CN105355546A - 一种氮化镓器件电极结构的制作方法及氮化镓器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体技术领域，本发明实施例提供一种氮化镓器件电极结构的制作方法及氮化镓器件，该方法包括：对氮化铝镓层表面进行湿法刻蚀，形成凹槽，并在所述凹槽底部形成氟化铝；对所述凹槽底部的所述氮化铝镓层表面的所述氟化铝进行反应离子刻蚀；在反应离子刻蚀后的所述凹槽底部的所述氮化铝镓层表面垫积电极金属。通过本发明实施例提供的方法，通过在被刻蚀有凹槽的氮化铝镓表面进行反应离子刻蚀，清除氮化铝镓表面残留的氟化铝，使得电极金属和氮化铝镓表面能够直接接触，避免了由于氟化铝覆盖在氮化铝镓表面导致的电极金属接触电阻较大的问题。

Description

一种氮化镓器件电极结构的制作方法及氮化镓器件

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种氮化镓器件电极结构的制作方法及氮化镓器件。

背景技术

目前，国际半导体产业界已经进入以氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)为代表的第三代宽禁带半导体时代。在新型氮化镓半导体材料上制作相关器件时，进行氮化铝镓的刻蚀时刻蚀过程在密闭腔体中发生，依靠化学刻蚀气体与被刻蚀材料发生化学反应，产生的气态残留物能够通过密闭腔体自带的吸取管道将气态残留物抽走，而产生的固态残留物，就会沉积到氮化铝镓材料表面，无法被抽走，形成难以清除的杂质，导致在制作器件相关电极金属时，接触电阻常常偏大。由于刻蚀孔的尺寸较小，杂质沉积到刻蚀孔底部后，普通清洗手段也是无法将固态杂质清洗干净的。

综上所述，现有技术方案在刻蚀氮化铝镓时产生的杂质难以清除，导致电极金属的接触电阻偏大。

发明内容

本发明实施例提供一种氮化镓器件电极结构的制作方法及氮化镓器件，用以解决现有技术方案中刻蚀氮化铝镓时产生的杂质难以清除，导致电极金属的接触电阻偏大的问题。

本发明实施例提供一种氮化镓器件电极结构的制作方法，包括：

对氮化铝镓层表面进行湿法刻蚀，形成凹槽，并在所述凹槽底部形成氟化铝；

对所述凹槽底部的所述氮化铝镓层表面的所述氟化铝进行反应离子刻蚀；

在反应离子刻蚀后的所述凹槽底部的所述氮化铝镓层表面垫积电极金属。

较佳的，所述对所述凹槽底部的所述氮化铝镓层表面进行反应离子刻蚀，包括：

对被刻蚀的氮化铝镓层表面的氟化铝采用惰性气体进行反应离子刻蚀。

较佳的，所述在所述凹槽底部的所述氮化铝镓层表面垫积电极金属之后，还包括：

对垫积之后的电极金属进行退火，形成欧姆接触。

较佳的，所述对垫积之后的电极金属进行退火，形成欧姆接触之后，还包括：

在所述金属层上沉积绝缘保护层。

较佳的，所述湿法刻蚀所采用的刻蚀材料为氟化硫。

较佳的，所述凹槽深度至少为所述氮化铝镓层1厚度的1/10。

较佳的，所述对氮化铝镓层表面进行湿法刻蚀，形成凹槽之前，还包括：

在衬底上生长所述氮化镓层；

在所述氮化镓层上使用光刻胶形成所述凹槽的掩膜图形。

本发明实施例提供一种氮化镓器件，包括：

刻蚀有凹槽的氮化铝镓层；

覆盖于所述凹槽内的金属层。

较佳的，所述氮化铝镓层上覆盖一层氮化镓层。

较佳的，所述氮化镓层之上，还包括：

位于所述金属层上的绝缘保护层。

通过本发明实施例提供的方法，通过在被刻蚀有凹槽的氮化铝镓表面进行反应离子刻蚀，清除氮化铝镓表面残留的氟化铝，使得电极金属和氮化铝镓表面能够直接接触，避免了由于氟化铝覆盖在氮化铝镓表面导致的电极金属接触电阻较大的问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种氮化镓器件电极结构的制作方法流程图；

图2为本发明实施例提供的一种氮化镓器件电极结构的制作方法流程图；

图3至图6为采用本发明实施例所提供的方法进行氮化镓器件电极结构制作时各个步骤的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种氮化镓器件的装置结构图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种氮化镓器件电极结构的制作方法及氮化镓器件，通过在被刻蚀有凹槽的氮化铝镓表面进行反应离子刻蚀，使得电极金属和氮化铝镓表面能够直接接触。

下面结合说明书附图对本发明实施例做详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供的一种氮化镓器件电极结构的制作方法流程图，该方法包括：

步骤101：对氮化铝镓层表面进行湿法刻蚀，形成凹槽，并在所述凹槽底部形成氟化铝；

步骤102：对所述凹槽底部的所述氮化铝镓层表面的所述氟化铝进行反应离子刻蚀；

步骤103：在反应离子刻蚀后的所述凹槽底部的所述氮化铝镓层表面垫积电极金属。

氮化镓器件电极结构是在对氮化铝镓表面刻蚀的凹槽中垫积金属，形成电极结构。在步骤101中，对氮化铝镓层采用干法刻蚀，刻蚀一般采用SF₆(氟化硫)，而SF₆会和AlGaN(氮化铝镓)反应生成AlF₃(氟化铝)，部分AlF3会沉积在凹槽底部，即刻蚀凹槽过程中顺带产生了副产物，氟化铝会导致电极金属的接触电阻变大，对器件的性能产生影响。

为了清除凹槽底部氮化铝镓层表面的氟化铝，在步骤102中，采用反应离子刻蚀(英文：Reactive-IonEtching，简写为RIE)工艺中的物理离子轰击法对氮化铝镓层表面的氟化铝进行刻蚀。反应离子刻蚀是一种半导体生产加工工艺，它利用由等离子体强化后的反应离子气体轰击目标材料，来达到刻蚀的目的。反应离子气体在低压(真空)环境下由电磁场产生，利用高能离子气体轰击半导体材料表面并与之反应，气体一般选择惰性气体。

惰性气体的种类和多少取决于蚀刻的程序。惰性气体通过由射频(RF)供能的磁场产生高能离子气体，这些高能离子在强电场下朝刻蚀材料表面加速，这些离子像子弹一样，会把孔底部的杂质溅射出来，以达到清除杂质的目的。

在步骤103中，在反应离子刻蚀后的所述凹槽底部的所述氮化铝镓层表面垫积电极金属，形成一层金属层。

作为本发明实施例的一种优选方式，还可以在生成金属层之后，对其进行退火处理，使其形成欧姆接触。由于欧姆接触不会产生明显的附加阻抗，相对于直接采用金属层作为金属背电极，其电阻更低。

如图2所示，氮化镓器件电极结构制作流程包括以下几个步骤：

步骤201，在氮化镓层2上使用光刻胶3形成凹槽的掩膜图形，形成如图3所示的结构；

步骤202，刻蚀掉未被掩膜图形覆盖的氮化镓层2，并对氮化镓层2下的氮化铝镓层1进行刻蚀，刻蚀出凹槽，形成如图4所示的结构；

在本步骤中，最上层的氮化镓层2和下层的氮化铝镓层1是一步刻蚀完成的，一般采用SF₆进行刻蚀，从图4中可以看出，经过刻蚀后，氮化铝镓层1的凹槽底部形成了一层氟化铝层5，氟化铝层5是由氮化铝镓与氟化硫反应的产物；

在凹槽的刻蚀过程中，需要对其深度进行控制，若凹槽的深度小于氮化铝镓层1厚度的1/10，由于其所增加的接触面积较少，降低电阻的效果并不明显。因此，在实际制作时凹槽深度至少要刻蚀至氮化铝镓层1厚度的1/10，而若需要进一步增加接触面积，采用刻蚀至氮化铝镓层1厚度的1/2、7/10或者9/10等均可；

步骤203，对氮化铝镓层1的凹槽4底部采用反应离子刻蚀工艺，清除凹槽4底部的氟化铝层5，形成如图5所示的结构，通过反应离子刻蚀工艺将凹槽底部的氟化铝清除，使得在制作电极时，金属能够和氮化铝镓直接接触，降低了接触电阻；

步骤204，在凹槽4内生成金属层6，形成如图6所示的结构；

步骤205，对金属层6进行退火，形成欧姆接触，具体结构如图6所示，本步骤中通过退火，使得原来的金属层6与凹槽4底部的氮化铝镓与金属发生反应，构成欧姆接触，由此进一步降低电阻。还可以在金属层上沉积绝缘保护层，以便保护电路。

采用上述方法制作的氮化镓器件电极结构，由于进行湿法刻蚀时会在氮化铝镓层上形成凹槽的同时会在凹槽底部产生氟化铝。氟化铝会导致电极金属层的电阻变大严重影响氮化镓器件的性能。为了消除凹槽底部的氟化铝带来的影响，在本发明实施例中通过反应离子刻蚀工艺，将凹槽底部的氟化铝清除，使得金属能够和氮化铝镓直接接触，降低了接触电阻。

反应离子刻蚀工艺中，惰性气体按照一定的工作压力和搭配比例充满整个反应室。对反应腔中的惰性气体，加上大于气体击穿临界值的高频电场，在强电场作用下，被高频电场加速的杂散电子与气体分子或原子进行随机碰撞，当电子能量大到一定程度时，随机碰撞变为非弹性碰撞，产生二次电子发射，它们又进一步与气体分子碰撞，不断激发或电离气体分子。这种激烈碰撞引起电离和复合。当电子的产生和消失过程达到平衡时，放电能继续不断地维持下去。由非弹性碰撞产生的离子、电子及及游离基(游离态的原子、分子或原子团)也称为等离子体，具有很强的化学活性，可与被刻蚀样品表面的原子起化学反应，形成挥发性物质，达到腐蚀氟化铝的目的。同时，由于阴极附近的电场方向垂直于阴极表面，高能离子在一定的工作压力下，垂直地射向样品表面，进行物理轰击，使得反应离子刻蚀具有很好的各向异性。

可见反应离子刻蚀时，不仅有等离子体的化学反应，而且也存在离子的轰击效应。这里的离子轰击效应不同于溅射刻蚀中的纯物理过程，它对化学反应产生显著的增强作用，因而反应离子刻蚀是离子轰击的物理效应和活性粒子的化学效应的综合结果。正是由于刻蚀过程中化学作用和物理作用均有助于腐蚀，因此可以更灵活地选取工作条件，以获得最佳腐蚀效果。

如图7所示，本实施例提供了一种氮化镓器件电极结构，其制作方法可以参考图1及图2的制作流程，该氮化镓器件电极结构包括氮化铝镓层702和金属层703。其中，氮化铝镓层702刻蚀有凹槽，而金属层703填充满凹槽作为电极金属。图7中的氮化镓器件还包括覆盖在氮化铝镓层702上的氮化镓层701，衬底层705，以及介于衬底层705和氮化铝镓层702之间的氮化镓层704。

还可以在金属层703上沉积绝缘保护层，以便保护电路。

从上述内容可以看出，通过本发明实施例提供的方法，通过在被刻蚀有凹槽的氮化铝镓表面进行反应离子刻蚀，清除氮化铝镓表面残留的氟化铝，使得电极金属和氮化铝镓表面能够直接接触，避免了由于氟化铝覆盖在氮化铝镓表面导致的电极金属接触电阻较大的问题。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种氮化镓器件电极结构的制作方法，其特征在于，该方法包括：

对氮化铝镓层表面进行湿法刻蚀，形成凹槽，并在所述凹槽底部形成氟化铝；

对所述凹槽底部的所述氮化铝镓层表面的所述氟化铝进行反应离子刻蚀；

在反应离子刻蚀后的所述凹槽底部的所述氮化铝镓层表面垫积电极金属。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述凹槽底部的所述氮化铝镓层表面的所述氟化铝进行反应离子刻蚀，包括：

对被所述湿法刻蚀的所述氮化铝镓层表面形成的所述氟化铝采用惰性气体进行反应离子刻蚀。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述在所述凹槽底部的所述氮化铝镓层表面垫积电极金属之后，还包括：

对垫积之后的电极金属进行退火，形成欧姆接触。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对垫积之后的电极金属进行退火，形成欧姆接触之后，还包括：

在所述金属层上沉积绝缘保护层。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述湿法刻蚀所采用的刻蚀材料为氟化硫。

6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述凹槽深度至少为所述氮化铝镓层1厚度的1/10。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对氮化铝镓层表面进行湿法刻蚀，形成凹槽之前，还包括：

在衬底上生长所述氮化镓层；

在所述氮化镓层上使用光刻胶形成所述凹槽的掩膜图形。

8.一种氮化镓器件，其特征在于，包括：

刻蚀有凹槽的氮化铝镓层；

覆盖于所述凹槽内的金属层。

9.如权利要求8所述的氮化镓器件，其特征在于，所述氮化铝镓层上覆盖一层氮化镓层。

10.如权利要求9所述的氮化镓器件，其特征在于，所述氮化镓层之上，还包括：

位于所述金属层上的绝缘保护层。