[發(fā)明專利]一種降低寬禁帶半導體器件歐姆接觸電阻的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410479905.1
• 申請日: 2014-09-19
• 公開（公告）號: CN104269469A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發(fā)明（設計）人: 張進成;李祥東;江海清;郝躍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/38;H01L33/40
• 代理公司: 暫無信息
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技術領域

本發(fā)明專利涉及一種基于離子注入和激光退火降低寬禁帶半導體器件歐姆接觸電阻的方法。

背景技術

GaN是第三代半導體材料的代表，具有高電子遷移率，高擊穿電壓，和耐高溫等優(yōu)點，在新一代移動通信，雷達技術和電力電子領域有著廣闊的應用前景。但是，GaN材料還有一些問題沒有解決。最主要的一個難題就是GaN的歐姆接觸制備。由于GaN材料功函數(shù)過小以及材料本身存在極強的自發(fā)極化和壓電極化，導致器件的歐姆接觸電阻過大，對跨導、微波噪聲、飽和電流以及可靠性影響極大。性能優(yōu)良的歐姆接觸需要具備接觸電阻小、表面形貌好、輪廓清晰和可靠穩(wěn)定等特點。為了降低GaN的歐姆接觸電阻，世界上的研究者提出了一些方法：(1)在歐姆接觸區(qū)蒸發(fā)Ti/Al/Ni/Au或Ti/Al/Mo/Au等多層金屬，在850℃環(huán)境中快速熱退火30s形成合金；(2)向歐姆接觸區(qū)中注入²⁸Si離子，在高溫中激活雜質(zhì)；(3)向歐姆接觸區(qū)中注入²⁸Si離子，用AlN或SiN做保護層，在100個大氣壓、1500℃的N₂環(huán)境中快速熱退火；(4)用MOCVD生長AlGaN/GaN全結構，并將歐姆接觸區(qū)刻蝕掉，然后用MBE在歐姆區(qū)再生長高摻雜的GaN。對于大規(guī)模生產(chǎn)來講，前人發(fā)明的方法并不能滿足生產(chǎn)的要求。快速熱退火雖然能形成低阻合金，但是合金的表面形貌很差，這直接制約了GaN特征尺寸的進一步縮小。MBE再生長高摻雜GaN技術雖能規(guī)避熱退火帶來的問題，但是效率很低。此外，1500℃的高溫雖能激活離子并修復注入損傷，但是GaN會劇烈分解，導致電子遷移率急劇下降，器件柵漏電急劇增加。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明專利的目的在于克服上述已有技術的缺點，提出一種制備GaN歐姆接觸的簡便且有效的方法，以降低GaN器件的源漏歐姆接觸電阻，保持源漏電極金屬形貌，降低器件熱噪聲，防止高溫熱退火帶來的材料性能惡化以及器件的可靠性問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種基于離子注入/激光退火降低寬禁帶半導體器件歐姆接觸電阻的方法，其特征在于所述器件為GaN材料，該材料由下至上依次包括襯底、緩沖層、AlN(氮化鋁)插入層和勢壘層，該方法包括以下步驟：

步驟一，沉積Si₃N₄

采用PECVD(等離子體增強化學氣相沉積)在GaN材料上沉積一層Si₃N₄注入犧牲層，腔體壓強為600mT，溫度為250℃，功率為22W，沉積時間為6min，沉積Si₃N₄所需氣體流量分別為：SiH₄流量為4sccm，N₂流量為196sccm，NH₃流量為2sccm，He流量為200sccm。

步驟二，涂覆光刻膠，并光刻顯影去除非注入?yún)^(qū)光刻膠

在步驟一所沉積的Si₃N₄層上涂覆光刻膠，光刻膠為負膠AZ5214E，涂覆厚度約為1μm，前烘90s，溫度100℃。用EPD1000顯影，時間90s，顯影可去除非離子注入?yún)^(qū)的光刻膠。

步驟三，沉積Ni金屬

采用電子束蒸發(fā)儀器VPC-1100在步驟二的掩膜圖形上表面沉積200nm?Ni金屬，蒸發(fā)腔體內(nèi)真空度≤2.0×10^-6Torr，Ni的蒸發(fā)速率是0.1nm/s。

步驟四，掩膜金屬Ni剝離

將沉積完Ni金屬的襯底放入丙酮中浸泡30～40min，緊接著再超聲3min，然后用無水乙醇超聲2min，最后用超純水沖洗并用N₂吹干，以實現(xiàn)離子注入?yún)^(qū)域的Ni金屬剝離，非離子注入?yún)^(qū)的Ni金屬未被剝離以實現(xiàn)注入阻擋，同時襯底上面的光刻膠全部被被剝離掉。

步驟五，注入²⁸Si離子

采用LC-4型離子注入機，對勢壘層和緩沖層進行²⁸Si離子注入。

步驟六，對離子注入后的GaN襯底進行激光退火

采用KrF激光器或ArF準分子激光器對離子注入后的GaN襯底進行激光退火以便激活²⁸Si。

步驟七，腐蝕掉Ni金屬掩膜

用20％稀硫酸腐蝕掉襯底上的全部Ni金屬掩膜，時間為30min。

步驟八，腐蝕Si₃N₄層