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用于多通道fet的欧姆接触
1.政府权利
2.本发明是在darpa dream授予的fa8650-18-c-7807的政府支持下完成的。政府对本发明具有一定的权利。
技术领域
3.本发明一般涉及欧姆接触，更具体地涉及用于多通道场效应晶体管(fet)的欧姆接触。


背景技术：

4.由多个(堆叠)通道结构组成的场效应晶体管(fet)近来因其可提高功率放大器和功率开关应用中的电流密度和降低导通电阻而受到关注。对于单通道fet，传统的合金欧姆接触是通过退火薄金属层(如gan fet的ti/al/mo/au，gaas/ingaas fet的auge/ni/au)堆叠而形成的；下沉金属形成与通道层的欧姆接触。然而，这种方法对于多通道fet结构效果不好，多通道fet结构中顶部半导体表面和堆叠通道之间的距离较大，因为合金金属不能到达深通道。这导致多通道晶体管的接触电阻高。
[0005]“再生长”欧姆接触是用于形成低电阻欧姆接触的另一种技术。已经证明，在单个2deg通道上横向再生长的n
+
gan中的欧姆接触电阻低。然而，多通道fet中的接触电阻可能高于预期。


技术实现要素：

[0006]
本发明提供了一种用于多通道fet的欧姆接触。在一个可能的实施方式中，本发明的欧姆接触包括晶圆中的多个狭缝形凹槽，多通道fet在该晶圆中，每一个凹槽的深度至少等于fet的最低通道层的深度。凹槽彼此线性对准，凹槽的线的取向垂直于fet的源极和漏极之间的电流方向。在每一个狭缝形凹槽的侧壁中和侧壁上的欧姆金属提供与多个通道层中的每一个通道层的欧姆接触。侧壁优选地是倾斜的，侧壁的角度在45
°
和90
°
之间。
[0007]
每一个狭缝形凹槽具有电流流入或流出的内边缘和外边缘。在优选实施方式中，提供了与每一个狭缝形凹槽的外边缘邻接的线性连接凹槽。欧姆金属也沉积在线性连接凹槽中，使得欧姆金属将狭缝形凹槽和线性连接凹槽与多个通道层互连。
[0008]
本发明的欧姆接触还可以包括晶圆顶表面上的欧姆金属接触层，该欧姆金属接触层在凹槽的线中的每一个凹槽中的欧姆金属之上并且与该欧姆金属接触，以及在线性连接凹槽(如果存在的话)之上。
[0009]
本发明的欧姆接触通常用作用于多通道fet的源极和/或漏极接触。fet可以是例如gan fet，具有包括ti、al、mo和/或au的欧姆金属。另一个示例是gaas/ingaas fet，具有欧姆金属包括auge、ni和/或au。下面提供了其他示例。
[0010]
参照以下附图、说明书和权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。
附图说明
[0011]
图1是根据本发明的采用欧姆接触的多通道fet的一个实施方式的透视图。
[0012]
图2是根据本发明的采用窄欧姆接触的多通道fet的另一可能实施方式的透视图。
[0013]
图3a是根据本发明的采用欧姆接触的多通道fet的一个实施方式的透视图，并且其中示出了凹槽中的剖面线a-a’和b-b’。
[0014]
图3b和图3c是凹槽的两个可能的截面图，从图3a中的剖面线a-a’和b-b’得到。
[0015]
图4a和图4b是根据本发明的采用欧姆接触的多通道fet的两个可能实施方式的平面图，示出了接触之间的潜在电流路径。
[0016]
图5a是根据本发明的采用欧姆接触的多通道fet的一个可能实施方式的平面图。
[0017]
图5b是根据本发明的采用欧姆接触的多通道fet的另一可能实施方式的平面图。
[0018]
图6a是根据本发明的采用再生长欧姆接触的多通道fet的一个实施方式的透视图。
[0019]
图6b是根据本发明的采用再生长欧姆接触的多通道fet的另一可能实施方式的透视图。
[0020]
图7是示出根据本发明使用狭缝形凹槽形成欧姆接触的一组可能步骤的流程图。
[0021]
图8是示出根据本发明使用再生长材料形成欧姆接触的一组可能步骤的流程图。
具体实施方式
[0022]
作为概述，在一个可能的实施方式中，用于具有多个(堆叠)通道结构的fet的本发明的欧姆接触，通过在欧姆金属沉积之前凹槽蚀刻小狭缝图案而形成。该凹槽的深度比底部通道层的深度更深。欧姆金属直接沉积在每一个凹槽的侧壁上，从而形成与每一个通道的同时接触。狭缝结构的长度、宽度和形状优选地基于材料的薄层电阻和金属与通道之间的横向接触电阻来优化，使得总接触电阻最小化。
[0023]
还描述了应用于更新的再生长欧姆接触技术的类似概念，其中再生长材料与多通道的侧壁形成欧姆接触。如本文所述，再生长材料优选地具有波纹结构，其通过在二维上增加接触周边来增加接触面积，从而减小有效接触电阻。波纹结构的长度、宽度和形状优选地基于材料的薄层电阻和金属与通道之间的横向接触电阻来优化，使得总接触电阻最小化。
[0024]
图1示出了“狭缝图案”方法的一个可能实施方式，其中为多通道fet 14提供欧姆接触10、12(源极和漏极)。每一个欧姆接触包括晶圆18中的多个狭缝形凹槽16，多通道fet在晶圆18上。每一个凹槽16的深度至少等于fet的最低通道层20的深度，凹槽彼此线性对准。凹槽的线的取向垂直于fet的源极和漏极之间的电流流动的方向。欧姆金属(未标号)在每一个狭缝形凹槽的侧壁中和侧壁上，使得与多个通道层中的每一个通道层形成欧姆接触-其中与通道层的接触横向形成。优选地选择狭缝的宽度和间距以优化材料导电性和界面电阻。
[0025]
本发明的欧姆接触还可以包括在晶圆18的顶表面上的欧姆金属接触层22，该欧姆金属接触层22在每一个凹槽16中的欧姆金属上方并与之接触。欧姆金属接触层22具有内边缘24和外边缘26；凹槽16的线优选地从欧姆金属接触层的内边缘24后退≥0μm的距离，使得每一个凹槽完全被欧姆金属接触层重叠(覆盖)。
[0026]
欧姆金属接触层22具有定义为内边缘24和外边缘26之间的距离的相关宽度w1。每
一个凹槽16还具有在与w1相同的方向上定义的相关公共宽度w2。w1的最小值优选地等于w2。w1可以显著大于w2，如图1所示。可替代地，如图2所示，欧姆金属接触层32可以相对窄-宽度w1等于或近似等于w2。
[0027]
图3a示出了如本文所述的多通道fet 14，图3b和图3c所示的截面图(沿剖面线a-a’和b-b’截取)示出了凹槽16的侧壁40、42的可能形状。如图3a所示，侧壁40、42可以是垂直的。然而，在图3b中，侧壁40、42是倾斜的，侧壁的角度优选地在45
°
和90
°
之间。
[0028]
当如图1所示布置时，在欧姆接触10和12之间形成电流路径50-如上所述形成为狭缝形凹槽16-如图4a所示。图4b示出了另一可能的实施方式。如前所述，形成狭缝形凹槽60。此外，形成与每一个狭缝形凹槽60的外边缘连续的线性连接凹槽62。欧姆金属填充线性连接凹槽62和凹槽60，使得每一个欧姆接触的狭缝形凹槽和线性连接凹槽与多个通道层互连。现在，除了电流路径50之外，在线性连接凹槽60之间提供了附加的电流路径64。
[0029]
注意，对于具有如图4b所示的线性连接凹槽的欧姆接触，考虑了至少两个不同的实施方式。例如，在图5a所示的配置中，欧姆接触层66在凹槽60和62中的每一个凹槽中的欧姆金属之上并与之接触。如前所述，凹槽60的线优选地从欧姆金属接触层的内边缘68后退≥0μm的距离，使得每一个凹槽完全被欧姆金属接触层66覆盖。或者，如图5b所示，在凹槽60和62上不提供欧姆金属接触层。
[0030]
本发明的欧姆接触可以与由各种材料制成的多通道fet一起使用。例如，多通道fet可以是n型algan/gan fet；在此，合适的欧姆金属包括ti、al、mo和/或au；对于p型algan/gan fet，合适欧姆金属是pd、ni、pt和/或au。作为另一示例，多通道fet可以是gaas/ingaas fet；在此，合适的欧姆金属包括auge、ni和/或au。另一个示例是alga2o3/ga2o
3 fet；在此，合适的欧姆金属包括ti和au。通常，欧姆金属应被选择以提供期望的接触电阻；这通常是凭经验确定的。
[0031]
注意，虽然多通道fet被描述为本欧姆接触的主要应用，但是它们可以更普遍地应用于具有一个或多个通道层的任何fet。例如，欧姆接触可用于具有单个厚通道层的fet，例如已经均匀掺杂有n型或p型掺杂的整体通道(而不是2deg)，对于整体通道，传统的合金欧姆接触从顶表面不能到达整个通道层。mesfet就是一个示例。
[0032]
类似的方法可以应用于最近的“再生长”欧姆接触技术。在此，不是通过沉积金属来形成接触，而是例如使用mbe或mocvd将诸如n
+
gan的再生长材料直接沉积在多个通道的侧壁上。这在图6a和图6b中示出。在图6a中，使用晶圆78上的再生长材料76在多通道fet 74上形成欧姆源极和漏极接触70、72，多通道fet驻留在晶圆78上。再生长材料76横向接触多通道fet的每一个通道层79的侧壁。
[0033]
图6b中示出了使用该概念的优选实施方式。在此，再生长材料82具有内边缘84，该内边缘84垂直于(fet在其上的)晶圆86的顶表面并且与每一个通道层88的侧壁接触，其中内边缘84具有波纹形状。波纹结构在二维上增加接触周围来增加接触面积，使得减小每一个晶体管栅宽的接触电阻。波纹结构的长度、宽度和形状优选地基于材料的薄层电阻和再生长材料与通道之间的横向接触电阻来优化，使得总接触电阻最小化。
[0034]
用于各种fet类型的合适的再生长材料的示例如下：
[0035]-n型algan/gan fet：n+gan
[0036]-p型algan/gan fet：p+gan
[0037]-n型algao3/ga2o
3 fet：n+ga2o3[0038]
如上所述，对于狭缝形凹槽方法，本文所述的再生长材料方法可以更普遍地应用于具有一个通道层或多个通道层的任何fet。
[0039]
通过(1)使欧姆金属或再生长材料同时直接接触多个通道，以及(2)通过引入狭缝/波纹结构增加接触周围，“狭缝”和“再生长”方法都提供了比现有技术方法更小的多个通道的接触电阻。
[0040]
图7中示出了使用如本文所述的狭缝形凹槽形成欧姆接触的一个可能的方法。在步骤90中，在正在制造多通道fet的晶圆中蚀刻狭缝形凹槽。每一个凹槽被蚀刻到深度至少等于fet的最低通道层的深度。凹槽彼此线性对准，并且凹槽的线的取向垂直于fet的源极和漏极之间的电流流动的方向。在步骤92中，欧姆金属沉积在每一个狭缝形凹槽的侧壁中和侧壁上，使得与多个通道层中的每一个通道层形成欧姆接触。
[0041]
可选地，在步骤94中，蚀刻线性连接凹槽，该线性连接凹槽与每一个狭缝形凹槽的外边缘邻接(如图4b、图5a和图5b中所示)。如果已经蚀刻了线性连接凹槽，则还在线性连接凹槽中沉积欧姆金属，使得欧姆金属将狭缝形凹槽和线性连接凹槽与多个通道层互连(步骤96)。
[0042]
在步骤98中示出了另一可选步骤：在晶圆的顶表面上沉积欧姆金属接触层，该欧姆金属接触层在每一个凹槽中的欧姆金属之上并与之接触(如图1和图2所示)。根据本发明，可以执行步骤94/96或步骤98，可以执行两者，或者都不执行。
[0043]
蚀刻步骤优选地用干法蚀刻来执行，例如反应离子蚀刻(rie)或感应耦合等离子体蚀刻(icp-rie)。欧姆金属的沉积优选包括在一个工艺步骤中顺序地蒸发或溅射欧姆金属。如前所述，凹槽的侧壁可以是倾斜的，侧壁的角度在45
°
和90
°
之间。蚀刻和金属沉积步骤优选地在形成fet的栅极之前执行。
[0044]
图8中示出了使用如本文所述的再生长材料形成欧姆接触的一种可能方法。在步骤100中，蚀刻多通道fet以暴露每一个通道层的侧壁。在步骤102中，例如直接沉积再生长材料(例如n
+
gan)，使得其横向接触每一个通道层的侧壁。可选地(并且优选地)，在步骤104中，使再生长材料的内边缘具有波纹形状。如上所述，优选地使用mbe或mocvd来沉积再生长材料。
[0045]
本发明的用于多通道fet的欧姆接触可用于许多应用中。例如，具有高输出功率的功率放大器mmic、具有高线性度的低噪声放大器mmic、具有低插入损耗和高隔离度的rf开关mmic、以及具有低动态导通电阻和击穿电压的功率开关晶体管仅仅是几种可能的应用。
[0046]
这里描述的本发明的实施方式是示例性的，并且可以容易地设想许多修改、变化和重新布置以实现基本上等同的结果，所有这些都旨在被包含在如所附权利要求中限定的本发明的精神和范围内。