[發明專利]AlGaN/GaN HEMT器件歐姆接觸電極的制備方法

在審

• 申請號: 201810175259.8
• 申請日: 2018-03-02
• 公開（公告）號: CN108364864A
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 李國強;陳丁波;劉智崑;萬利軍
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28;H01L21/285;H01L29/45
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 陳文姬

本發明公開了AlGaN/GaN HEMT器件歐姆接觸電極的制備方法，包括以下步驟：(1)利用光刻技術，AlGaN/GaN異質結外延片表面制備出源漏歐姆接觸窗口；(2)采用ICP刻蝕的方法，對歐姆接觸區域進行干法刻蝕，完全去除AlGaN層，并刻蝕至GaN溝道層往下5～20nm處；(3)在源漏區域依次沉積金屬Al層、金屬Ti層、金屬Au層；(4)去膠剝離后，于600～750℃進行合金退火處理，形成歐姆接觸電極。相比于傳統歐姆接觸電極金屬體系，本發明的歐姆接觸電極合金溫度下降了200℃左右，降低了工藝難度，合金后的歐姆接觸表面形貌更加平整。

技術領域

本發明涉及GaN基HEMT器件，特別涉及AlGaN/GaN HEMT器件歐姆接觸電極的制備方法。

背景技術

GaN材料作為第三帶半導體的代表，是繼Si、GaAs材料之后的一種重要半導體材料，由于具有大禁帶寬度、高臨界場強、高載流子飽和速度以及耐高溫抗輻照等優良特性，受到研究者的廣泛關注。其中GaN基異質結(如AlGaN/GaN)高電子遷移率場效應晶體管(HEMT)在微波及毫米波領域所展現出來的優異性能，使國內外對其進行了廣泛而深入的研究。經過近些年來的努力，GaN基HEMT器件性能和穩定性得到了巨大提升。

GaN基HEMT器件在制造工藝過程中，源漏歐姆接觸工藝是關鍵技術之一，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電子束蒸發、磁控濺射等方法在GaN基材料表面堆疊鈦/鋁/高熔點金屬/金(Ti/Al/Metal/Au)多層金屬體系，而后高溫合金形成歐姆接觸。

在高溫退火過程中，金屬Ti與氮化物發生反應，分解AlGaN表面的氧化物，在界面層生成TiN和AlTi₂N合金，使勢壘層出現N空位，使得電極下方的AlGaN層變成重摻雜區域，大大降低耗盡層厚度，電子容易通過隧道進入溝道層，從而獲得低的歐姆接觸電阻率，同時Al和Ti形成TiAl₃晶相的鈦鋁合金，既能阻止Ti進一步氧化，也能防止上層金屬往下擴散與半導體形成肖特基接觸，進一步降低了歐姆接觸電阻率。Ti/Al/Metal/Au多層金屬體系中的Metal被稱為“阻擋層”，作用是阻止上層Au往下擴散，Au與Al反應會形成具有高電阻值的合金。Au的作用是防止內層金屬氧化，降低歐姆接觸電阻率及提高穩定性。

對于廣泛采用的Ti/Al/Metal/Au多層金屬體系，由于其金屬體系復雜，其金屬比例、金屬層厚度、退火溫度和時間對歐姆接觸影響很大，目前，文獻報道基本都是采用Ti/Al/Ti/Au、Ti/Al/Ni/Au和Ti/Al/Ta/Au等，其合金溫度一般高達800～950℃甚至更高，導致工藝難度增大。又由于金屬Al層一般要求100nm以上的厚度，從現有結果來看，大厚度高活性的Al層在高溫退火后使得電極表面粗糙度及邊緣齊整度不夠理想，有待改進。

與此同時，與AlGaN直接接觸的Ti金屬層也有被復合金屬層(如Ti/Al/Ti/Al/Ti/Al等多層金屬)替代的相關研究。此外，還有關于歐姆接觸區干法刻蝕以及刻蝕后二次外延生長n-GaN的歐姆接觸研究，所有這些努力都是致力于降低歐姆接觸電阻率和提高電極表面形貌及邊緣齊整度，以提高器件性能及穩定性。但是很明顯，采用復合金屬層和金屬接觸區刻蝕、再生長都無疑增加了器件的制造成本和工藝復雜度，這對器件工藝的穩定性是不利的。最近，有研究者也采用Al作為金半接觸金屬，以實現低溫歐姆接觸，但是由于AlGaN勢壘層中的Al組分阻礙了接觸金屬Al與半導體的互擴散，形成的歐姆接觸性能不佳。綜上所述，從GaN器件使用推廣的角度來說，在保證歐姆接觸性能的前提下，盡量減小金屬體系的層數、金屬種類、退火溫度和工藝復雜度是人們努力的方向。

發明內容

為了克服現有技術的上述缺點與不足，本發明的目的在于提供一種AlGaN/GaNHEMT器件歐姆接觸電極的制備方法，降低了工藝難度，同時改變Al、Ti金屬的相對位置以及大大降低了Al層的厚度，使合金后的歐姆接觸表面形貌更加平整。

本發明的目的通過以下技術方案實現：