[发明专利]一种低欧姆接触电阻的半导体器件及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体电子技术领域，特别是涉及一种低欧姆接触电阻的半导体器件及其制作方法。

背景技术

第三代半导体氮化镓的介质击穿电场高达3MV/cm，远远高于第一代半导体硅(Si)和第二代半导体砷化镓(GaAs)，因此氮化镓电子器件能承受很高的电压。同时，氮化镓可以与铝镓氮形成异质结结构。在异质结的界面附近，可以形成具有很高电子浓度和电子迁移率的二维电子气(2DEG)沟道。在此异质结基础上制成的氮化镓高电子迁移率晶体管(HEMT)可以同时具有高频率和高电流密度的特性，并具有很低的导通电阻。这些特性使氮化镓HEMT特别适用于制造高频的大功率射频器件和高耐压大电流的开关器件。

氮化镓HEMT的射频输出和小信号性能优异，然而其小信号性能受器件中寄生电阻的限制，且随着器件尺寸(如栅长)的缩小越来越严重。大的源漏极欧姆接触电阻引起的寄生延迟成为限制氮化镓晶体管截止频率f_T和最大振荡频率f_max的重要因素。尤其对于亚微米氮化镓HEMT来说，为了提高氮化镓HEMT器件的小信号性能以及器件的截止频率，需要源漏极的欧姆接触电阻尽可能低。

参图1a所示，常规的氮化镓HEMT是在氮化镓的镓面上制作的，源、漏金属电极通过宽禁带的铝镓氮势垒层与异质结沟道中的二维电子气相连，由于铝镓氮的势垒较高，导致接触电阻较大，而且很难进一步降低，严重限制了器件的性能。为了获得低的欧姆接触电阻，可以从降低金属电极和沟道二维电子气之间的势垒来考虑。

氮极性面氮化镓上制作的HEMT器件，源、漏金属电极通过相对窄禁带的氮化镓沟道层与二维电子气相连，有利于制作低阻欧姆接触。在此基础上，在氮化镓沟道层和源、漏金属电极之间加入氮化物帽层，达到进一步降低欧姆接触电阻的目的。但是上述结构仍然存在一个问题：氮化镓沟道层和氮化物帽层之间的接触势垒仍然较高，为了进一步降低接触电阻，非常有必要在氮化镓沟道层和氮化物帽层间加入一层过渡层，以达到降低接触势垒，获得低接触电阻的目的。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种低欧姆接触电阻的半导体器件及其制作方法，以改善器件的欧姆接触电阻，提高器件的小信号性能。

发明内容

有鉴于此，为了解决所述现有技术中的问题，本发明半导体器件及其制作方法提出了在氮极性面的氮化物材料上，利用氮化物过渡层和氮化物帽层实现低阻欧姆接触的结构设计。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种低欧姆接触电阻的半导体器件，所述半导体器件从下到上依次包括：

衬底层；

位于衬底层上的氮化物成核层；

位于成核层上的氮极性面的氮化物缓冲层；

位于所述氮化物缓冲层上的氮化物势垒层；

位于所述氮化物势垒层上的氮化物沟道层；

位于所述氮化物沟道层上的氮化物过渡层；

位于所述氮化物过渡层上的氮化物帽层；

所述氮化物过渡层和所述氮化物帽层的中部被刻蚀贯穿形成栅极凹槽；

位于所述氮化物帽层上的源极和漏极，在源极和漏极之间位于所述栅极凹槽内的栅极，所述栅极与氮化物过渡层及氮化物帽层分离，所述栅极为肖特基结构或金属-介质层-半导体结构。

作为本发明的进一步改进，所述源极与所述漏极通过氮化物帽层以及氮化物过渡层与氮化物沟道层中的二维电子气相连。

作为本发明的进一步改进，所述栅极凹槽底部包括氮化物帽层，栅极位于栅极凹槽底部的氮化物帽层上。

作为本发明的进一步改进，所述氮化物势垒层及氮化物沟道层两端全部或部分被刻蚀形成台阶，所述氮化物过渡层位于台阶上。

作为本发明的进一步改进，所述氮极性面的氮化物缓冲层为氮化镓、铝镓氮中的一种或两种的组合。

作为本发明的进一步改进，所述氮化物势垒层是铝镓氮、铟铝氮、铝铟镓氮、氮化铝中一种或包含所述材料的多层多种材料的组合。

作为本发明的进一步改进，所述氮化物沟道层为氮化镓或包含氮化镓的单层或多层多种材料的组合。

作为本发明的进一步改进，所述所述栅极为金属-介质层-半导体结构时，介质层为二氧化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝、二氧化铪中的一种或包含所述材料的多层多种材料的组合。

作为本发明的进一步改进，所述氮化物帽层为氮化铟、氮化镓、铟镓氮中的一种或包含所述材料的多层多种材料的组合。