CN112259607A - 氮化镓半导体器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种氮化镓半导体器件及其制备方法，氮化镓半导体器件包括氮化镓外延片及其上方的源极、栅极、漏极，还包括依次形成在氮化镓外延片上的第一介质层、欧姆金属层、第二介质层、第三介质层和栅极金属接触部；欧姆金属层包括源极欧姆接触部和漏极欧姆接触部，源极依次穿过第三介质层和第二介质层后与源极欧姆接触部连接，漏极依次穿过第三介质层和第二介质层后与漏极欧姆接触部连接，栅极与栅极金属接触部连接；氮化镓外延片包括势垒层和帽层，源极欧姆接触部和漏极欧姆接触部均向下延伸至势垒层，栅极金属接触部向下延伸至帽层。该氮化镓半导体器件在栅极金属刻蚀过程中欧姆金属能够得到额外保护，从而降低栅极金属刻蚀工艺难度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体地说，是涉及一种氮化镓半导体器件及其制备方法。
背景技术
氮化镓半导体器件在功率放大领域具有非常广泛的应用前景，氮化镓半导体器件在制造流程中，栅极金属的刻蚀会损伤附近的欧姆金属，尤其是在过刻蚀这一过程中。过刻蚀是干法刻蚀中必不可少的一步，它可以确保被刻蚀薄膜被充分去除。然而在某些特定情形下，过刻蚀会损伤下层结构。通常，通过提高刻蚀选择比和减少过刻蚀量被用来降低下层结构受损伤的风险。但是，高选择比刻蚀具有一定的挑战，也有一定的极限，而降低过刻蚀量会增加被刻蚀薄膜残留的风险。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种在栅极金属刻蚀过程中欧姆金属能够得到额外保护，降低栅极金属刻蚀工艺难度的氮化镓半导体器件。
本发明的第二目的是提供一种上述氮化镓半导体器件的制备方法。
为实现上述第一目的，本发明提供一种氮化镓半导体器件，包括氮化镓外延片以及位于氮化镓外延片上的源极、栅极、漏极；氮化镓半导体器件还包括依次形成在氮化镓外延片上的第一介质层、欧姆金属层、第二介质层、第三介质层和栅极金属接触部；欧姆金属层包括源极欧姆接触部和漏极欧姆接触部，源极依次穿过第三介质层和第二介质层后与源极欧姆接触部连接，漏极依次穿过第三介质层和第二介质层后与漏极欧姆接触部连接，栅极与栅极金属接触部连接；氮化镓外延片包括势垒层和帽层，帽层位于势垒层的上方，源极欧姆接触部和漏极欧姆接触部均向下延伸至势垒层，栅极金属接触部向下延伸至帽层。
一个优选的方案是，氮化镓外延片还包括衬底以及依次形成在衬底上的过渡层、沟道层，势垒层形成在沟道层的上方。
一个优选的方案是，第一介质层的材料为氮化硅、氧化硅、氮化铝、氧化铝中的一种或者两种以上的组合。
一个优选的方案是，第二介质层的材料为氮化硅、氧化硅、氮化铝、氧化铝中的一种或者两种以上的组合。
一个优选的方案是，第三介质层的材料为氮化硅、氧化硅、氮化铝、氧化铝中的一种或者两种以上的组合。
一个优选的方案是，第一介质层的厚度在5微米至500微米范围内。
一个优选的方案是，欧姆金属层的材料为Ti/Al/Ti/TiN合金，栅极金属接触部的材料为TiN/Al/TiN合金，源极、栅极和漏极的材料均为Ti/Al/TiN合金。
为实现上述第二目的，本发明提供一种上述的氮化镓半导体器件的制备方法，包括沉积第一介质层在氮化镓外延片上；开设欧姆接触孔在第一介质层上，欧姆接触孔向下延伸至势垒层；沉积欧姆金属层；沉积第二介质层；刻蚀第二介质层和欧姆金属层，形成源极欧姆接触部和漏极欧姆接触部；沉积第三介质层；开设栅极金属通孔在第三介质层上，栅极金属通孔向下延伸至帽层；沉积栅极金属层；刻蚀栅极金属层，形成栅极金属接触部；制作源极、栅极和漏极，源极与源极欧姆接触部连接，栅极与栅极金属接触部连接，漏极与漏极欧姆接触部连接。
一个优选的方案是，制作源极、栅极和漏极的步骤包括：沉积第四介质层；开设源极接触孔、栅极接触孔和漏极接触孔在第四介质层上，源极接触孔向下延伸至源极欧姆接触部，栅极接触孔向下延伸至栅极金属接触部，漏极接触孔向下延伸至漏极欧姆接触部；沉积电极金属层；图形化电极金属层，形成源极、栅极和漏极。
进一步的方案是，第四介质层为氮化硅、氧化硅、氮化铝、氧化铝中的一种或者两种以上的组合。
本发明的有益效果是，通过在下层欧姆金属层上预先沉积第二介质层，使得欧姆金属层在栅极金属刻蚀过程中得到额外保护，降低栅极金属刻蚀工艺难度，同时通过第二介质层和第三介质层将一起保护欧姆金属层的顶部，使得第三介质层的厚度的选择具有更高的灵活性。
附图说明
图1是本发明氮化镓半导体器件实施例中氮化镓外延片的结构示意图。
图2是本发明氮化镓半导体器件实施例在氮化镓外延片上沉积第一介质层后的示意图。
图3是本发明氮化镓半导体器件实施例开设欧姆接触孔后的示意图。
图4是本发明氮化镓半导体器件实施例沉积欧姆金属层后的示意图。
图5是本发明氮化镓半导体器件实施例沉积第二介质层后的示意图。
图6是本发明氮化镓半导体器件实施例刻蚀第二介质层和欧姆金属层后的示意图。
图7是本发明氮化镓半导体器件实施例沉积第三介质层后的示意图。
图8是本发明氮化镓半导体器件实施例在第三介质层上开设栅极金属通孔后的示意图。
图9是本发明氮化镓半导体器件实施例沉积栅极金属层后的示意图。
图10是本发明氮化镓半导体器件实施例刻蚀栅极金属层后的示意图。
图11是本发明氮化镓半导体器件实施例沉积第四介质层后的示意图。
图12是本发明氮化镓半导体器件实施例开设各电极接触孔后的示意图。
图13是本发明氮化镓半导体器件实施例沉积电极金属层后的示意图。
图14是本发明氮化镓半导体器件实施例图形化电极金属层后的示意图。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
参见图1和图14，氮化镓半导体器件包括氮化镓外延片1以及位于氮化镓外延片1上的源极2、栅极3、漏极4，在横向上，栅极3位于源极2和漏极4之间，氮化镓外延片1包括衬底11以及依次形成在衬底11上的过渡层12、沟道层13、势垒层14和帽层15。
氮化镓半导体器件还包括依次形成在氮化镓外延片1上的第一介质层5、欧姆金属层6、第二介质层7、第三介质层8、栅极金属接触部31、第四介质层9。欧姆金属层6包括源极欧姆接触部21和漏极欧姆接触部41，源极2依次穿过第四介质层9、第三介质层8和第二介质层7后与源极欧姆接触部21连接，漏极4依次穿过第四介质层9、第三介质层8和第二介质层7后与漏极欧姆接触部41连接，栅极3穿过第四介质层9后与栅极金属接触部31连接。源极欧姆接触部21和漏极欧姆接触部41均向下延伸至势垒层14，栅极金属接触部31向下延伸至帽层15。
衬底11的材料为硅、碳化硅或蓝宝石，沟道层13的材料为氮化镓，势垒层14的材料为铝镓氮。第一介质层5、第二介质层7、第三介质层8和第四介质层9的材料均为氮化硅、氧化硅、氮化铝、氧化铝中的一种或者两种以上的组合。第二介质层7和第三介质层8的材料可以相同也可以不同。第一介质层5的厚度在5微米至500微米范围内。欧姆金属层6、栅极金属接触部31、源极2、栅极3和漏极4均由多层金属沉积形成的金属合金，欧姆金属层6的材料为Ti/Al/Ti/TiN合金，栅极金属接触部31的材料为TiN/Al/TiN合金，源极2、栅极3和漏极4的材料均为Ti/Al/TiN合金。
参见图1至图14，氮化镓半导体器件的制备方法包括如下步骤。
首先，准备好如图1所示的氮化镓外延片1。
接着，采用化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)或原子层沉积(ALD)的方法在氮化镓外延片1上沉积形成如图2所示的第一介质层5。
接着，采用半导体光刻技术和刻蚀技术在第一介质层5上开设如图3所示的欧姆接触孔51，欧姆接触孔51向下延伸至势垒层14。其中光刻技术包括匀胶、软烘、曝光、显影、坚膜等步骤。
接着，如图4所示，在第一介质层5上方以及欧姆接触孔51内通过多层金属沉积形成欧姆金属层6，多层金属层按照Ti、Al、Ti、TiN的顺序沉积形成Ti/Al/Ti/TiN合金。
接着，如图5所示，在欧姆金属层6的上方通过沉积形成第二介质层7。
接着，刻蚀第二介质层7和欧姆金属层6，未被除去的欧姆金属层6形成如图6所示的源极欧姆接触部21和漏极欧姆接触部41。
接着，如图7所示，在第二介质层7的上方以及暴露的第一介质层5的上方通过沉积形成第三介质层8。
接着，如图8所示，在第三介质层8上开设栅极金属通孔81，栅极金属通孔81贯穿第三介质层8和第一介质层5并向下延伸至帽层15。
接着，通过多层金属沉积形成如图9所示的栅极金属层30，多层金属按照TiN、Al、TiN的顺序沉积形成TiN/Al/TiN合金。
接着，刻蚀栅极金属层30，未被除去的部分形成如图10所示的栅极金属接触部31。
接着，如图11所示，在栅极金属层30以及第三介质层8的上方通过沉积形成第四介质层9。
接着，如图12所示，在第四介质层9上开设源极接触孔91、栅极接触孔92和漏极接触孔93，源极接触孔91依次贯穿第四介质层9、第三介质层8、第二介质层7并向下延伸至源极欧姆接触部21，栅极接触孔92贯穿第四介质层9并向下延伸至栅极金属接触部31，漏极接触孔93依次贯穿第四介质层9、第三介质层8、第二介质层7并向下延伸至漏极欧姆接触部41。
接着，如图13所示，在第四介质层9的上方以及源极接触孔91、栅极接触孔92和漏极接触孔93内通过多层金属沉积形成电极金属层90，多层金属按照Ti、Al、TiN的顺序沉积形成Ti/Al/TiN合金。
最后，采用半导体光刻技术和刻蚀技术图形化电极金属层90，形成如图14所示的源极2、栅极3和漏极4，源极2与源极欧姆接触部21连接，栅极3与栅极金属接触部31连接，漏极4与漏极欧姆接触部41连接。
由上可见，第三介质层的用途是刻蚀金属时保护底层材料，尤其是保护欧姆金属层的顶部，通过在下层欧姆金属层上预先沉积第二介质层，使得欧姆金属层在栅极金属刻蚀过程中得到额外保护，降低栅极金属刻蚀工艺难度，同时通过第二介质层和第三介质层将一起保护欧姆金属层的顶部，使得第三介质层的厚度的选择具有更高的灵活性。
最后需要强调的是，以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.氮化镓半导体器件，其特征在于，包括氮化镓外延片以及位于所述氮化镓外延片上的源极、栅极、漏极；
所述氮化镓半导体器件还包括依次形成在所述氮化镓外延片上的第一介质层、欧姆金属层、第二介质层、第三介质层和栅极金属接触部；
所述欧姆金属层包括源极欧姆接触部和漏极欧姆接触部，所述源极依次穿过所述第三介质层和所述第二介质层后与所述源极欧姆接触部连接，所述漏极依次穿过所述第三介质层和所述第二介质层后与所述漏极欧姆接触部连接，所述栅极与所述栅极金属接触部连接；
所述氮化镓外延片包括势垒层和帽层，所述帽层位于所述势垒层的上方，所述源极欧姆接触部和所述漏极欧姆接触部均向下延伸至所述势垒层，所述栅极金属接触部向下延伸至所述帽层。
2.根据权利要求1所述的氮化镓半导体器件，其特征在于：
所述氮化镓外延片还包括衬底以及依次形成在所述衬底上的过渡层、沟道层，所述势垒层形成在所述沟道层的上方。
3.根据权利要求1所述的氮化镓半导体器件，其特征在于：
所述第一介质层的材料为氮化硅、氧化硅、氮化铝、氧化铝中的一种或者两种以上的组合。
4.根据权利要求1至3任一项所述的氮化镓半导体器件，其特征在于：
所述第二介质层的材料为氮化硅、氧化硅、氮化铝、氧化铝中的一种或者两种以上的组合。
5.根据权利要求1至3任一项所述的氮化镓半导体器件，其特征在于：
所述第三介质层的材料为氮化硅、氧化硅、氮化铝、氧化铝中的一种或者两种以上的组合。
6.根据权利要求1至3任一项所述的氮化镓半导体器件，其特征在于：
所述第一介质层的厚度在5微米至500微米范围内。
7.根据权利要求1至3任一项所述的氮化镓半导体器件，其特征在于：
所述欧姆金属层的材料为Ti/Al/Ti/TiN合金，所述栅极金属接触部的材料为TiN/Al/TiN合金，所述源极、所述栅极和所述漏极的材料均为Ti/Al/TiN合金。
8.氮化镓半导体器件的制备方法，其特征在于，所述氮化镓半导体器件如权利要求1至7任一项所述的氮化镓半导体器件；
所述制备方法包括：
沉积第一介质层在所述氮化镓外延片上；
开设欧姆接触孔在所述第一介质层上，所述欧姆接触孔向下延伸至所述势垒层；
沉积欧姆金属层；
沉积第二介质层；
刻蚀所述第二介质层和所述欧姆金属层，形成源极欧姆接触部和漏极欧姆接触部；
沉积第三介质层；
开设栅极金属通孔在所述第三介质层上，所述栅极金属通孔向下延伸至所述帽层；
沉积栅极金属层；
刻蚀所述栅极金属层，形成栅极金属接触部；
制作源极、栅极和漏极，所述源极与所述源极欧姆接触部连接，所述栅极与所述栅极金属接触部连接，所述漏极与所述漏极欧姆接触部连接。
9.根据权利要求8所述的氮化镓半导体器件的制备方法，其特征在于：
所述制作源极、栅极和漏极的步骤包括：
沉积第四介质层；
开设源极接触孔、栅极接触孔和漏极接触孔在所述第四介质层上，所述源极接触孔向下延伸至所述源极欧姆接触部，所述栅极接触孔向下延伸至所述栅极金属接触部，所述漏极接触孔向下延伸至所述漏极欧姆接触部；
沉积电极金属层；
图形化所述电极金属层，形成所述源极、所述栅极和所述漏极。
10.根据权利要求9所述的氮化镓半导体器件的制备方法，其特征在于：
所述第四介质层为氮化硅、氧化硅、氮化铝、氧化铝中的一种或者两种以上的组合。
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