[發(fā)明專利]一種基于自組裝掩膜技術(shù)的歐姆接觸結(jié)構(gòu)制備方法及器件

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111449064.6
• 申請(qǐng)日: 2021-11-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114420750A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉志宏;李蔚然;周瑾;郭潤(rùn)霖;毛維;趙勝雷;邢偉川;楊偉濤;張進(jìn)成;郝躍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)廣州研究院;西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/417
• 分類號(hào): H01L29/417;H01L29/778;H01L21/283;H01L21/335
• 代理公司: 西安嘉思特知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61230
• 代理人: 劉長(zhǎng)春

本發(fā)明涉及一種基于自組裝掩膜技術(shù)的歐姆接觸結(jié)構(gòu)制備方法及器件，該方法包括：選取具有氮化鎵異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的晶圓；在晶圓表面淀積掩膜層，掩膜層包括自下而上依次層疊設(shè)置的介質(zhì)掩膜層和金屬掩膜層；進(jìn)行快速熱退火處理，以使金屬掩膜層自發(fā)收縮團(tuán)聚，形成若干納米尺度孔洞；在晶圓上需要制備歐姆接觸的區(qū)域，利用刻蝕工藝依次刻蝕掉納米尺度孔洞下方的介質(zhì)掩膜層、復(fù)合勢(shì)壘層和部分溝道層，形成歐姆接觸區(qū)；在歐姆接觸區(qū)沉積歐姆接觸金屬，并對(duì)其進(jìn)行快速熱退火處理，使歐姆接觸金屬與二維電子氣溝道形成歐姆接觸結(jié)構(gòu)。本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)了圖形尺度為納米量級(jí)的掩膜層，而且降低了工藝成本與工藝復(fù)雜度，提升了工藝良率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于自組裝掩膜技術(shù)的歐姆接觸結(jié)構(gòu)制備方法及器件。

背景技術(shù)

第三代半導(dǎo)體材料——氮化鎵及其三族氮化物材料家族具有寬帶隙、高遷移率、高二維電子氣濃度、高電子飽和速度等優(yōu)異特性，廣泛應(yīng)用于先進(jìn)射頻器件與電力電子器件領(lǐng)域。以氮化鎵異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)為核心的氮化鎵電子器件，具有廣泛的應(yīng)用前景。

高性能的基于氮化鎵高電子遷移率異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的二極管和晶體管需要具有低阻值的歐姆接觸。為實(shí)現(xiàn)氮化鎵高電子器件的低阻值歐姆接觸，當(dāng)前的歐姆接觸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制備技術(shù)主要有以下幾種：在氮化鎵異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)上沉積金屬，然后在惰性氣體如氮?dú)鈿夥罩型嘶稹Ｔ诘壆愘|(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行離子注入并退火激活，使得離子注入?yún)^(qū)域形成n型的高摻雜，并與其后淀積在離子注入?yún)^(qū)域上的金屬形成比較好的歐姆接觸。在氮化鎵異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)上制作凹槽，在凹槽中沉積金屬，使得金屬和氮化鎵異質(zhì)結(jié)處的二維電子氣之間直接形成接觸，基于在氮化鎵異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)上制作凹槽以沉積歐姆接觸金屬的思路，提出了一種高密度納米柱狀歐姆接觸結(jié)構(gòu)。

上述歐姆接觸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制備技術(shù)同時(shí)存在以下問(wèn)題：在氮化鎵異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)上沉積金屬，然后在惰性氣體如氮?dú)鈿夥罩型嘶鸬募夹g(shù)，對(duì)于進(jìn)一步降低具有高鋁組分鋁鎵氮?jiǎng)輭竞偷X勢(shì)壘結(jié)構(gòu)的歐姆接觸電阻，有較大的的困難。在氮化鎵異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行離子注入并退火激活的技術(shù)，對(duì)于具有更寬帶隙的勢(shì)壘層，特別是高鋁組分的鋁鎵氮?jiǎng)輭緦雍偷X勢(shì)壘層，不容易實(shí)現(xiàn)高摻雜，進(jìn)而不易形成較好的歐姆接觸。高密度納米柱狀結(jié)構(gòu)歐姆接觸結(jié)構(gòu)，需要制備刻蝕圖形尺度為納米量級(jí)的刻蝕掩膜，常規(guī)刻蝕掩膜是用光刻膠掩膜實(shí)現(xiàn)的，但是納米量級(jí)圖形的刻蝕掩膜，一般的接觸式光刻機(jī)及其工藝很難實(shí)現(xiàn)，需要高精度的KrF步進(jìn)式光刻機(jī)(Stepper或Scanner)、或ArF步進(jìn)式光刻機(jī)(Stepper或Scanner)、或者電子束曝光機(jī)(EBL)，設(shè)備和工藝成功均比較高，而且，電子束曝光機(jī)的工藝時(shí)間較長(zhǎng)，比較難于量產(chǎn)化。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于自組裝掩膜技術(shù)的歐姆接觸結(jié)構(gòu)制備方法及器件。本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明提供了一種基于自組裝掩膜技術(shù)的歐姆接觸結(jié)構(gòu)制備方法，包括：

S1：選取具有氮化鎵異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的晶圓，所述晶圓包括自下而上依次層疊設(shè)置的襯底、復(fù)合緩沖層、溝道層和復(fù)合勢(shì)壘層，所述溝道層和所述復(fù)合勢(shì)壘層之間形成二維電子氣溝道；

S2：在所述晶圓表面淀積掩膜層，所述掩膜層包括自下而上依次層疊設(shè)置的介質(zhì)掩膜層和金屬掩膜層；

S3：進(jìn)行快速熱退火處理，以使所述金屬掩膜層自發(fā)收縮團(tuán)聚，形成若干納米尺度孔洞；

S4：在所述晶圓上需要制備歐姆接觸的區(qū)域，利用刻蝕工藝依次刻蝕掉所述納米尺度孔洞下方的所述介質(zhì)掩膜層、所述復(fù)合勢(shì)壘層和部分所述溝道層，形成歐姆接觸區(qū)；

S5：在所述歐姆接觸區(qū)沉積歐姆接觸金屬，并對(duì)其進(jìn)行快速熱退火處理，使所述歐姆接觸金屬與所述二維電子氣溝道形成歐姆接觸結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述襯底為高阻硅、半絕緣碳化硅、半絕緣藍(lán)寶石、半絕緣金剛石、或半絕緣氮化鋁材料，其厚度為50-1500μm，所述高阻硅的電阻率為1000-30000Ω·cm，晶向?yàn)?11；