[發明專利]AlGaN-GaN異質結歐姆接觸制作方法

無效

• 申請號: 201410193498.8
• 申請日: 2014-05-08
• 公開（公告）號: CN103972069A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 王沖;鐘仁駿;陳沖;何云龍;鄭雪峰;馬曉華;郝躍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，涉及半導體材料、器件制作，具體的說是一種半導體器件歐姆接觸的工藝制作方法，可用于制作AlGaN/GaN異質結電子器件。

背景技術

近年來以SiC和GaN為代表的第三帶寬禁帶半導體以其大禁帶寬度、高擊穿電場、高熱導率、高飽和電子速度和異質結界面二維電子氣濃度高等特性，使其受到廣泛關注。在理論上，利用這些材料制作的高電子遷移率晶體管HEMT、發光二極管LED、激光二極管LD等器件比現有器件具有明顯的優越特性，因此近些年來國內外研究者對其進行了廣泛而深入的研究，并取得了令人矚目的研究成果。

AlGaN/GaN異質結高電子遷移率晶體管HEMT在高溫器件及大功率微波器件方面已顯示出了得天獨厚的優勢，追求器件高頻率、高壓、高功率吸引了眾多的研究。近年來，AlGaN/GaN異質結高電子遷移率晶體管在雷達應用的高頻功率放大器方面的需求越來越迫切，怎樣從材料結構和器件結構設計上進行優化和提高是現在面臨的主要研究問題。要使器件應用在更大的功率下并得到更高的效率，良好的源、漏歐姆接觸特性必不可少。目前，AlGaN/GaN異質結由于AlGaN具有較大的禁帶寬度，比較難以尋找到合適的金屬材料直接形成接觸電阻較小的歐姆接觸。普遍采用的方法是用低功函數的金屬Ti與材料表面經退火形成合金效應，增加隧穿幾率，利用隧穿來減小接觸電阻，即形成低附加阻抗的歐姆接觸。用于形成合金的金屬成分和退火溫度目前已經基本上得到共識，對于AlGaN/GaN異質結，多采用Ti/Al/Ni/Au多層金屬，Ti/Al比例為1:4～1:8；退火工藝條件通常采用溫度為800℃～870℃，30～60s的快速熱退火。參見Chaturvedi N，Zeimer U，Wurfl J，et al.Mechanismof ohmic contact formation in AlGaN/GaN high electron mobility transistors[J].Semicond Sci Technoi，2006，21(22)：175-179。

但是，隨著進一步提高器件特性的要求，AlGaN/GaN異質結上歐姆接觸的工藝也需要不斷改進，以不斷減小串聯電阻，減小寄生效應，增大器件的放大能力和效率。目前研究者改進歐姆接觸方法主要有下面幾種：

1.采用離子注入的方法對源、漏電極區直接進行n型注入摻雜，增加接觸層的摻雜濃度，進而提高隧穿幾率和隧穿電流，達到減小歐姆接觸電阻的目的。參見Haijiang Yu,L.McCarthy,S.Rajan，et al，Ion Implanted AlGaN–GaN HEMTs With Nonalloyed Ohmic Contacts，IEEE Electron Device Letters，2005，26(5)：283-285。該方法采用離子注入工藝增大了接觸區域的摻雜濃度，增大了載流子隧穿幾率，從而減小了接觸電阻。但是工藝步驟涉及離子注入，工藝較為復雜，成本較高，高能離子的注入也會引入新的材料表面損傷。而且GaN系材料中雜質的激活能很高，注入的n型摻雜離子需要1000℃以上的退火溫度才能激活，該高溫激活工藝對材料其他性能可能產生負面的影響。

2.采用對源、漏歐姆電極區材料刻蝕減薄工藝，減小源、漏接觸電阻。利用等離子干法刻蝕技術，對源、漏下方的勢壘層進行刻蝕，減小歐姆接觸到二維電子氣的距離，甚至金屬直接接觸到2DEG，從而減小歐姆接觸電阻。參見W.S.Lau,J.B.H.Tan,B.P.Singh，Formation of Ohmic contacts in AlGaN/GaN HEMT structures at500℃by Ohmic contact recess etching，Microelectronics Reliability，2009，49：558–561。該方法可以減小歐姆接觸電阻，甚至可以采用更低的退火溫度形成較好的歐姆接觸，而且該工藝較離子注入工藝簡單。但是，由于AlGaN/GaN異質結中AlGaN層一般小于30nm，而干法刻蝕速率難以精確控制并且刻蝕重復性差，導致源漏區AlGaN層刻蝕深度無法精確實現。若對源、漏區域整體刻蝕深度較大，將會損害源漏區下方所有的二維電子氣層，使器件電流減小，器件特性變差，因此穩定性和可重復性較差。