[發(fā)明專利]HEMT器件的歐姆接觸電極制作方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410193499.2
• 申請日: 2014-05-08
• 公開（公告）號: CN103928311A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王沖;陳沖;鐘仁駿;何云龍;鄭雪峰;馬曉華;郝躍
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及半導(dǎo)體材料、器件制作，具體的說是一種半導(dǎo)體器件歐姆接觸的工藝制作方法，可用于制作AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)電子器件。

背景技術(shù)

近年來以SiC和GaN為代表的第三帶寬禁帶半導(dǎo)體以其大禁帶寬度、高擊穿電場、高熱導(dǎo)率、高飽和電子速度和異質(zhì)結(jié)界面二維電子氣濃度高等特性，使其受到廣泛關(guān)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(fā)光二極管LED、激光二極管LD等器件比現(xiàn)有器件具有明顯的優(yōu)越特性，因此近些年來國內(nèi)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(zhì)結(jié)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(yōu)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(zhì)結(jié)高電子遷移率晶體管HEMT在雷達應(yīng)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(jié)構(gòu)和器件結(jié)構(gòu)設(shè)計上進行優(yōu)化和提高是現(xiàn)在面臨的主要研究問題。要使器件應(yīng)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(zhì)結(jié)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(shù)的金屬Ti與材料表面經(jīng)退火形成合金效應(yīng)，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(jīng)基本上得到共識，對于AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)，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。

經(jīng)過不斷發(fā)展，現(xiàn)在AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)HEMT的歐姆接觸電阻已可以達到0.4～0.6Ωmm，但是隨著對器件特性的要求進一步提高，這樣的接觸電阻依然太大，還需要不斷改進AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)上歐姆接觸的工藝，以不斷減小串聯(lián)電阻，減小寄生效應(yīng)，增大器件的放大能力和效率。目前研究者改進歐姆接觸的方法主要有下面幾種：

1.對源、漏歐姆電極之下的半導(dǎo)體材料進行刻蝕減薄，即使用等離子干法刻蝕技術(shù)，對源、漏電極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，甚至使金屬直接接觸到二維電子氣，從而減小歐姆接觸電阻。參見W.S.Lau,J.B.H.Tan,B.P.Singh，F(xiàn)ormation?of?Ohmic?contacts?in?AlGaN/GaN?HEMT?structures?at500℃by?Ohmic?contact?recess?etching，Microelectronics?Reliability，2009，49：558–561。在理想的刻蝕量下，電阻可以降低到較低的數(shù)值，但是由于AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)中AlGaN層的厚度一般小于30nm，而干法刻蝕的速率難以精確控制，并且刻蝕重復(fù)性差，導(dǎo)致源漏區(qū)AlGaN層刻蝕深度無法精確實現(xiàn)，造成刻蝕后接觸電阻依然較大；而且，如果刻蝕到二維電子氣以下，電阻會上升到2.3Ωmm以上，雖然只需要使用500℃的退火溫度，可能適用于某些特殊的器件要求，但是對于通常的應(yīng)用，電阻過大。

2.采用離子注入的方法對源、漏電極下的半導(dǎo)體直接進行n型摻雜，增加接觸層半導(dǎo)體的摻雜濃度，提高隧穿幾率和隧穿電流，以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。該方法能獲得很低的接觸電阻，但是高能離子的注入也會引入新的材料損傷，而且GaN或者AlGaN材料中雜質(zhì)的激活能很高，注入的n型雜質(zhì)需要經(jīng)過1200℃的高溫退火才會被激活，這樣的高溫可能會影響到材料的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)，進而影響器件的穩(wěn)定性。