Гетероструктурный полевой транзистор на основе полупроводникового соединения нитрида галлия

Полезная модель относится к технологии микроэлектроники, а именно к технологии получения дискретных приборов и монолитно-интегральных схем на основе полупроводникового соединения нитрида галлия, в частности, к созданию омических и барьерных контактов для гетероструктурных полевых транзисторов с высокой подвижностью электронов.
Известен полевой транзистор (Wei-Chou Wang, Chia-Hao Chen, Jhih-Han Du, Ming-Hung Weng, Che-Kai Lin, Chieh-Chih Huang, Chien-Chih Chang, Shih-Hui Huang, Yi-Feng Wei, Yao-Chung Hsieh, Michael Casbon, Paul J. Tasker, Wen-Kai Wang, I-Te Cho, Walter Wohlmuth. Development and Control of a 0.25 μm Gate Process Module for AlGaN/GaN HEMT Production // CS MANTECH Conference, May 13th - 16th, 2013, New Orleans, Louisiana, USA. PP. 143-146), в котором омические контакты выполнены на основе многослойной композиции Ti/Al/Ni/Au и Т-образные затворы длиной 0,25 мкм на основе двухслойной металлизации Ni/Au.
Недостатком данного транзистора является высокая стоимость металлизации омических контактов и Т-образного затвора, связанная с применением толстых слоев Au.
Известны конструкции затворов полевого транзистора Шоттки (Ting-En Hsieh Yueh-Chin Lin Yueh-Chin Lin Fang-Ming Li Edward Yi-Chang / GaN High-Electron-Mobility Transistor with WNx/Cu Gate for High-Power Applications // Journal of Electronic Materials 44(12), 2015; Yueh-Chin Lin, Chih-Hsiang Chang, Fang-Ming Li, Li-Han Hsu, and Edward Yi Chang. Evaluation of TiN/Cu Gate Metal Scheme for AlGaN/GaN High-Electron-Mobility Transistor Application // Applied Physics Express 6 (2013) 091003)), в котором затворная металлизация выполнена на основе полностью бездрагметальной двухслойной металлизации, где барьерообразующий слой на основе тонких пленок нитридов тугоплавких металлов WNx или TiN располагается на поверхности полупроводниковой пластины, а проводящий слой на основе Cu располагается на поверхности барьерообразующего слоя.
К недостаткам данного транзистора является невозможность формирования барьерного образующего слоя на основе пленок нитридов тугоплавких металлов методами прямой оптической или электронно-лучевой литографии, что значительно снижает практичную ценность данных конструкций затворов.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по наибольшему числу существенных признаков является транзистор на основе полупроводникового соединения нитрида галлия (Yuen-Yee Wong, Yu-Kong Chen, Jer-Shen Maa, Hung-Wei Yu, Yung-Yi Tu, Chang-Fu Dee, Chi-Chin Yap, and Edward Yi Chang. Low resistance copper-based ohmic contact for AlGaN/GaN high electron mobility transistors // Appl. Phys. Lett. 103, 152104 (2013)). Устройство представляет собой гетероструктурный полевой транзистор с высокой подвижностью электронов, в котором омические контакты выполнены на основе четырехслойной металлизации Ti/Al/Ni/Cu, где слой Ti располагается на поверхности полупроводниковой пластины и имеет толщину20 нм, слой Al расположен на поверхности слоя Ti и имеет толщину 120 нм, слой Ni расположен на поверхности слоя Al и имеет толщину 25 нм и слой Cu распложен на поверхности слоя Ni и имеет толщину 50 нм.
К недостаткам данного транзистора является низкая термостабильность электрических параметров омического контакта, вследствие проникновения быстро диффундирующих атомов меди в GaN при повышенной температуре.
Задачей настоящей полезной модели повышение термической стабильности электрических параметров, как омического контакта, так и Т-образного затвора гетероструктурного полевого транзистора на основе полупроводникового соединения нитрида галлия.
Поставленная техническая задача в данной полезной модели решается за счет того, что в транзистор на основе полупроводникового соединения нитрида галлия выполнен из полупроводниковой пластины с буферным, канальным и барьерным слоями, включающий в свой состав омические контакты истока и стока и Т-образный затвор. Омический контакт выполнен на основе трехслойной металлизации Ta/Al/Pd, при этом слой Ta толщиной 5-100 нм на поверхности полупроводниковой пластины слой Al толщиной 50-1000 нм расположен на поверхности слоя Ta, слой Pd толщиной 5-100 нм расположен на поверхности слоя Al. Т-образный затвор выполнен на основе трехслойной композиции состоящей из барьерообразующего слоя Ni толщиной 10-200 нм, расположенного на поверхности полупроводниковой пластины, проводящего слоя на основе Al толщиной 10-1000 нм, расположенного на поверхности барьерообразующего слоя, и защитного слоя на основе Pd толщиной 10-200 нм, расположенного на поверхности проводящего слоя Al.
Сущность настоящей полезной модели поясняется иллюстрацией, на которой в разрезе отображено предложенное устройство.
На рисунке отображены следующие конструктивные элементы устройства:
1 - полупроводниковая подложка
2 - меза-изоляция
3 - эпитаксиальная гетероструктура
3a - буферный слой
3b - канальный слой
3c - барьерный слой
4, 5 - омические контакты к областям стока и истока
4a, 5a - барьерообразующий слой
4b, 5b - проводящий слой
4c, 5c - защитный слой
6 - Т-образный затвор
6a - барьерообразующий слой
6b - проводящий слой
6с - защитный слой
Устройство представляет собой гетероструктурный полевой транзистор с высокой подвижностью электронов на основе полупроводникового соединения нитрида галлия, который состоит из подложки 1, в которой области расположения транзисторов разделены меза-изоляцией 2, эпитаксиальной гетероструктуры 3, включающей буферный слой 3a, канальный слой 3b, барьерный слой 3c, омического контакта истока 4 и стока 5, выполненных на основе трехслойной металлизации Ta/Al/Pd//. Слой Ta располагается на поверхности полупроводниковой пластины и имеет толщину 5-100 нм, слой Al расположен на поверхности слоя Ta и имеет толщину 50-1000 нм, слой Pd расположен на поверхности слоя Al и имеет толщины 5-100 нм. Т-образный затвор 6 выполнен на основе трехслойной композиции и состоящего из барьерообразующего слоя 6a на основе Ni толщиной 10-200 нм, расположенного на поверхности полупроводниковой пластины, проводящего слоя 6b на основе Al толщиной 10-1000 нм, расположенного на поверхности слоя барьерообразующего слоя 6а и защитного слоя 6c на основе Pd толщиной 10-200 нм, расположенного на поверхности проводящего слоя Al.
Технический результат обеспечивается тем, что используется пленка Al в качестве проводника в составе металлизации омического контакта и Т-образного затвора, а также защитный слой выполен на основе пленки, что позволяет значительно повысить термическую стабильность электрических параметров омических и барьерных контактов, и как результат, повысить надежностные характеристики транзистора.
Кроме того, предложенное решение позволяет снизить стоимость его изготовления, так как в составе металлизации омического контакта и Т-образного затвора транзистора отсутствует золото.
Предлагаемая полезная модель может использоваться в устройствах при проектировании сетей 5G.