CN112466934A - n型AlN欧姆接触结构、AlN肖特基二极管及AlN场效应晶体管 - Google Patents
n型AlN欧姆接触结构、AlN肖特基二极管及AlN场效应晶体管 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112466934A CN112466934A CN202011217956.9A CN202011217956A CN112466934A CN 112466934 A CN112466934 A CN 112466934A CN 202011217956 A CN202011217956 A CN 202011217956A CN 112466934 A CN112466934 A CN 112466934A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- aln
- layers
- ohmic contact
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000005669 field effect Effects 0.000 title claims abstract description 32
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 39
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 39
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 36
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 12
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 71
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 66
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 38
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 38
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 37
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 35
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 28
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 26
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 abstract description 7
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 12
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 12
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 10
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 9
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 7
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 2
- 241001354791 Baliga Species 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/45—Ohmic electrodes
- H01L29/452—Ohmic electrodes on AIII-BV compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
- H01L29/2003—Nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
- H01L29/872—Schottky diodes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
本发明公开了一种n型AlN欧姆接触结构、AlN肖特基二极管及AlN场效应晶体管，其中，所述n型AlN欧姆接触结构包括晶圆结构和欧姆接触电极，其中，所述欧姆接触电极设置于所述晶圆结构上，所述晶圆结构包括自下而上依次设置的衬底层、过渡层、沟道层、渐变AlGaN层和n型GaN层，所述渐变AlGaN层中Al组分的含量自下而上逐渐从1变化到0。本发明使用n型掺杂的渐变AlGaN层，降低了欧姆接触电极与AlN之间的势垒高度，从而实现欧姆接触电极与n型AlN之间较低的欧姆接触电阻，有效降低了金属电极与n型AlN的欧姆接触电阻阻值。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种n型AlN欧姆接触结构、AlN肖特基二极管及AlN场效应晶体管。
背景技术
据统计，全世界超过8-15％的电力能源浪费在电能的生产、传输和电力变换系统中。半导体电力电子器件是电力转换系统的核心器件之一，半导体电力电子器件的电能转换效率是影响整个系统能源损耗的重要指标。目前在电力系统中使用的半导体电力电子器件多以硅材料为主，由于硅材料的禁带宽度较小，反映电力电子器件应用的BFOM系数(Baliga’s Figure of Merit，巴利加优值)也比较小，限制了硅材料制造的电力电子器件性能的进一步提高。硅基的电力电子器件已经达到了性能极限。近几年来，以SiC和GaN为代表的第三代半导体逐渐兴起，SiC和GaN有其较宽的禁带宽度，BFOM系数很高，因此SiC和GaN电力电子器件具有较低的导通电阻和能量转换效率。
AlN是一种超宽禁带材料，具有宽达6.2eV的禁带宽度，比GaN(3.4eV)和SiC(3.0eV)要高的多，因此，AlN具有比GaN和SiC高的多的BFOM系数，非常有潜力用于下一代电力电子器件。然而AlN用于器件制作一系列的问题和挑战需要解决，其中一个重要的问题就是欧姆接触电极的实现。AlN由于禁带宽度很高，掺杂杂质的电离能也很高，难以实现重掺杂；另外，金属材料由于受到功函数的限制，与AlN的肖特基势垒很高，很难实现电子在金属与AlN材料之间的扩散、漂移与隧穿。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种n型AlN欧姆接触结构、AlN肖特基二极管及AlN场效应晶体管。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明的一个方面提供了一种n型AlN欧姆接触结构，包括晶圆结构和欧姆接触电极，其中，
所述欧姆接触电极设置于所述晶圆结构上，所述晶圆结构包括自下而上依次设置的衬底层、过渡层、沟道层、渐变AlGaN层和n型GaN层，所述渐变AlGaN层中Al组分的含量自下而上逐渐从1变化到0。
在本发明的一个实施例中，所述欧姆接触电极由四层金属材料组成，所述四层材料自下而上依次为钛、铝、镍、金，每层金属的生长厚度依次为22nm、140nm、45nm、55nm。
在本发明的一个实施例中，所述渐变AlGaN层的掺杂类型为n型，浓度为1018-1021cm-3，厚度为10-100nm。
在本发明的一个实施例中，所述n型GaN层的掺杂类型为n型，浓度为1018至1021cm-3。
本发明的另一方面提供了一种AlN肖特基二极管，包括晶圆结构、阴极和阳极，其中，
所述晶圆结构包括自下而上依次设置的衬底层、过渡层、沟道层、渐变AlGaN层和n型GaN层；所述渐变AlGaN层中Al组分的含量自下而上逐渐从1变化到0；
所述阴极覆盖在所述n型GaN层的上表面，所述沟道层的上表面有至少一部分未覆盖所述渐变AlGaN层，所述阳极设置在所述沟道层未被覆盖的上表面，并且所述阳极与所述渐变AlGaN层彼此间隔。
在本发明的一个实施例中，所述阴极由四层金属材料组成，所述四层材料自下而上依次为钛、铝、镍、金，每层金属的生长厚度依次为22nm、140nm、45nm、55nm；所述阳极由两层金属材料组成，所述两层材料自下而上依次为镍、金，厚度分别为20nm、100nm。
本发明的另一方面提供了一种AlN肖特基栅场效应晶体管，包括晶圆结构、源极、漏极和栅极，其中，所述晶圆结构包括自下而上依次设置的衬底层、过渡层、沟道层、渐变AlGaN层和n型GaN层，所述渐变AlGaN层中Al组分的含量自下而上逐渐从1变化到0；所述源极和所述漏极分别位于所述n型GaN层上表面的两侧，所述栅极位于所述沟道层未被覆盖的上表面。
在本发明的一个实施例中，所述源极由四层金属材料组成，所述四层材料自下而上依次为钛、铝、镍、金，每层金属的生长厚度依次为22nm、140nm、45nm、55nm；所述漏极由四层金属材料组成，所述四层材料自下而上依次为钛、铝、镍、金，每层金属的生长厚度依次为22nm、140nm、45nm、55nm；所述栅极由两层金属材料组成，所述两层材料自下而上依次为镍、金，厚度分别为20nm、100nm。
本发明的另一方面提供了一种AlN MOS场效应晶体管，包括晶圆结构、源极、漏极、栅极和绝缘氧化层，其中，
所述晶圆结构包括自下而上依次设置的衬底层、过渡层、沟道层、渐变AlGaN层和n型GaN层，所述渐变AlGaN层中Al组分的含量自下而上逐渐从1变化到0；
所述源极和所述漏极分别位于所述n型GaN层上表面的两侧，所述源极与所述漏极之间形成凹槽，所述凹槽内覆盖有所述绝缘氧化层，所述绝缘氧化层上设置有所述栅极，使得所述栅极与所述源极、所述漏极及所述晶圆结构的各层彼此隔离；在所述源极和所述漏极的上表面边缘分别覆盖有所述绝缘氧化层。
在本发明的一个实施例中，所述源极由四层金属材料组成，所述四层材料自下而上依次为钛、铝、镍、金，每层金属的生长厚度依次为22nm、140nm、45nm、55nm；所述漏极由四层金属材料组成，所述四层材料自下而上依次为钛、铝、镍、金，每层金属的生长厚度依次为22nm、140nm、45nm、55nm；所述栅极由两层金属材料组成，所述两层材料自下而上依次为镍、金，厚度分别为20nm、100nm；所述绝缘氧化层的材料为SiO2，厚度为20nm。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提供了一种n型AlN欧姆接触结构，使用n型掺杂的渐变AlGaN层，降低了欧姆接触电极与AlN之间的势垒高度，从而实现欧姆接触电极与n型AlN之间较低的欧姆接触电阻，有效降低了金属电极与n型AlN的欧姆接触电阻阻值，降低了AlN肖特基二极管的导通电阻、AlN场效应晶体管的沟道电阻，提高了AlN肖特基二极管和AlN场效应晶体管的输出电流特性，而对AlN肖特基二极管和AlN场效应晶体管的其他性能没有明显的负面影响。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种n型AlN欧姆接触结构的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种AlN肖特基二极管的结构示意图；
图3a至图3k是本发明实施例提供的一种AlN肖特基二极管的制作过程示意图；
图4是本发明实施例提供的一种AlN肖特基栅场效应晶体管的结构示意图；
图5a至图5i是本发明实施例提供的一种AlN肖特基栅场效应晶体管的制作过程示意图；
图6是本发明实施例提供的一种AlN MOS场效应晶体管的结构示意图；
图7a至图7n是本发明实施例提供的一种AlN MOS场效应晶体管的制作过程示意图。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的一种n型AlN欧姆接触结构、AlN肖特基二极管及AlN场效应晶体管进行详细说明。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
实施例一
图1是本发明实施例提供的一种n型AlN欧姆接触结构的结构示意图。该结构包括晶圆结构1和欧姆接触电极2，欧姆接触电极2设置于晶圆结构1上。晶圆结构1包括自下而上依次设置的衬底层101、过渡层102、沟道层103、渐变AlGaN层104和n型GaN层105。衬底层101的材料为蓝宝石(sapphire)，为2英寸；过渡层102的材料为AlN，厚度为4μm；沟道层103的材料为AlN，厚度为500nm，掺杂类型为n型，掺杂浓度为1×1016；渐变AlGaN层104中Al组分的含量自下而上逐渐从1变化到0，厚度为100nm，掺杂类型为n型，掺杂浓度为1×1018-1×1021；n型GaN层105的厚度为20nm，掺杂类型为n型，浓度为1×1021。
欧姆接触电极2由四层金属材料组成，所述四层材料自下而上依次为钛、铝、任意金属、金。优选地，本实施例的欧姆接触电极2的四层材料自下而上依次为钛、铝、镍、金，每层金属的生长厚度依次为22nm、140nm、45nm、55nm。
进一步地，该n型AlN欧姆接触结构的制备方法包括：
步骤1：在晶圆结构1上表面制作欧姆接触电极2；
具体地，采用金属剥离工艺晶圆结构1上表面制作欧姆接触电极2，欧姆接触电极2的材料为钛/铝/镍/金，沉积顺序依次为钛、铝、镍、金，每层金属的厚度依次为22nm、140nm、45nm、55nm，进行金属剥离。
步骤2：对完成金属剥离后的该n型AlN欧姆接触结构进行退火，退火温度为840℃，时间为30s。
本实施例的欧姆接触电极材料的最下层为金属Ti，Ti金属与下方半导体层接触，会把半导体层表面的电子耗尽形成势垒，半导体层内部的电子运动到半导体层表面需要跨越势垒。渐变AlGaN层中Al组分自下而上从1到0变化，渐变层的禁带宽度自下而上逐渐减小，采用渐变AlGaN层可以降低势垒高度，实现电子在金属与AlN材料之间的扩散、漂移与隧穿，获得较高的输出电流，进而可以实现n型AlN较低的欧姆接触电阻。
实施例二
在实施例一的基础上，本实施例提供了一种AlN肖特基二极管。请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种AlN肖特基二极管的结构示意图。该AlN肖特基二极管包括晶圆结构1、阳极4和阴极3。晶圆结构1包括自下而上依次设置的衬底层101、过渡层102、沟道层103、渐变AlGaN层104和n型GaN层105。阴极3覆盖在n型GaN层105的上表面，沟道层103的上表面有一部分为覆盖渐变AlGaN层104，使得阳极4也设置在沟道层103的上表面，并且阳极4与渐变AlGaN层104不接触。
优选地，阴极3由四层金属材料组成，所述四层材料自下而上依次为钛、铝、镍、金，厚度分别为22nm、140nm、45nm、55nm；阳极4由两层金属材料组成，所述两层材料自下而上依次为镍、金，厚度分别为20nm、100nm。
进一步地，请参见图3a至图3k，图3a至图3k是本发明实施例提供的一种AlN肖特基二极管的制作过程示意图。本实施例的制备方法包括：
步骤1：在晶圆结构1上制作阴极3。
具体地，如图3a至图3d所示，在晶圆结构1上涂一层电子束光刻胶(photoresist)并烘烤；采用电子束光刻设备进行第一次曝光；进行显影，显影时间为30-50s；自下而上依次沉积四层阴极金属材料：钛、铝、镍、金，厚度分别为22nm、140nm、45nm、55nm；进行金属剥离，获得阴极3。
步骤2：进行退火，退火温度为840℃，时间为30s。
步骤3：在具有阴极3的结构上，采用剥离工艺制作阳极4。
具体地，在具有阴极3的结构上涂布一层电子束光刻胶(photoresist)并进行烘烤，烘烤时间为2min，如图3e所示；采用电子束设备进行第二次曝光；进行显影，显影时间为30-50s；进行后烘烤、刻蚀、清洗，烘烤时间为2m，从而在n-AlN沟道层上方形成刻蚀凹槽，如图3f和图3g；在具有阴极3和所述刻蚀凹槽的结构上涂布一层光刻胶；采用电子束光刻设备进行第三次曝光，如图3h所示；进行显影，显影时间30-50s，如图3i所示；沉积阳极4，自下而上依次沉积阳极金属Ni、Au，厚度分别为20nm、100nm；进行金属剥离，获得阳极4，如图3k所示。
实施例三
在上述实施例的基础上，本实施例提供了一种AlN肖特基栅场效应晶体管。请参见图4，图4是本发明实施例提供的一种AlN肖特基栅场效应晶体管的结构示意图。该AlN肖特基栅场效应晶体管包括晶圆结构1、源极5、漏极6和栅极7，其中，晶圆结构1包括自下而上依次设置的衬底层101、过渡层102、沟道层103、渐变AlGaN层104和n型GaN层105。源极5和漏极6分别位于n型GaN层105上表面的两侧，栅极7位于沟道层103的上表面。
优选地，源极5由四层金属材料组成，所述四层材料自下而上依次为钛/铝/镍/金，厚度分别为22/140/45/55nm；同样的，漏极6由四层金属材料组成，所述四层材料自下而上依次为钛、铝、镍、金，厚度分别为22nm、140nm、45nm、55nm；栅极7由两层金属材料组成，所述两层材料自下而上依次为镍/金，厚度分别为20/100nm。
进一步地，请参见图5a至图5i，图5a至图5i是本发明实施例提供的一种AlN肖特基栅场效应晶体管的制作过程示意图。本实施例的制作方法包括：
步骤1：在晶圆结构1上制作源极5和漏极6。
具体地，在晶圆结构1上，涂布一层电子束光刻胶(photoresist)并进行烘烤，烘烤时间为2min；采用电子束光刻设备，进行第一次曝光，如图5a所示；进行显影，显影时间为30-50s，如图5b所示；沉积源极5和漏极6，源极5和漏极6均为四种金属钛、铝、镍、金依次沉积，厚度分别为20nm、140nm、45nm、55nm；进行金属剥离，获得源极5和漏极6，如图5c所示。
步骤2：进行退火，退火温度为840℃，退火时间为30s。
步骤3：在具有源极5和漏极6的结构上进行凹槽刻蚀。
具体地，如图5d至图5f所示，在具有源极5和漏极6的结构上涂布一层电子束光刻胶photoresist；采用电子束设备进行第二次曝光，随后进行显影，显影时间为30-50s；进行后烘烤、刻蚀和清洗，烘烤时间为2min；随后进行退火，退火温度为450℃，以减小n-AlN沟道层的表面损害。
步骤4：在上述具有源极5、漏极6和凹槽的结构上制作栅极。
具体地，如图5g至图5i所示，在具有源极5、漏极6和凹槽的结构上涂布一层电子束光刻胶photoresist；采用电子束设备进行第三次曝光；进行显影，显影时间为30-50s；在凹槽中沉积栅极7的两层金属Ni、Au，厚度分别为20nm、100nm；进行金属剥离，获得栅极7。
实施例四
在上述实施例的基础上，本实施例提供了一种AlN MOS场效应晶体管。请参见图6，图6是本发明实施例提供的一种AlN MOS场效应晶体管的结构示意图。该AlN MOS场效应晶体管包括晶圆结构1、源极5、漏极6、绝缘氧化层8和栅极7，其中，晶圆结构1包括自下而上依次设置的衬底层101、过渡层102、沟道层103、渐变AlGaN层104和n型GaN层105。源极5和漏极6分别位于n型GaN层105上表面的两侧，源极5和漏极6之间形成凹槽，凹槽内覆盖有绝缘氧化层8，绝缘氧化层8上设置有栅极7，使得栅极7与源极5、漏极6以及晶圆结构1的各层隔离。另外，在源极5和漏极6的上表面边缘也覆盖有绝缘氧化层8。
优选地，源极5由四层金属材料组成，所述四层材料自下而上依次为钛、铝、镍、金，厚度分别为22nm、140nm、45nm、55nm；同样的，漏极6由四层金属材料组成，所述四层材料自下而上依次为钛、铝、镍、金，厚度分别为22nm、140nm、45nm、55nm；栅极7由两层金属材料组成，所述两层材料自下而上依次为镍、金，厚度分别为20nm、100nm；绝缘氧化层8的材料为SiO2，厚度为20nm。
进一步地，请参见图7a至图7n，图7a至图7n是本发明实施例提供的一种AlN MOS场效应晶体管的制作过程示意图。该AlN MOS场效应晶体管的制作方法包括：
步骤1：在晶圆结构1上制作欧姆接触电极的源极5和漏极6；
具体地，如图7a至图7c所示，在晶圆结构1上涂布一层电子束光刻胶photoresist；进行烘烤，烘烤时间为2min；采用电子束光刻设备进行第一次曝光；进行显影，显影时间为30-50s；沉积源极5和漏极6，源极5和漏极6均为四种金属钛、铝、镍、金依次沉积，厚度分别为20nm、140nm、45nm、55nm；进行金属剥离，获得源极5和漏极6；进行退火，退火温度为840℃，退火时间为30s。
步骤2：在具有源极5和漏极6的结构上进行凹槽刻蚀；
具体地，如图7d至图7f所示，在具有源极5和漏极6的结构上涂布一层电子束光刻胶photoresist；采用电子束设备进行第二次曝光；进行显影，显影时间为30-50s；进行后烘烤、刻蚀和清洗，烘烤时间为2m；随后进行退火，退火温度为450℃，以减小n-AlN沟道层的表面损害。
步骤3：沉积绝缘氧化物SiO2层8。
具体地，请参见图7g，在所述凹槽以及源极5和漏极6的表面和内侧面沉积绝缘氧化物SiO2层8。
步骤4：对源极5和漏极6上方的绝缘氧化物SiO2层8开孔。
具体地，如图7h至图7j所示，在具有绝缘氧化层SiO2层8的结构上涂布一层电子束光刻胶photoresist；采用电子束设备进行第三次曝光；进行显影，显影时间为30-50s；使用氢氟酸HF腐蚀掉源极8和漏极9上方的对应位置处的绝缘氧化物SiO2层8；去除光刻胶。
步骤5：在凹槽上方的绝缘氧化物SiO2层8上制作栅极7；
具体地，如图7k至图7n所示，在上述步骤4形成的结构上涂布一层电子束光刻胶photoresist；采用电子束设备进行第四次曝光；进行显影，显影时间为30-50s；在凹槽上方的绝缘氧化物SiO2层8中沉积栅极11，栅极材料为四层金属钛、铝、镍、金，厚度分别为20nm、140nm、45nm、55nm；随后进行金属剥离，最终形成本实施例的AlN MOS场效应晶体管。
本发明实施例提供了一种n型AlN欧姆接触结构，使用n型掺杂的渐变AlGaN层，降低欧姆接触电极与AlN之间的势垒高度，从而实现欧姆接触技术与n型AlN之间较低的欧姆接触电阻，有效降低了金属与n型AlN欧姆接触电阻阻值，降低了AlN肖特基二极管的导通电阻、AlN场效应晶体管的沟道电阻，提高了AlN肖特基二极管和AlN场效应晶体管的输出电流特性，而对AlN肖特基二极管和AlN场效应晶体管的其他性能没有明显的负面影响。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种n型AlN欧姆接触结构，其特征在于，包括晶圆结构(1)和欧姆接触电极(2)，其中，
所述欧姆接触电极(2)设置于所述晶圆结构(1)上，所述晶圆结构(1)包括自下而上依次设置的衬底层(101)、过渡层(102)、沟道层(103)、渐变AlGaN层(104)和n型GaN层(105)，所述渐变AlGaN层(104)中Al组分的含量自下而上逐渐从1变化到0。
2.根据权利要求1所述的n型AlN欧姆接触结构，其特征在于，所述欧姆接触电极(2)由四层金属材料组成，所述四层材料自下而上依次为钛、铝、镍、金，每层金属的生长厚度依次为22nm、140nm、45nm、55nm。
3.根据权利要求1所述的n型AlN欧姆接触结构，其特征在于，所述渐变AlGaN层(104)的掺杂类型为n型，浓度为1018-1021cm-3，厚度为10-100nm。
4.根据权利要求1至3所述的n型AlN欧姆接触结构，其特征在于，所述n型GaN层(105)的掺杂类型为n型，浓度为1018至1021cm-3。
5.一种AlN肖特基二极管，其特征在于，包括晶圆结构(1)、阴极(3)和阳极(4)，其中，
所述晶圆结构(1)包括自下而上依次设置的衬底层(101)、过渡层(102)、沟道层(103)、渐变AlGaN层(104)和n型GaN层(105)；所述渐变AlGaN层(104)中Al组分的含量自下而上逐渐从1变化到0；
所述阴极(3)覆盖在所述n型GaN层(105)的上表面，所述沟道层(103)的上表面有至少一部分未覆盖所述渐变AlGaN层(104)，所述阳极(4)设置在所述沟道层(103)未被覆盖的上表面，并且所述阳极(4)与所述渐变AlGaN层(104)彼此间隔。
6.根据权利要求5所述的AlN肖特基二极管，其特征在于，所述阴极(3)由四层金属材料组成，所述四层材料自下而上依次为钛、铝、镍、金，厚度分别为22nm、140nm、45nm、55nm；所述阳极(4)由两层金属材料组成，所述两层材料自下而上依次为镍、金，厚度分别为20nm、100nm。
7.一种AlN肖特基栅场效应晶体管，其特征在于，包括晶圆结构(1)、源极(5)、漏极(6)和栅极(7)，其中，所述晶圆结构(1)包括自下而上依次设置的衬底层(101)、过渡层(102)、沟道层(103)、渐变AlGaN层(104)和n型GaN层(105)，所述渐变AlGaN层(104)中Al组分的含量自下而上逐渐从1变化到0；所述源极(5)和所述漏极(6)分别位于所述n型GaN层(105)上表面的两侧，所述栅极(7)位于所述沟道层(103)未被覆盖的上表面。
8.根据权利要求7所述的AlN肖特基栅场效应晶体管，其特征在于，所述源极(5)由四层金属材料组成，所述四层材料自下而上依次为钛、铝、镍、金，每层金属的生长厚度依次为22nm、140nm、45nm、55nm；所述漏极(6)由四层金属材料组成，所述四层材料自下而上依次为钛、铝、镍、金，每层金属的生长厚度依次为22nm、140nm、45nm、55nm；所述栅极(7)由两层金属材料组成，所述两层材料自下而上依次为镍、金，厚度分别为20nm、100nm。
9.一种AlN MOS场效应晶体管，其特征在于，包括晶圆结构(1)、源极(5)、漏极(6)、栅极(7)和绝缘氧化层(8)，其中，
所述晶圆结构(1)包括自下而上依次设置的衬底层(101)、过渡层(102)、沟道层(103)、渐变AlGaN层(104)和n型GaN层(105)，所述渐变AlGaN层(104)中Al组分的含量自下而上逐渐从1变化到0；
所述源极(5)和所述漏极(6)分别位于所述n型GaN层(105)上表面的两侧，所述源极(5)与所述漏极(6)之间形成凹槽，所述凹槽内覆盖有所述绝缘氧化层(8)，所述绝缘氧化层(8)上设置有所述栅极(7)，使得所述栅极(7)与所述源极(5)、所述漏极(6)及所述晶圆结构(1)的各层彼此隔离；在所述源极(5)和所述漏极(6)的上表面边缘分别覆盖有所述绝缘氧化层(8)。
10.根据权利要求9所述的AlN MOS场效应晶体管，其特征在于，所述源极(5)由四层金属材料组成，所述四层材料自下而上依次为钛/铝/镍/金，厚度分别为22/140/45/55nm；所述漏极(6)由四层金属材料组成，所述四层材料自下而上依次为钛、铝、镍、金，每层金属的生长厚度依次为22nm、140nm、45nm、55nm；所述栅极(7)由两层金属材料组成，所述两层材料自下而上依次为镍、金，厚度分别为20nm、100nm；所述绝缘氧化层(8)的材料为SiO2，厚度为20nm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011217956.9A CN112466934A (zh) | 2020-11-04 | 2020-11-04 | n型AlN欧姆接触结构、AlN肖特基二极管及AlN场效应晶体管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011217956.9A CN112466934A (zh) | 2020-11-04 | 2020-11-04 | n型AlN欧姆接触结构、AlN肖特基二极管及AlN场效应晶体管 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112466934A true CN112466934A (zh) | 2021-03-09 |
Family
ID=74834472
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011217956.9A Pending CN112466934A (zh) | 2020-11-04 | 2020-11-04 | n型AlN欧姆接触结构、AlN肖特基二极管及AlN场效应晶体管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112466934A (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040211976A1 (en) * | 2003-04-28 | 2004-10-28 | Sharp Kabushiki Kaisha | Compound semiconductor FET |
| CN101132022A (zh) * | 2007-09-29 | 2008-02-27 | 西安电子科技大学 | 基于组份渐变GaN MISFET的GaN器件及制备方法 |
| CN108520899A (zh) * | 2018-06-08 | 2018-09-11 | 西安电子科技大学 | 渐变Al组分AlGaN/GaN肖特基二极管及其制备方法 |
-
2020
- 2020-11-04 CN CN202011217956.9A patent/CN112466934A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040211976A1 (en) * | 2003-04-28 | 2004-10-28 | Sharp Kabushiki Kaisha | Compound semiconductor FET |
| CN101132022A (zh) * | 2007-09-29 | 2008-02-27 | 西安电子科技大学 | 基于组份渐变GaN MISFET的GaN器件及制备方法 |
| CN108520899A (zh) * | 2018-06-08 | 2018-09-11 | 西安电子科技大学 | 渐变Al组分AlGaN/GaN肖特基二极管及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| M. HIROKI ET AL: "Ohmic contact to AlN:Si using graded AlGaN contact layer", 《APPLIED PHYSICS LETTERS》 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5306438B2 (ja) | 電界効果トランジスタおよびその製造方法 | |
| CN109524460B (zh) | 高空穴移动率晶体管 | |
| JP5645766B2 (ja) | ＧａＮベースの薄膜トランジスタの製造方法 | |
| WO2017008331A1 (zh) | Tft基板结构及其制作方法 | |
| JP2011192834A (ja) | 半導体装置および半導体装置の製造方法 | |
| JP2016174140A (ja) | 高電子移動度トランジスタ装置及びその製造方法 | |
| CN114899227A (zh) | 一种增强型氮化镓基晶体管及其制备方法 | |
| CN108206220B (zh) | 金刚石肖特基二极管的制备方法 | |
| CN111029404A (zh) | 基于鳍形栅结构的p-GaN/AlGaN/GaN增强型器件及其制作方法 | |
| TWI725433B (zh) | 半導體裝置的製作方法 | |
| CN112466934A (zh) | n型AlN欧姆接触结构、AlN肖特基二极管及AlN场效应晶体管 | |
| CN113838930A (zh) | 具有混合栅电极结构的氮化镓常关型器件及其制备方法 | |
| WO2017190511A1 (zh) | 场发射器件及其制作方法 | |
| CN116487260A (zh) | 高电子迁移率晶体管及其制作方法 | |
| CN113964181A (zh) | 一种pn结基极耦合的氮化镓肖特基二极管及制备方法 | |
| CN108198758B (zh) | 一种垂直结构的氮化镓功率二极管器件及其制作方法 | |
| CN106847910B (zh) | 一种GaN基半导体器件及其制备方法 | |
| CN110676166B (zh) | P-GaN帽层的FinFET增强型器件及制作方法 | |
| CN107104046B (zh) | 氮化镓肖特基二极管的制备方法 | |
| CN112768508B (zh) | 背栅全控型AlGaN/GaN异质结增强型功率HEMT器件及制备方法 | |
| JP4175157B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置とその製造方法 | |
| JP6256008B2 (ja) | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 | |
| CN216671641U (zh) | 一种具有混合栅电极结构的氮化镓常关型器件 | |
| KR20140131167A (ko) | 질화물 반도체 소자 및 그 제조 방법 | |
| CN111128746B (zh) | 肖特基二极管及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210309 |