[发明专利]化合物半导体元件的栅极金属改良结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种化合物半导体元件的栅极金属改良结构，尤其涉及一种具有两层不同材料的扩散阻碍层构成的栅极金属改良结构的化合物半导体元件。

背景技术

请参阅图2A，其为现有技术的氮化铝镓/氮化镓高电子迁移率场效晶体管2(AlGaN/GaN HEMT：AlGaN/GaN High Electron Mobility Transistor)的剖面示意图。其结构包括基板20、氮化镓层210、氮化铝镓层211、栅极电极22、漏极电极23、源极电极24以及绝缘层25。其中构成基板20的材料通常为碳化硅(SiC)。氮化镓层210形成于基板20之上；氮化铝镓层211形成于氮化镓层210之上。绝缘层25形成于氮化铝镓层211之上，构成绝缘层25的材料通常为氮化硅(SiN)，绝缘层25具有栅极凹槽，栅极凹槽的四周为绝缘层25，栅极凹槽的底部为氮化铝镓层211；栅极电极22形成于栅极凹槽的四周、栅极凹槽的底部以及绝缘层25之上，且栅极电极22于栅极凹槽的底部与氮化铝镓层211形成肖特基接触；漏极电极23以及源极电极24分别形成在栅极电极22的两侧的氮化铝镓层211之上，漏极电极23以及源极电极24分别与氮化铝镓层211形成欧姆接触。请同时参阅图2B，其为图2A的现有技术的氮化铝镓/氮化镓高电子迁移率场效晶体管的一具体实施例的栅极电极结构的局部放大剖面示意图。其中栅极电极22包括接触层220、扩散阻碍层221以及传导层222。接触层220形成于栅极凹槽的四周、栅极凹槽的底部以及绝缘层25之上，且接触层220于栅极凹槽的底部与氮化铝镓层211形成肖特基接触，在此实施例中，构成接触层220的材料为镍(Ni)；扩散阻碍层221形成于接触层220之上，构成扩散阻碍层221的材料为铂(Pt)；传导层222形成于扩散阻碍层221之上，构成传导层222的材料为金(Au)。

由于可靠度的要求，氮化铝镓/氮化镓高电子迁移率场效晶体管元件必须要能在高温(300℃)之下通过长达六小时的可靠度试验以及110℃五百小时的可靠度试验。然而图2A(具有如图2B的镍、铂、金三层的栅极金属结构)的现有技术的氮化铝镓/氮化镓高电子迁移率场效晶体管经过300℃六小时的可靠度试验后，总是有部分的元件无法通过可靠度试验的标准。发明人将无法通过可靠度试验标准的元件进行分析。请同时参阅图2C～图2F，其中图2C为现有技术的氮化铝镓/氮化镓高电子迁移率场效晶体管的一具体实施例经300℃六小时的可靠度试验后的扫瞄式电子显微镜成像图；图2D～图2F分别为图2C的局部放大图。当元件经300℃六小时的可靠度试验后，栅极金属结构出现了一些空洞缺陷(void defect)。请先看图2F，镍(接触层220)在栅极凹槽的四周出现了一些空洞缺陷。而在图2D以及图2E中，镍(接触层220)不仅在栅极凹槽的四周出现了一些空洞缺陷，在栅极凹槽的底部以及氮化硅(绝缘层25)之上也都出现了一些空洞缺陷。如此一来，将导致镍(接触层220)与氮化铝镓的结合强度变差，对氮化铝镓/氮化镓高电子迁移率场效晶体管元件的可靠度产生不利的影响，元件的许多特性也将因而产生不良的变化。

请同时参阅图2G，其为图2A的现有技术的氮化铝镓/氮化镓高电子迁移率场效晶体管的另一具体实施例的栅极电极结构的局部放大剖面示意图。其栅极电极结构与图2B所示的实施例大致相同，其中构成扩散阻碍层221的材料为钯(Pd)。如此形成了由镍、钯、金所构成的栅极电极结构。同样地，图2A(具有如图2G的镍、钯、金三层的栅极金属结构)的现有技术的氮化铝镓/氮化镓高电子迁移率场效晶体管经过300℃六小时的可靠度试验后，总是有部分的元件无法通过可靠度试验的标准。发明人对元件的栅极电极结构进行分析。请同时参阅图2H～图2K，其中图2H为现有技术的氮化铝镓/氮化镓高电子迁移率场效晶体管的另一具体实施例经300℃五分钟的可靠度试验后的扫瞄式电子显微镜成像图；图2I～图2K分别为图2H的局部放大图。当经300℃五分钟的可靠度试验后，栅极金属结构就出现了一些变化，金在部分区域已经开始穿透至钯(扩散阻碍层221)。请同时参阅图2L～图2O，其中图2L为现有技术的氮化铝镓/氮化镓高电子迁移率场效晶体管的另一具体实施例经300℃六小时的可靠度试验后的扫瞄式电子显微镜成像图；图2M～图2O分别为图2L的局部放大图。当经300℃六小时的可靠度试验后，栅极金属结构产生了极大的变化。金不仅已经穿透过钯(扩散阻碍层221)，进而穿透至镍(接触层220)。如此一来，也会对氮化铝镓/氮化镓高电子迁移率场效晶体管元件的可靠度产生不利的影响，元件的许多特性也将因而产生不良的变化。