[發(fā)明專利]降低HEMT器件歐姆接觸電阻的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410107138.1
• 申請(qǐng)日: 2014-03-21
• 公開（公告）號(hào): CN103903982A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂元杰;馮志紅;顧國(guó)棟;郭紅雨;尹甲運(yùn);敦少博
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十三研究所
• 主分類號(hào): H01L21/335
• 分類號(hào): H01L21/335;H01L21/28
• 代理公司: 石家莊國(guó)為知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 13120
• 代理人: 米文智

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氮化物的制備方法技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種降低HEMT器件歐姆接觸電阻的方法。

背景技術(shù)

GaN材料作為第三代半導(dǎo)體材料的代表，是繼Si、GaAs材料之后出現(xiàn)的一種重要半導(dǎo)體材料，由于其具有大禁帶寬度、高臨界場(chǎng)強(qiáng)、高載流子飽和速度以及耐高溫抗輻照等優(yōu)良特性，受到人們的廣泛關(guān)注。其中GaN基異質(zhì)結(jié)（如AlGaN/GaN和InAl/GaN等）高電子遷移率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（HEMT）在微波及毫米波領(lǐng)域所展示出來的優(yōu)異性能，使得國(guó)內(nèi)外對(duì)其進(jìn)行了廣泛而深入的研究，經(jīng)過近些年來的努力，GaN基HEMT器件性能和穩(wěn)定性得到了巨大提升。

在GaN基?HEMT器件的制造工藝過程中，源漏歐姆接觸工藝是關(guān)鍵技術(shù)之一，直接影響著器件的頻率和功率性能。源漏歐姆接觸工藝廣泛采用真空蒸發(fā)、濺射沉積等方法，在GaN基異質(zhì)結(jié)材料表面堆疊鈦/鋁/鎳/金（Ti/Al/Ni/Au）多層金屬體系，而后高溫合金形成歐姆接觸。在高溫合金過程中，金屬與氮化物發(fā)生反應(yīng)，生成氮化鈦（TiN）和鋁鈦氮（AlTi₂N），從而獲得了低的歐姆接觸電阻率，同時(shí)Ti和Al之間也形成了TiAl₃金相的鈦鋁合金，進(jìn)一步降低了歐姆接觸電阻率。

對(duì)于被廣泛采用的Ti/Al/Ni/Au多層金屬體系，其合金溫度一般高達(dá)700-950℃甚至更高，退火溫度過高或過低、時(shí)間過長(zhǎng)或過短都會(huì)大大影響歐姆接觸的性能，而且，金屬比例和金屬層厚度對(duì)歐姆接觸影響也很大。與GaN直接接觸的Ti金屬層也有被復(fù)合金屬層（如Ti/Al/Ti/Al/Ti/Al等多層金屬）替代以降低歐姆接觸，改善歐姆表面形貌。但是從現(xiàn)有結(jié)果來看，上述這些方法都需要高溫合金，合金后的表面形貌和邊緣整齊度并不理想，有待改進(jìn)。此外，還有通過源漏區(qū)域離子注入以實(shí)現(xiàn)低歐姆接觸和良好的表面形貌，但該工藝需要高溫激活注入的離子，而且注入過程中會(huì)有橫向擴(kuò)散，造成GaN材料的損傷。

目前，如圖9所示，在歐姆接觸區(qū)二次外延生長(zhǎng)n型重?fù)诫sGaN以降低歐姆接觸電阻率和改善表面形貌已成為近幾年國(guó)際上的新型工藝。由于再生長(zhǎng)的n型重?fù)诫sGaN體濃度一般要高于1×10¹⁹cm^-3，因此，源漏金屬與n型重?fù)诫sGaN之間不需要合金即可獲得良好的歐姆接觸。該工藝可以實(shí)現(xiàn)非合金的歐姆接觸，大大提高了歐姆接觸表面及邊緣形貌，并可以實(shí)現(xiàn)源漏柵的自對(duì)準(zhǔn)工藝。二次外延生長(zhǎng)n型重?fù)诫sGaN大都采用分子束外延（MBE）方法外延實(shí)現(xiàn)，但也有人采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）方法。該方法實(shí)現(xiàn)的歐姆接觸電阻主要包括金屬與n型重?fù)诫sGaN間的接觸電阻、n型重?fù)诫sGaN的體電阻以及n型重?fù)诫sGaN與GaN異質(zhì)結(jié)側(cè)壁的接觸電阻。n型重?fù)诫sGaN的體電子濃度直接影響著金屬與n型重?fù)诫sGaN間的接觸電阻以及n型重?fù)诫sGaN的體電阻，而n型重?fù)诫sGaN與GaN異質(zhì)結(jié)側(cè)壁接觸的好壞直接影響著n型重?fù)诫sGaN與GaN異質(zhì)結(jié)側(cè)壁的接觸電阻，該接觸電阻對(duì)整體歐姆接觸影響最大。因此，有效降低n型重?fù)诫sGaN與GaN異質(zhì)結(jié)側(cè)壁的接觸電阻對(duì)減小整體歐姆接觸有著重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種降低HEMT器件歐姆接觸電阻的方法，所述方法改善了n型重?fù)诫sGaN與GaN異質(zhì)結(jié)側(cè)壁的歐姆接觸，降低了n型重?fù)诫sGaN與GaN異質(zhì)結(jié)側(cè)壁的接觸電阻。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種降低HEMT器件歐姆接觸電阻的方法，其特征在于包括以下步驟：

1）外延結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)，依次在襯底上形成GaN層和勢(shì)壘層；

2）在勢(shì)壘層的上表面生長(zhǎng)SiO₂層；

3）利用反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備在漏源歐姆區(qū)域刻蝕SiO₂層至勢(shì)壘層的上表面；

4）利用電感耦合等離子體刻蝕設(shè)備在源漏歐姆區(qū)域刻蝕GaN材料，刻蝕至GaN層和勢(shì)壘層異質(zhì)結(jié)界面以下；

5）利用MBE或MOCVD設(shè)備在源漏歐姆區(qū)域二次外延n型重?fù)诫sGaN材料；

6）腐蝕掉勢(shì)壘層上表面剩余的SiO₂，并使用高溫退火爐進(jìn)行退火處理。

優(yōu)選的，所述勢(shì)壘層的使用材料為AlGaN、InAlN或AlN。

優(yōu)選的，所述SiO2層厚度為20-300nm。

更優(yōu)選的，所述SiO₂層厚度為150nm。

優(yōu)選的，在步驟4）中需刻蝕至GaN層和勢(shì)壘層異質(zhì)結(jié)界面以下40±10nm處。