CN103928324A - 铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管的制造方法 - Google Patents
铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管的制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103928324A CN103928324A CN201410108984.5A CN201410108984A CN103928324A CN 103928324 A CN103928324 A CN 103928324A CN 201410108984 A CN201410108984 A CN 201410108984A CN 103928324 A CN103928324 A CN 103928324A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- window
- photoresist layer
- photoresist
- dielectric layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 title claims abstract 9
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims abstract description 107
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 106
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 106
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 51
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 34
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 33
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 23
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 51
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 20
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000011161 development Methods 0.000 claims description 15
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 15
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 13
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims description 10
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 9
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 7
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 7
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000003595 mist Substances 0.000 claims description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 abstract 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 28
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 4
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000024241 parasitism Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000002633 protecting effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66446—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET]
- H01L29/66462—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET] with a heterojunction interface channel or gate, e.g. HFET, HIGFET, SISFET, HJFET, HEMT
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
- H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
- H01L21/2654—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation in AIIIBV compounds
- H01L21/26546—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation in AIIIBV compounds of electrically active species
Abstract
本发明是铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管的制造方法，包括：1）在AlGaN势垒层上淀积第一介质层；2）在第一介质层上涂覆第一光刻胶层；3）蒸发作为注入掩膜用的金属掩膜层到去除了第一光刻胶层的第一介质层上和第一光刻胶层的表面，剥离去除第一光刻胶层其上的金属掩膜层留下的金属层；4）利用金属掩膜层作为掩膜对需要进行离子注入的区域注入Si+离子形成注入区；5）去除第一介质层及其上的金属掩膜层后，淀积第二介质层到AlGaN势垒层的表面，在保护气体中高温退火激活注入的Si+离子形成掺杂。优点在于研制的器件欧姆接触电极表面及边缘的形貌良好，器件的有效源漏间距通过重掺杂得以减小从而提升器件的微波性能。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管的制造方法，属于半导体制造技术领域。
背景技术
铝镓氮化合物(AlGaN)/氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)作为第三代宽禁带化合物半导体器件具有输出功率大、工作频率高、耐高温等特点，适合毫米波及以下各个频段的大功率应用,这使得其成为近年来半导体微波功率器件研究的热点。输出功率方面，目前公开的小尺寸AlGaN/GaN HEMT的输出功率密度可达30W/mm以上（Wu et al. IEEE Electron Device Lett.，Vol.25，No.3，pp.117-119，2004.），大尺寸器件单芯片连续波输出功率也已达到了100W以上（Nagy et al. IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest，pp.483-486,2005.），脉冲功率输出甚至达到了368W（Therrien et al. IEEE IEDM Tech. Digest，pp.568- 571,2005.）；工作频率方面，目前公开的AlGaN/GaN HEMT微波功率器件工作频率达到了3mm频段（M. Micovic et al., IEEE IMS Symp. Dig.,pp.237-239，2006.）。
AlGaN/GaN HEMT制造过程中，欧姆接触制作是关键技术之一，欧姆接触的形貌影响着器件后续工艺过程中的光刻对准，而接触电阻率大小则对器件性能有着直接影响。目前常规的AlGaN/GaN HEMT欧姆接触制作方法是将金属蒸发到AlGaN/GaN异质结材料表面并通过高温退火获得，采用的金属大多为Ti/Al或者以Ti/Al为基础改进的多层金属系统，并且退火温度一般在Al熔点之上（800-900oC）。Ruvimov等人（Ruvimov S，et al. Applied Physics Letters，Vol.73，No.18，p.2582，1998.）揭示了Ti/Al与AlGaN/GaN异质结材料通过高温退火形成欧姆接触的过程，首先是在较低温度下（200-300oC）Ti与Al反应生成Al3Ti，当温度进一步提高到400 oC以上时，AlGaN势垒层中N原子将开始向金属层扩散，在AlGaN层中形成N空位，N空位具有类施主特性，它被高温退火激活，增大了金属中电子通过隧穿的方式到达AlGaN/GaN异质结界面处二维电子气（2DEG）的几率（反之亦然），使得金属电极与2DEG之间形成了导电通路，从而完成了AlGaN/GaN HEMT欧姆接触的制作。AlGaN/GaN HEMT采用目前常规的欧姆接触制作方法的缺点是通过高温退火后欧姆接触的表面较为粗糙，且边缘不整齐，对后续的光刻工艺有一定影响，不利于提升光刻栅脚、栅帽等细线条的成品率。
通过优化包括Ti/Al为基础的多层金属系统等措施可以在一定程度上改善欧姆接触形貌；另外一种方法则是对需要进行欧姆接触电极制作的区域在事先采用离子注入的方法注入高浓度的施主杂质并通过高温退火将其激活，从而对需要进行欧姆接触电极制作的区域形成n型重掺杂。通过n型重掺杂可以有效提升金属中电子通过隧穿的方式到达AlGaN/GaN异质结界面处二维电子气（2DEG）的几率，在对重掺杂区域淀积欧姆接触金属后即使在未采取高温退火的情况下，金属与其下的半导体就已经形成了欧姆接触，而通过温度不高于Al熔点的温度退火后所形成的欧姆接触电阻完全可以达到通过Al熔点之上的高温退火获得的欧姆接触电阻值。离子注入高浓度的施主杂质并通过高温退火将其激活，从而对AlGaN/GaN异质结构外延材料形成n型重掺杂的方法可参见Irokawa等人（Y. Irokawa et al. Applied Physics Letters，Vol.86，p.192102-2, 2005.）的报道；采用离子注入的方式对GaN HEMT欧姆接触电极制作的区域形成重掺杂并通过不高于Al熔点的高温退火使得欧姆接触金属与其下半导体形成良好欧姆接触的方法可参见Nomoto等人（Kazuki Nomoto, et al. IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, VOL.28, NO.11, p.939, 2007）的报道。
采用离子注入的方法注入高浓度的施主杂质过程中需对不需要进行离子注入的区域进行保护，常规的方法采用光刻胶作为掩膜进行保护。由于离子注入过程中的离子具有较高的能量，光刻胶掩膜层的厚度越厚其保护作用越好，厚的光刻胶层带来的问题是光刻的分辨率下降，无法获得较细的线条。对于GaN HEMT制作来讲，器件的源漏间距越小越有利于降低寄生从而获得更好的微波性能，采用光刻胶作为掩膜保护GaN HEMT源漏之间的沟道层时，不利于获得更小的源漏间距，要获得更好的频率特性需要采用更好的掩膜层技术来获得更小的源漏间距。除了光刻胶外金属也可以作为离子注入的掩膜对其下的半导体层起到保护作用，且获得同样保护效果的情况下金属掩膜层所需的厚度相比光刻胶掩膜层来的更小，有助于获得更细的线条。因此要进一步提升器件性能可以采用金属掩膜层作为离子注入的掩膜对其下的半导体层进行保护，通过离子注入、激活退火实现对欧姆接触电极制作的区域形成n型重掺杂。
发明内容
本发明提供了一种铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管的制造方法。其目的旨在克服现有技术所存在的上述缺陷。
本发明的技术解决方案：铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管的制造方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1）在AlGaN势垒层上淀积第一介质层, 第一介质层可选择的材料包括SiN、SiO2；
2）在第一介质层上涂覆第一光刻胶层，对第一光刻胶层进行曝光、显影去除在离子注入过程中需要掩膜进行保护区域上方的第一光刻胶层；
3）蒸发作为注入掩膜用的金属掩膜层到去除了第一光刻胶层的第一介质层上和第一光刻胶层的表面，剥离去除第一光刻胶层及其上的金属掩膜层留下离子注入过程中需要掩膜进行保护区域上方的金属掩膜层；
4）利用金属掩膜层作为掩膜对需要进行离子注入的区域注入Si+离子形成注入区；
5）去除第一介质层及其上的金属掩膜层后，淀积第二介质层到AlGaN势垒层的表面，在保护气体中高温退火激活注入的Si+离子形成掺杂。
本发明的优点：研制的器件欧姆接触电极表面及边缘的形貌良好，器件的有效源漏间距通过重掺杂得以减小从而提升器件的微波性能。
附图说明
图1是AlGaN/GaN HEMT所采用外延材料的一般结构示意图。
图2A-图2O是本发明的一个实施例的实施步骤示意图。
图3A-图3G是本发明的另一个实施例的实施步骤示意图。
图中的13是势垒层、14是第一介质层、15是第一光刻胶层、16是金属层、17是Si+离子区域、18是第二介质层、19是第二光刻胶层、20是源漏电极金属层、21是A源电极、22是A漏电极、23是第三介质层、24是第三光刻胶层、25是A窗口、26是A栅脚窗口、27是第四光刻胶层、28是A栅帽窗口、29是A栅帽金属层、31是B源电极、32是B漏电极、33是第四介质层、34是第五光刻胶层、35是B窗口、36是B栅脚窗口、37是第六光刻胶层、38是B栅帽窗口、39是B栅帽金属层。
具体实施方式
一种铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管的制造方法，包括如下步骤：
1）在AlGaN势垒层13上淀积第一介质层14, 第一介质层14可选择的材料包括但不仅限于SiN、SiO2；
2）在第一介质层14上涂覆第一光刻胶层15，对第一光刻胶层15进行曝光、显影去除在离子注入过程中需要掩膜进行保护区域上方的第一光刻胶层15；
3）蒸发作为注入掩膜用的金属掩膜层16到去除了第一光刻胶层15的第一介质层14上和第一光刻胶层15的表面，剥离去除第一光刻胶层15及其上的金属掩膜层16留下离子注入过程中需要掩膜进行保护区域上方的金属掩膜层16；
4）利用金属掩膜层16作为掩膜对需要进行离子注入的区域注入Si+离子形成注入区17；
5）去除第一介质层14及其上的金属掩膜层16后，淀积第二介质层18到AlGaN势垒层13的表面，在保护气体中高温退火激活注入的Si+离子形成掺杂。
所述的第一介质层14，其厚度为50nm。
所述金属掩膜层16由Ti、Pt、Ni、Au的一种金属构成，或由这些金属的合金、以及它们的多层复合金属层构成，其厚度为300nm-600nm。
所述注入区17所注入的Si+离子能量为50keV-90keV、剂量为0.1×1016cm-2-2×1016cm-2。
所述第二介质层18可选择的材料包括但不仅限于SiN、SiO2，厚度为50nm-150nm。
所述高温退火激活注入的Si+离子形成掺杂过程中采用的保护气体为N2和NH3的混合气体，N2和NH3的气体比例为1:4-4:1，气体压力为0.5×105-1.5×105Pa，退火温度为1200℃-1450℃。
所述的铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管的制造方法，还包括以下步骤：
6）在第二介质层18上涂覆第二光刻胶层19，经曝光、显影去除需要淀积源漏电极金属层区域的第二光刻胶层19，采用干法等离子体刻蚀将需要淀积源漏电极金属层区域的第三介质层23去除；
7）淀积第二源漏电极金属层20到第二光刻胶层19以及AlGaN势垒层13上，剥离去除第二光刻胶层19及其上的源漏电极金属层20得到器件A源电极21和A漏电极22，高温退火使得A源电极21和A漏电极22与其下的半导体层形成良好的欧姆接触；
8）淀积一层介质层到第二介质层18、A源电极21和A漏电极22上与第二介质层18构成复合第三介质层23；
9）在第三介质层23上涂覆第三光刻胶层24，并经过曝光、显影等步骤在A源电极21和A漏电极22之间的光刻胶层中形成A窗口25，注入了Si+离子区域17的任意部分均不在A窗口25下方；
10）以第三光刻胶层24为掩膜，用干法等离子体刻蚀将A窗口25中的第三介质层23去除，去除第三介质层23上的光刻胶后在第三介质层23上形成A栅脚窗口26，其中注入了Si+离子区域17的任意部分均不在A栅脚窗口26中；
11）在第三介质层23及A栅脚窗口26之上涂覆第四光刻胶层27，并经过曝光、显影等操作之后在A栅脚窗口26之上的第四光刻胶层27中形成A栅帽窗口28；
12）在第四光刻胶层27以及A栅帽窗口28中淀积A栅帽金属层29，剥离去除第四光刻胶层27及其上的A栅帽金属层29后留下作为栅电极的栅帽金属层29。
所述的的铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管的制造方法，还包括如下步骤：
6）去除第二介质层18并经曝光、显影、淀积基于源漏电极金属层、剥离去除光刻胶及其上的源漏电极金属层后得到器件的B源电极31和B漏电极32；
7）高温退火使得B源电极31和B漏电极32与其下的半导体层形成良好的欧姆接触，淀积一层第四介质层33到AlGaN势垒层13、B源电极31和B漏电极32上；
8）在第四介质层33上涂覆第五光刻胶层34，并经过曝光、显影等步骤在B源电极31和B漏电极32之间的光刻胶层中形成B窗口35，其中注入了Si+离子区域17的任意部分均不在B窗口35的下方；
9）以第五光刻胶层34为掩膜，用干法等离子体将B窗口35中的第四介质层33去除，去除第四介质层33上的光刻胶后在第四介质层33上形成B栅脚窗口36，其中注入了Si+离子区域17的任意部分均不在B栅脚窗口36中；
10）在第四介质层33及B栅脚窗口36之上涂覆第六光刻胶层37，经过曝光、显影等操作之后在B栅脚窗口36之上的第六光刻胶层37中形成B栅帽窗口38；
11）在第六光刻胶层37以及B栅帽窗口38中淀积B栅帽金属层39，剥离去除第六光刻胶层37及其上的B栅帽金属层39后留下作为栅电极的栅帽金属层39。
对照图1，AlGaN/GaN HEMT所采用外延材料的一般结构，包括了衬底11、GaN缓冲层12以及AlGaN势垒层13。关于AlGaN/GaN HEMT中衬底11所用的材料、GaN缓冲层12和AlGaN势垒层13形成可参考相关文献报道。
另外AlGaN/GaN HEMT所采用外延材料的一般结构，表明还存在其它形式的外延材料结构,其它的结构形式可参考相关文献，不再进一步描述。
实施例1
如图2A所示，在AlGaN势垒层13上淀积介质层14, 介质层14可选择的材料包括但不仅限于SiN、SiO2等，优选的为SiN，优选的厚度为50nm。
如图2B所示在介质层14上涂覆光刻胶层15。通过对光刻胶层15进行曝光、显影去除在离子注入过程中需要掩膜进行保护区域上方的光刻胶层15如图2C所示蒸发作为注入掩膜用的金属层16到去除了光刻胶层15的介质层14上和光刻胶层15的表面。
如图2D所示，金属层16可以由Ti、Pt、Ni、Au等的一种金属构成，也可以由这些金属的合金、以及它们的多层复合金属层等构成，其厚度根据所需注入的Si+离子能量决定，优选的为300nm-600nm。利用剥离工艺去除光刻胶层15及其上的金属掩膜层16留下离子注入过程中需要掩膜进行保护区域上方的金属掩膜层16，关于剥离工艺在本领域内是众所周知的，此处不再赘述，利用留下的金属掩膜层16作为掩膜对需要进行离子注入的区域注入Si+离子形成注入区17。
如图2E所示，Si+离子的注入能量优选的为50keV-90keV、注入剂量优选的为0.1×1016cm-2-2×1016cm-2。
如图2F所示，去除介质层14及其上的金属掩膜层16后，淀积介质层18到AlGaN势垒层13的表面，介质层18可选择的材料包括但不仅限于SiN、SiO2等，优选的为SiN，优选的厚度为50nm-150nm；淀积介质层18后在保护气体中高温退火激活注入的Si+离子形成掺杂，退火过程中采用的保护气体包括Ar、N2、NH3等或者是它们的混合气体，优选的为N2和NH3的混合气体，N2和NH3的气体比例为1:4-4:1，气体压力为0.5×105-1.5×105Pa，优选的退火温度为1200℃-1450℃。
如图2G所示，在介质层18上涂覆光刻胶层19，经曝光、显影去除需要淀积源漏电极金属层区域的光刻胶层19，采用干法等离子体刻蚀的方法将需要淀积源漏电极金属层区域的介质层23去除，干法等离子体去除SiN、SiO2等介质材料的方法在本领域内是众所周知的，可参考相关文献报道，此处不再赘述。
如图2H所示，淀积源漏电极金属层20到光刻胶层19以及AlGaN势垒层13上，源漏电极金属层20可采用包括但不仅限于Ti/Al/Ni/Au、Ti/Al/Mo/Au等多层金属体系。
如图2I所示，剥离去除光刻胶层19及其上的源漏电极金属层20得到器件的源电极21和漏电极22，高温退火使得源电极21和漏电极22与其下的半导体层形成良好的欧姆接触，退火温度以不超过Al熔点为限，优选的退火温度为500℃-600℃。
如图2J所示，淀积一层介质层到介质层18、源电极21和漏电极22上与介质层18构成复合介质层23。
如图2K所示，在介质层23上涂覆光刻胶层24，并经过曝光、显影等步骤在源电极21和漏电极22之间的光刻胶层中形成窗口25，窗口25在源电极21和漏电极22之间的宽度根据所要研制的器件栅长确定，且注入了Si+离子区域17的任意部分均不在窗口25下方。
如图2L所示，以光刻胶层24为掩膜，采用干法等离子体刻蚀的方法将窗口25中的介质层23去除，并去除介质层23上的光刻胶后在介质层23上得到称之为栅脚的窗口26，其中注入了Si+离子区域17的任意部分均不在窗口26中。
如图2M所示，在介质层23及栅脚窗口26之上涂覆光刻胶层27，并经过曝光、显影等操作之后在前述的栅脚窗口26之上的光刻胶层27中形成窗口28，窗口28也可称之为栅帽窗口。栅帽窗口28的设计以及形成过程中必须保证栅脚窗口26完全被栅帽窗口28所覆盖，栅脚窗口26部分或者全部没有被栅帽窗口28所覆盖的情形在本发明中是必须要避免的。要避免出现栅脚窗口26部分或者全部没有被栅帽窗口28所覆盖的问题，首先栅帽窗口26设计上要保证比窗口28来的大，在此基础上采用具有更高套准精度的光刻设备就可以避免出现栅脚窗口26部分或者全部没有被栅帽窗口28所覆盖的问题。
如图2N所示，在光刻胶层27以及栅帽窗口28中淀积栅帽金属层29，栅帽金属层29的目的，一个方面与势垒层13形成肖特基接触，从而在器件工作的时候，栅电极上的电压变化能够调制沟道中二维电子气；另外一个作用是降低器件的栅阻，提升器件的频率特性。栅帽金属层29优选采用蒸发的方式进行淀积，可采用的金属包括但不限于Ni/Au/Ti或者Ni/Pt/Au/Pt/Ti或则Ni/Pt/Au/Ni等多层金属体系，当为Ni/Au/Ti时，Ni优选的厚度为20nm-100nm，Au优选的厚度为400nm-600nm，Ti优选的厚度为20nm-50nm；当为Ni/Pt/Au/Pt/Ti时，Ni优选的厚度为20nm-100nm，Ni与Au之间的Pt优选的厚度为30nm-50nm，Au优选的厚度为400nm-600nm，Ti与Au之间的Pt优选的厚度为30nm-50nm，Ti优选的厚度为20nm-50nm；当为Ni/Pt/Au/Ni时，第一层Ni优选的厚度为20nm-100nm，Pt优选的厚度为30nm-50nm，Au优选的厚度为400nm-600nm，最后一层Ni优选的厚度为20nm-50nm。
如图2O所示，采用剥离工艺去除光刻胶层27及其上的栅帽金属层29后得到的图形。
实施例2
由图3A-图3G是本发明的另一个实施例的实施步骤，首先同实施例1中图2A-2F所示，依次进行介质层14的淀积、在介质层14上涂覆光刻胶层15、曝光显影去除在离子注入过程中需要掩膜进行保护区域上方的光刻胶层15、蒸发作为注入掩膜用的金属层16到去除了光刻胶层15的介质层14上和光刻胶层15的表面、剥离去除光刻胶层15及其上的金属层16、利用留下的金属层16作为掩膜对需要进行离子注入的区域注入Si+离子形成注入区17、去除介质层14及其上的金属掩膜层16、淀积介质层18到AlGaN势垒层13的表面、在保护气体中高温退火激活注入的Si+离子形成掺杂，之后去除介质层18并经曝光、显影、淀积基于源漏电极金属层、剥离去除光刻胶及其上的源漏电极金属层后得到器件的源电极31和漏电极32如图3A所示，源电极31和漏电极32可采用的金属层包括但不仅限于Ti/Al/Ni/Au、Ti/Al/Mo/Au等多层金属体系。
高温退火使得源电极31和漏电极32与其下的半导体层形成良好的欧姆接触，退火温度以不超过Al熔点为限，优选的退火温度为500℃-600℃；淀积一层介质层33到AlGaN势垒层13、源电极31和漏电极32上（图3B所示）。
如图3C所示，在介质层33上涂覆光刻胶层34，并经过曝光、显影等步骤在源电极31和漏电极32之间的光刻胶层中形成窗口35，窗口35在源电极31和漏电极32之间的宽度根据所要研制的器件栅长确定，且注入了Si+离子区域17的任意部分均不在窗口35下方。
以光刻胶层34为掩膜，采用干法等离子体刻蚀的方法将窗口35中的介质层33去除，并去除介质层33上的光刻胶后在介质层33上得到如图3D中所示称之为栅脚的窗口36，其中注入了Si+离子区域17的任意部分均不在栅脚窗口36中，干法等离子体去除SiN、SiO2等介质材料的方法在本领域内是众所周知的，可参考相关文献报道，此处不再赘述。
在介质层33及栅脚窗口36之上涂覆光刻胶层37，并经过曝光、显影等操作之后在前述的栅脚窗口36之上的光刻胶层37中形成如图3E中所示的窗口38，窗口38也可称之为栅帽窗口。栅帽窗口38的设计以及形成过程中必须保证栅脚窗口36完全被栅帽窗口38所覆盖，栅脚窗口36部分或者全部没有被栅帽窗口38所覆盖的情形在本发明中是必须要避免的。要避免出现栅脚窗口36部分或者全部没有被栅帽窗口38所覆盖的问题，首先栅帽窗口36设计上要保证比窗口38来的大，在此基础上采用具有更高套准精度的光刻设备就可以避免出现栅脚窗口36部分或者全部没有被栅帽窗口38所覆盖的问题。
如图3F所示，在光刻胶层37以及栅帽窗口38中淀积栅帽金属层39，栅帽金属层39的目的，一个方面与势垒层13形成肖特基接触，从而在器件工作的时候，栅电极上的电压变化能够调制沟道中二维电子气；另外一个作用是降低器件的栅阻，提升器件的频率特性。栅帽金属层39优选采用蒸发的方式进行淀积，可采用的金属体系及优选的各层厚度同实施例1中的栅帽金属层29。
采用剥离工艺去除光刻胶层37及其上的栅帽金属层39后得到如图3G所示的图形。
Claims (8)
1.铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管的制造方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1）在AlGaN势垒层上淀积第一介质层, 第一介质层可选择的材料包括SiN、SiO2；
2）在第一介质层上涂覆第一光刻胶层，对第一光刻胶层进行曝光、显影去除在离子注入过程中需要掩膜进行保护区域上方的第一光刻胶层；
3）蒸发作为注入掩膜用的金属掩膜层到去除了第一光刻胶层的第一介质层上和第一光刻胶层的表面，剥离去除第一光刻胶层及其上的金属掩膜层留下离子注入过程中需要掩膜进行保护区域上方的金属掩膜层；
4）利用金属掩膜层作为掩膜对需要进行离子注入的区域注入Si+离子形成注入区；
5）去除第一介质层及其上的金属掩膜层后，淀积第二介质层到AlGaN势垒层的表面，在保护气体中高温退火激活注入的Si+离子形成掺杂。
2.根据权利要求1所述的铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管的制造方法，其特征是所述的第一介质层，其厚度为50nm。
3.根据权利要求1所述的铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管的制造方法，其特征是所述金属掩膜层由Ti、Pt、Ni、Au的一种金属构成，或由这些金属的合金、以及它们的多层复合金属层构成，其厚度为300nm-600nm。
4.根据权利要求1所述的铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管的制造方法，其特征是所述注入区所注入的Si+离子能量为50keV-90keV、剂量为0.1×1016cm-2-2×1016cm-2。
5.根据权利要求1所述的铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管的制造方法，其特征是所述第二介质层选择的材料包括SiN、SiO2，厚度为50nm-150nm。
6.根据权利要求1所述的铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管的制造方法，其特征是所述高温退火激活注入的Si+离子形成掺杂过程中采用的保护气体为N2和NH3的混合气体，N2和NH3的气体比例为1:4-4:1，气体压力为0.5×105-1.5×105Pa，退火温度为1200℃-1450℃。
7.如权利要求1的铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管的制造方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤：
6）在第二介质层上涂覆第二光刻胶层，经曝光、显影去除需要淀积源漏电极金属层区域的第二光刻胶层，采用干法等离子体刻蚀将需要淀积源漏电极金属层区域的第三介质层去除；
7）淀积第二源漏电极金属层到第二光刻胶层以及AlGaN势垒层上，剥离去除第二光刻胶层及其上的源漏电极金属层得到器件A源电极和A漏电极，高温退火使得A源电极和A漏电极与其下的半导体层形成良好的欧姆接触；
8）淀积一层介质层到第二介质层、A源电极和A漏电极上与第二介质层构成复合第三介质层；
9）在第三介质层上涂覆第三光刻胶层，并经过曝光、显影等步骤在A源电极和A漏电极之间的光刻胶层中形成A窗口，注入了Si+离子区域的任意部分均不在A窗口下方；
10）以第三光刻胶层为掩膜，用干法等离子体刻蚀将A窗口中的第三介质层去除，去除第三介质层上的光刻胶后在第三介质层上形成A栅脚窗口，其中注入了Si+离子区域的任意部分均不在A栅脚窗口中；
11）在第三介质层及A栅脚窗口之上涂覆第四光刻胶层，并经过曝光、显影等操作之后在A栅脚窗口之上的第四光刻胶层中形成A栅帽窗口；
12）在第四光刻胶层以及A栅帽窗口中淀积A栅帽金属层，剥离去除第四光刻胶层及其上的A栅帽金属层后留下作为栅电极的栅帽金属层。
8.如权利要求1的铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管的制造方法，其特征在于，该方法还包括如下步骤：
6）去除第二介质层并经曝光、显影、淀积基于源漏电极金属层、剥离去除光刻胶及其上的源漏电极金属层后得到器件的B源电极和B漏电极；
7）高温退火使得B源电极和B漏电极与其下的半导体层形成良好的欧姆接触，淀积一层第四介质层到AlGaN势垒层、B源电极和B漏电极上；
8）在第四介质层上涂覆第五光刻胶层，并经过曝光、显影等步骤在B源电极和B漏电极之间的光刻胶层中形成B窗口，其中注入了Si+离子区域的任意部分均不在B窗口的下方；
9）以第五光刻胶层为掩膜，用干法等离子体将B窗口中的第四介质层去除，去除第四介质层上的光刻胶后在第四介质层上形成B栅脚窗口，其中注入了Si+离子区域的任意部分均不在B栅脚窗口中；
10）在第四介质层及栅脚窗口之上涂覆第六光刻胶层，经过曝光、显影等操作之后在B栅脚窗口之上的第六光刻胶层中形成B栅帽窗口；
11）在第六光刻胶层以及B栅帽窗口中淀积B栅帽金属层，剥离去除第六光刻胶层及其上的B栅帽金属层后留下作为栅电极的栅帽金属层。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410108984.5A CN103928324A (zh) | 2014-03-24 | 2014-03-24 | 铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管的制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410108984.5A CN103928324A (zh) | 2014-03-24 | 2014-03-24 | 铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管的制造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103928324A true CN103928324A (zh) | 2014-07-16 |
Family
ID=51146506
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410108984.5A Pending CN103928324A (zh) | 2014-03-24 | 2014-03-24 | 铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管的制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103928324A (zh) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105390382A (zh) * | 2015-10-22 | 2016-03-09 | 中国科学院微电子研究所 | 一种iii族氮化物电子器件低温欧姆接触的制作方法 |
| CN105549227A (zh) * | 2015-12-18 | 2016-05-04 | 成都浩博依科技有限公司 | 一种基于GaN半导体材料异质结场效应晶体管结构的太赫兹波空间外部调制器 |
| CN105810575A (zh) * | 2016-04-18 | 2016-07-27 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | 一种GaN HEMT上低温欧姆接触的制备方法 |
| CN107045975A (zh) * | 2016-02-05 | 2017-08-15 | 北京大学 | 基于自停止刻蚀的氮化镓基材料开槽欧姆接触的制备方法 |
| CN107230622A (zh) * | 2016-03-25 | 2017-10-03 | 北京大学 | 氮化镓晶体管及其制作方法 |
| CN108597997A (zh) * | 2018-02-28 | 2018-09-28 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | GaN基器件欧姆接触电极的制备方法 |
| CN109216442A (zh) * | 2018-09-11 | 2019-01-15 | 苏州汉骅半导体有限公司 | 半导体结构制造方法 |
| CN110534431A (zh) * | 2019-08-20 | 2019-12-03 | 西安电子科技大学 | 基于再生长和离子注入的GaN凹槽阳极肖特基二极管制备方法 |
| CN112103340A (zh) * | 2020-08-07 | 2020-12-18 | 厦门市三安集成电路有限公司 | 一种氮化镓晶体管的非合金欧姆接触制作方法 |
| CN114336268A (zh) * | 2022-03-04 | 2022-04-12 | 苏州长光华芯光电技术股份有限公司 | 一种高可靠性低缺陷半导体发光器件及其制备方法 |
| CN116676571A (zh) * | 2023-04-26 | 2023-09-01 | 武汉敏芯半导体股份有限公司 | 一种电极制作方法、电极和半导体器件 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6020226A (en) * | 1998-04-14 | 2000-02-01 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Single layer integrated metal process for enhancement mode field-effect transistor |
| CN1385879A (zh) * | 2002-06-20 | 2002-12-18 | 上海华虹（集团）有限公司 | 一种同时形成硅化物和浅结的方法 |
| US20060226442A1 (en) * | 2005-04-07 | 2006-10-12 | An-Ping Zhang | GaN-based high electron mobility transistor and method for making the same |
| US20100176421A1 (en) * | 2007-07-20 | 2010-07-15 | Imec | Damascene contacts on iii-v cmos devices |
| CN101853880A (zh) * | 2010-03-09 | 2010-10-06 | 西安电子科技大学 | AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管及其制作方法 |
| CN103219239A (zh) * | 2013-03-27 | 2013-07-24 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | 具有高热稳定性的AlGaN/GaN HEMT制造法 |
-
2014
- 2014-03-24 CN CN201410108984.5A patent/CN103928324A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6020226A (en) * | 1998-04-14 | 2000-02-01 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Single layer integrated metal process for enhancement mode field-effect transistor |
| CN1385879A (zh) * | 2002-06-20 | 2002-12-18 | 上海华虹（集团）有限公司 | 一种同时形成硅化物和浅结的方法 |
| US20060226442A1 (en) * | 2005-04-07 | 2006-10-12 | An-Ping Zhang | GaN-based high electron mobility transistor and method for making the same |
| US20100176421A1 (en) * | 2007-07-20 | 2010-07-15 | Imec | Damascene contacts on iii-v cmos devices |
| CN101853880A (zh) * | 2010-03-09 | 2010-10-06 | 西安电子科技大学 | AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管及其制作方法 |
| CN103219239A (zh) * | 2013-03-27 | 2013-07-24 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | 具有高热稳定性的AlGaN/GaN HEMT制造法 |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105390382A (zh) * | 2015-10-22 | 2016-03-09 | 中国科学院微电子研究所 | 一种iii族氮化物电子器件低温欧姆接触的制作方法 |
| CN105549227A (zh) * | 2015-12-18 | 2016-05-04 | 成都浩博依科技有限公司 | 一种基于GaN半导体材料异质结场效应晶体管结构的太赫兹波空间外部调制器 |
| CN107045975A (zh) * | 2016-02-05 | 2017-08-15 | 北京大学 | 基于自停止刻蚀的氮化镓基材料开槽欧姆接触的制备方法 |
| CN107230622A (zh) * | 2016-03-25 | 2017-10-03 | 北京大学 | 氮化镓晶体管及其制作方法 |
| CN105810575B (zh) * | 2016-04-18 | 2018-12-28 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | 一种GaN HEMT上低温欧姆接触的制备方法 |
| CN105810575A (zh) * | 2016-04-18 | 2016-07-27 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | 一种GaN HEMT上低温欧姆接触的制备方法 |
| CN108597997A (zh) * | 2018-02-28 | 2018-09-28 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | GaN基器件欧姆接触电极的制备方法 |
| US11239081B2 (en) | 2018-02-28 | 2022-02-01 | The 13Th Research Institute Of China Electronics | Method for preparing ohmic contact electrode of gallium nitride-based device |
| CN109216442A (zh) * | 2018-09-11 | 2019-01-15 | 苏州汉骅半导体有限公司 | 半导体结构制造方法 |
| CN110534431A (zh) * | 2019-08-20 | 2019-12-03 | 西安电子科技大学 | 基于再生长和离子注入的GaN凹槽阳极肖特基二极管制备方法 |
| CN112103340A (zh) * | 2020-08-07 | 2020-12-18 | 厦门市三安集成电路有限公司 | 一种氮化镓晶体管的非合金欧姆接触制作方法 |
| CN114336268A (zh) * | 2022-03-04 | 2022-04-12 | 苏州长光华芯光电技术股份有限公司 | 一种高可靠性低缺陷半导体发光器件及其制备方法 |
| CN114336268B (zh) * | 2022-03-04 | 2022-05-31 | 苏州长光华芯光电技术股份有限公司 | 一种高可靠性低缺陷半导体发光器件及其制备方法 |
| CN116676571A (zh) * | 2023-04-26 | 2023-09-01 | 武汉敏芯半导体股份有限公司 | 一种电极制作方法、电极和半导体器件 |
| CN116676571B (zh) * | 2023-04-26 | 2024-01-19 | 武汉敏芯半导体股份有限公司 | 一种电极制作方法、电极和半导体器件 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103928324A (zh) | 铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管的制造方法 | |
| US10062775B2 (en) | GaN-based power electronic device and method for manufacturing the same | |
| US10002958B2 (en) | Diamond on III-nitride device | |
| KR101439805B1 (ko) | 반도체 장치의 제조 방법 | |
| Matioli et al. | Ultralow leakage current AlGaN/GaN Schottky diodes with 3-D anode structure | |
| CN109004027A (zh) | 氮极性iii族/氮化物磊晶结构及其主动元件与其积体化的极性反转制作方法 | |
| CN105355555A (zh) | 一种GaN基增强型功率电子器件及其制备方法 | |
| CN103219239B (zh) | AlGaN/GaN HEMT制造法 | |
| CN109004033B (zh) | 氮极性iii族/氮化物磊晶结构及其主动元件与其积体化的极性反转制作方法 | |
| US11056572B2 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
| CN1989601A (zh) | 制造具有盖层和凹进栅极的氮化物基晶体管的方法 | |
| CN103887334A (zh) | GaN高电子迁移率晶体管和GaN二极管 | |
| CN103426914A (zh) | 异质结半导体器件及其制造方法 | |
| US20150021671A1 (en) | Field-effect transistor and method of manufacturing thereof | |
| TWI676293B (zh) | 半導體裝置及其製造方法 | |
| WO2020107754A1 (zh) | 一种提高GaN增强型MOSFET阈值电压的外延层结构及器件制备 | |
| CN104269469A (zh) | 一种降低宽禁带半导体器件欧姆接触电阻的方法 | |
| CN107887433B (zh) | 一种增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管及其制备方法 | |
| CN204732413U (zh) | 包括iii族氮化物叠层的半导体部件 | |
| CN103208518A (zh) | 一种源漏非对称自对准的射频功率器件及其制备方法 | |
| US20210057221A1 (en) | Method for preparing ohmic contact electrode of gallium nitride-based device | |
| Khan et al. | Effects of a recessed camel-gate head structure on normally-off ALGaN/GaN HEMTs | |
| CN104347700A (zh) | 一种GaN基凹栅增强型HEMT器件 | |
| KR102145911B1 (ko) | 반도체 소자 | |
| CN113540229B (zh) | 半导体器件及其制作方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20140716 |