一種基于再生長(zhǎng)技術(shù)降低GaN HEMT器件歐姆接觸電阻的方法及GaN HEMT器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及的是一種基于微電子工藝，一種基于再生長(zhǎng)技術(shù)降低GaN HEMT器件歐姆接觸電阻的方法，具體實(shí)施步驟包括(1)生長(zhǎng)高阻緩沖層/超晶格結(jié)構(gòu)；(2)生長(zhǎng)SiO2；(3)定義歐姆接觸區(qū)域；(4)制備Ni刻蝕阻擋層；(5)刻蝕SiO、超晶格層；(6)去除Ni刻蝕阻擋層；(7)生長(zhǎng)AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)；(8)去除SiO2；(9)定義歐姆接觸區(qū)域；(10)蒸發(fā)/剝離/低溫退火形成歐姆接觸。本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有GaN HEMT歐姆接觸金屬形貌差、接觸電阻率高等缺點(diǎn)，提出在歐姆接觸區(qū)域引入超晶格結(jié)構(gòu)解決上述問(wèn)題，具有(1)接觸電阻率低；(2)歐姆接觸金屬表面形貌質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
一種基于再生長(zhǎng)技術(shù)降低GaN HEMT器件歐姆接觸電阻的方法及GaN HEMT器件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種GaNHEMT(氮化鎵高電子迀移率晶體管)上利用刻蝕和擴(kuò)散技術(shù)實(shí)現(xiàn)降低歐姆接觸退火溫度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]GaN作為第三代半導(dǎo)體材料在功率器件中的應(yīng)用受到了廣泛的關(guān)注，其中基于AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的HEMT具有高頻、高功率密度以及高工作溫度的優(yōu)點(diǎn)，是固態(tài)微波功率器件和功率電子器件的發(fā)展方向。優(yōu)異的歐姆接觸是實(shí)現(xiàn)高性能GaN器件的基礎(chǔ)，包括低的歐姆接觸電阻率和良好的歐姆接觸形貌。Ti /Al /Ni /Au是應(yīng)用最廣泛的GaN HEMT歐姆接觸金屬結(jié)構(gòu)之一，通過(guò)合金與GaN形成歐姆接觸。但傳統(tǒng)歐姆合金溫度一般在800 °C以上。由于金屬Al的熔點(diǎn)為660.4°C，因此合金過(guò)程中，Al處于熔融狀態(tài)；并且部分Al會(huì)與Au形成AlAu2或AlAu4等晶粒顆狀物，使得歐姆金屬表面粗糙。對(duì)于功率電子器件，粗糙的歐姆接觸邊緣會(huì)導(dǎo)致尖峰電場(chǎng)的出現(xiàn)，從而使得器件擊穿特性下降。對(duì)于微波器件，還會(huì)引起電流分布不均勻以及高的信號(hào)衰減。器件在大電流工作時(shí)，還可能導(dǎo)致歐姆接觸金屬表面凸起處開裂，從而影響器件可靠性。
[0003]故而，需要一種新的技術(shù)方案可以降低歐姆接觸金屬外溢以及金屬體系中合金的形成，從而提高歐姆金屬表面平整度以及邊緣質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有GaNHEMT器件歐姆制作工藝中采用高溫退火導(dǎo)致歐姆接觸金屬表面形貌差，的問(wèn)題，提供一種基于刻蝕和擴(kuò)散技術(shù)降低GaN HEMT器件歐姆接觸退火溫度的方法，該方法能有效降低GaN HEMT歐姆接觸退火溫度，提高歐姆接觸金屬表面形貌，可廣泛應(yīng)用于各類GaN HEMT器件的研制生產(chǎn)中。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明可采用如下技術(shù)方案:
[0006]—種基于再生長(zhǎng)技術(shù)降低GaN HEMT器件歐姆接觸電阻的方法，包括以下步驟:
[0007](1)、在半絕緣襯底上依次外延生長(zhǎng)出高阻緩沖層以及超晶格結(jié)構(gòu)；
[0008](2)、在超晶格結(jié)構(gòu)表面生長(zhǎng)一層Si02掩模層；
[0009](3)、在Si02掩模層表面形成歐姆接觸區(qū)域；
[0010](4)、在歐姆接觸區(qū)域形成Ni刻蝕阻擋層；
[0011](5)、利用Ni刻蝕阻擋層作為刻蝕掩模而刻蝕Si02掩模層及刻蝕超晶格結(jié)構(gòu)，露出高阻緩沖層；
[0012](6)、去除Ni刻蝕阻擋層；
[0013](7)、在露出的高阻緩沖層區(qū)域外延生長(zhǎng)AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)；
[0014](8)、去除Si02掩模層；
[0015](9)、形成歐姆接觸區(qū)域；
[0016](10)、在歐姆接觸區(qū)域形成Ti/Al基歐姆接觸金屬，利用低溫合金的方法獲得歐姆接觸。
[0017]有益效果:(I)在歐姆區(qū)域引入了1-AlN/n-GaN或1-AlGaN/n-GaN超晶格結(jié)構(gòu)，有利于提升Si雜質(zhì)在材料中的離化率，提升摻雜濃度，有利于降低歐姆接觸的合金溫度，并利于形成低接觸電阻的歐姆接觸；(2)將AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)生長(zhǎng)放在GaN摻雜結(jié)構(gòu)之后生長(zhǎng)，可以降低后續(xù)高溫生長(zhǎng)工藝對(duì)AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)性能的影響，避免了在二次生長(zhǎng)中無(wú)法采用低溫獲得高質(zhì)量摻雜外延層的問(wèn)題；(3)歐姆接觸電阻率降低，歐姆接觸金屬表面形貌提高。
[0018]而為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供一種GaNHEMT器件的技術(shù)方案:
[0019]GaN HEMT器件，包括板絕緣襯底、自板絕緣襯底延生長(zhǎng)出的高阻緩沖層以及超晶格結(jié)構(gòu);還包括在高阻緩沖層區(qū)域外延生長(zhǎng)AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)以及形成于AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)表面的Ti/Al基歐姆接觸金屬。
[0020]有益效果:在刻蝕歐姆接觸通孔時(shí)采用SiCl4刻蝕，增加了材料中Si的濃度;且采用通孔形式進(jìn)行Si擴(kuò)散，工藝容差大；并且在退火實(shí)現(xiàn)歐姆接觸時(shí)降低了歐姆合金的至500-600 °C溫度，實(shí)現(xiàn)低溫合金歐姆接觸工藝可以降低歐姆接觸金屬外溢以及金屬體系中合金的形成，從而提高歐姆金屬表面平整度以及邊緣質(zhì)量，從而有效的提高了歐姆接觸表面形貌。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明GaNHEMT器件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2為再生長(zhǎng)GaN HEMT歐姆接觸工藝步驟(I)流程圖。
[0023]圖3為再生長(zhǎng)GaN HEMT歐姆接觸工藝步驟(2)流程圖。
[0024]圖4為再生長(zhǎng)GaNHEMT歐姆接觸工藝步驟(3)流程圖。
[0025]圖5為再生長(zhǎng)GaN HEMT歐姆接觸工藝步驟(4)流程圖。
[0026]圖6為再生長(zhǎng)GaN HEMT歐姆接觸工藝步驟(5)流程圖。
[0027]圖7為再生長(zhǎng)GaN HEMT歐姆接觸工藝步驟(6)流程圖。
[0028]圖8為再生長(zhǎng)GaN HEMT歐姆接觸工藝步驟(7)流程圖。
[0029]圖9為再生長(zhǎng)GaN HEMT歐姆接觸工藝步驟(8)流程圖。
[0030]圖10為再生長(zhǎng)GaN HEMT歐姆接觸工藝步驟(9)流程圖。
[0031]圖11為再生長(zhǎng)GaNHEMT歐姆接觸工藝步驟(10)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明的技術(shù)方案；
[0033]本發(fā)明是一種基于再生長(zhǎng)技術(shù)降低GaNHEMT器件歐姆接觸電阻的方法，包括生長(zhǎng)高阻緩沖層/超晶格結(jié)構(gòu);生長(zhǎng)Si02;定義歐姆接觸區(qū)域;制備Ni刻蝕阻擋層;刻蝕S1、超晶格層；去除Ni刻蝕阻擋層；生長(zhǎng)AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)；去除Si02;定義歐姆接觸區(qū)域；蒸發(fā)/剝離/低溫退火形成歐姆接觸。具體方法如下:
[0034](I)在半絕緣SiC襯底I上依次外延生長(zhǎng)GaN層高阻緩沖層2、1-AlN/n_GaN超晶格結(jié)構(gòu)3，如圖2所示。其中，所述半絕緣襯底I為SiC或Si或藍(lán)寶石襯底。所述高阻緩沖層2為GaN層或AlGaN層。所述超晶格結(jié)構(gòu)3為1-AIN(本征AlN)/n-GaN(n型摻雜GaN)超晶格結(jié)構(gòu)或1-AlGaN(本征AlGaN)/n-GaN(n型摻雜GaN)超晶格結(jié)構(gòu)。
[0035](2)采用PECVD在樣品表面生長(zhǎng)一層Si02掩模層4，如圖3所示；
[0036](3)通過(guò)常規(guī)光刻、顯影工藝形成歐姆接觸區(qū)域5，如圖4所示；
[0037](4)通過(guò)常規(guī)蒸發(fā)、剝離工藝在歐姆接觸區(qū)域5形成Ni刻蝕阻擋層6，如圖5所示；
[0038](5)利用Ni刻蝕阻擋層6作為刻蝕掩模，利用ICP刻蝕工藝，采用氟基氣體刻蝕Si02掩模層4，采用氯基氣體刻蝕1-AlN/n-GaN超晶格結(jié)構(gòu)3，露出GaN層高阻緩沖層2，如圖6所示；
[0039 ] (6)利用Ni刻蝕液，去除Ni刻蝕阻擋層6，如圖7所示；
[0040](7)在露出的高阻緩沖層2區(qū)域外延生長(zhǎng)AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)7，如圖8所示；
[0041 ] (8)利用HF緩沖液去除Si02掩模層4，如圖9所示；
[0042](9)通過(guò)常規(guī)光刻、顯影工藝形成歐姆接觸區(qū)域5，如圖10所示；
[0043](10)通過(guò)常規(guī)蒸發(fā)、剝離工藝在歐姆接觸區(qū)域5形成Ti/Al基歐姆接觸金屬8，利用低溫合金的方法獲得歐姆接觸，所述低溫合金為退火溫度為300°C_500°C，在本實(shí)施方式中優(yōu)選的合金溫度為450°C，如圖11所示。
[0044]而請(qǐng)?jiān)俳Y(jié)合圖1所示，在本發(fā)明公開的上述基于再生長(zhǎng)技術(shù)降低GaNHEMT器件歐姆接觸電阻的方法實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還公開了一種可以采用上述方法制成的一種GaN HEMT器件的實(shí)施例。
[0045]該GaN HEMT器件包括板絕緣襯底1、自板絕緣襯底延生長(zhǎng)出的高阻緩沖層2以及超晶格結(jié)構(gòu)3;還包括在高阻緩沖層2區(qū)域外延生長(zhǎng)AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)7以及形成于AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)7表面的Ti/Al基歐姆接觸金屬8。其中，所述半絕緣襯底I為SiC或Si或藍(lán)寶石襯底。所述高阻緩沖層2為GaN層或AlGaN層。所述超晶格結(jié)構(gòu)3為1-AlN/n-GaN超晶格結(jié)構(gòu)或1-AlGaN/n-GaN超晶格結(jié)構(gòu)。
[0046 ] 該GaN HEMT器件中，在歐姆區(qū)域引入了 1-A I N/n -GaN或1-A I GaN/n-GaN超晶格結(jié)構(gòu)，有利于提升Si雜質(zhì)在材料中的離化率，提升摻雜濃度，有利于降低歐姆接觸的合金溫度，并利于形成低接觸電阻的歐姆接觸。從而在制造過(guò)程中，歐姆接觸電阻率降低，歐姆接觸金屬表面形貌提高。本實(shí)施方式的GaN HEMT器件可以采用本發(fā)明中公開的方法制作，也可以采用其他的方式制作，結(jié)構(gòu)符合本實(shí)施例中的GaN HEMT器件均可。
[0047]另外，本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)方法和途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于再生長(zhǎng)技術(shù)降低GaN HEMT器件歐姆接觸電阻的方法，其特征是，包括以下步驟: (1)、在半絕緣襯底(I)上依次外延生長(zhǎng)出高阻緩沖層(2)以及超晶格結(jié)構(gòu)(3); (2)、在超晶格結(jié)構(gòu)(3)表面生長(zhǎng)一層Si02掩模層(4); (3)、在Si02掩模層(4)表面形成歐姆接觸區(qū)域(5); (4)、在歐姆接觸區(qū)域(5)形成Ni刻蝕阻擋層(6); (5)、利用Ni刻蝕阻擋層(6)作為刻蝕掩模而刻蝕Si02掩模層(4)及刻蝕超晶格結(jié)構(gòu)(3)，露出高阻緩沖層(2); (6)、去除Ni刻蝕阻擋層(6); (7)、在露出的高阻緩沖層(2)區(qū)域外延生長(zhǎng)AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)(7); (8)、去除Si02掩模層(4); (9)、形成歐姆接觸區(qū)域(5); (10)、在歐姆接觸區(qū)域(5)形成Ti/Al基歐姆接觸金屬(8)，利用低溫合金的方法獲得歐姆接觸。2.如權(quán)利要求1所述的基于再生長(zhǎng)技術(shù)降低GaNHEMT器件歐姆接觸電阻的方法，其特征是，在步驟(I)中，所述半絕緣襯底(I)為SiC或Si或藍(lán)寶石襯底。3.如權(quán)利要求1所述的基于再生長(zhǎng)技術(shù)降低GaNHEMT器件歐姆接觸電阻的方法，其特征是，在步驟(1)、(5)、(7)中，所述高阻緩沖層(2)為GaN層或AlGaN層。4.如權(quán)利要求1所述的基于再生長(zhǎng)技術(shù)降低GaNHEMT器件歐姆接觸電阻的方法，其特征是，在步驟(I)、(5)中，所述超晶格結(jié)構(gòu)3為1-AlN/n-GaN超晶格結(jié)構(gòu)或1-AlGaN/n-GaN超晶格結(jié)構(gòu)。5.如權(quán)利要求1所述的基于再生長(zhǎng)技術(shù)降低GaNHEMT器件歐姆接觸電阻的方法，其特征是，在步驟(?ο)中，所述低溫合金為退火溫度為30(rc-50(rc。6.一種GaNHEMT器件，其特征是，包括板絕緣襯底(I)、自板絕緣襯底延生長(zhǎng)出的高阻緩沖層(2)以及超晶格結(jié)構(gòu)(3);還包括在高阻緩沖層(2)區(qū)域外延生長(zhǎng)AIGaN/GaN異質(zhì)結(jié)(7)以及形成于AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)(7)表面的Ti/Al基歐姆接觸金屬(8)。7.如權(quán)利要求6所述的GaNHEMT器件，其特征是，所述半絕緣襯底(I)為SiC或Si或藍(lán)寶石襯底。8.如權(quán)利要求7所述的GaNHEMT器件，其特征是，所述高阻緩沖層(2)為GaN層或AlGaN層。9.如權(quán)利要求8所述的GaNHEMT器件，其特征是，所述超晶格結(jié)構(gòu)(3)為i_AlN/n_GaN超晶格結(jié)構(gòu)或1-AlGaN/n-GaN超晶格結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】H01L21/3065GK105895687SQ201610240036
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月18日
【發(fā)明人】周建軍, 孔月嬋, 孔岑, 郁鑫鑫, 張凱, 郁元衛(wèi)
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所