宽度上延伸，显著地改善了生产所述含硅欧姆接触的可操作性，同时提供了一种具有足够低的接触电阻的接触，以便所述半导体器件用在挑战性应用领域，诸如高温和高功率应用。此外，通过一个或者多个含硅部分的提供，所述部分至少部分地与所述金属部分相邻，不需要提供多个含硅材料层，以便保证在所述欧姆接触中的每一种金属均可以与硅反应。

所述另一种金属特别具有防止钛氧化的功能。优选地，所述另一种金属是铝。

在一个实施例中，所述含硅部分的硅源选自硅、氧化硅和氮化硅，这是有利的，因为这些材料在现有的主流半导体制造工艺中已经是常用的。