CN105810575B - 一种GaN HEMT上低温欧姆接触的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是一种基于微电子工艺，一种GaN HEMT上低温欧姆接触的制备方法，具体实施步骤包括：(1)生长介质层；(2)制作欧姆接触窗口；(3)制作欧姆接触通孔；(4)制作扩散层；(5)生长介质层；(6)扩散；(7)刻蚀介质层；(8)制作欧姆接触金属。本发明针对现有GaN HEMT欧姆接触金属形貌差的缺点，提出在欧姆接触区域采用通孔加扩散的方法解决上述问题，具有(1)采用SiCl4刻蚀，增加了材料中Si的浓度；(2)采用通孔形式进行Si扩散，工艺容差大；(3)有效降低了欧姆合金的温度，提高了欧姆接触表面形貌的优点。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件制备技术领域，尤其是一种GaN HEMT(氮化镓高电子迁移率晶体管)上利用刻蚀和扩散技术实现降低欧姆接触退火温度的方法。
背景技术
GaN作为第三代半导体材料在功率器件中的应用受到了广泛的关注，其中基于AlGaN/GaN异质结结构的HEMT具有高频、高功率密度以及高工作温度的优点，是固态微波功率器件和功率电子器件的发展方向。优异的欧姆接触是实现高性能GaN器件的基础，包括低的欧姆接触电阻率和良好的欧姆接触形貌。Ti/Al/Ni/Au是应用最广泛的GaN HEMT欧姆接触金属结构之一，通过合金与GaN形成欧姆接触。但传统欧姆合金温度一般在800℃以上。由于金属Al的熔点为660.4℃，因此合金过程中，Al处于熔融状态；并且部分Al会与Au形成AlAu2或AlAu4等晶粒颗状物，使得欧姆金属表面粗糙。对于功率电子器件，粗糙的欧姆接触边缘会导致尖峰电场的出现，从而使得器件击穿特性下降。对于微波器件，还会引起电流分布不均匀以及高的信号衰减。器件在大电流工作时，还可能导致欧姆接触金属表面凸起处开裂，从而影响器件可靠性。
故而，需要一种新的技术方案可开发低温合金欧姆接触工艺可以降低欧姆接触金属外溢以及金属体系中合金的形成，从而提高欧姆金属表面平整度以及边缘质量。
发明内容
本发明针对现有GaN HEMT器件欧姆制作工艺中采用高温退火导致欧姆接触金属表面形貌差，的问题，提供一种基于刻蚀和扩散技术降低GaN HEMT器件欧姆接触退火温度的方法，该方法能有有效降低GaN HEMT欧姆接触退火温度，提高欧姆接触金属表面形貌，可广泛应用于各类GaN HEMT器件的研制生产中。
为达到上述目的，本发明可采用如下技术方案：
一种GaN HEMT上低温欧姆接触的制备方法，包括以下步骤：
(1)在GaN基底上外延出GaN HEMT异质结材料(1)，并在该GaN HEMT异质结材料(1)上制备第一介质层(2)；
(2)在第一介质层(2)上制备形成欧姆接触窗口(3)；
(3)在欧姆接触窗口(3)的范围内制备出贯穿第一介质层(2)的欧姆接触通孔(4)；
(4)制备Si扩散层(5)，该Si扩散层填充至欧姆接触通孔(4)中并覆盖第一介质层(2)及欧姆接触窗口(3)；
(5)制备第二介质层(6)，该第二介质层(6)覆盖于Si扩散层(5)上；
(6)将Si扩散层(5)扩散入GaN HEMT异质结材料(1)中；
(7)采用刻蚀工艺刻蚀第一介质层(2)；
(8)在GaN HEMT异质结材料(1)上制备欧姆接触金属(7)并采用退火工艺实现欧姆接触。
有益效果：与现有技术相比，通过在欧姆接触窗口中设置欧姆接触通孔，并且使Si扩散层填充至欧姆接触通孔中，在提高材料中Si的浓度的同时也能够做到工艺容差大，从而有效降低了欧姆接触金属的退火温度，实现低温合金欧姆接触工艺可以降低欧姆接触金属外溢以及金属体系中合金的形成，从而提高欧姆金属表面平整度以及边缘质量，提高了欧姆接触表面形貌。
而为达到上述目的，本发明还可采用如下技术方案：
一种GaN HEMT上低温欧姆接触的制备方法，包括以下步骤：
(1)在GaN基底上外延出GaN HEMT异质结材料(1)，并在该GaN HEMT异质结材料(1)上制备第一介质层(2)；
(2)采用光刻、刻蚀、去胶工艺制备出贯穿第一介质层(2)的欧姆接触通孔(4)；刻蚀采用感应耦合增强刻蚀法，刻蚀气氛为SiCl4；
(3)制备Si扩散层(5)，该Si扩散层填充至欧姆接触通孔(4)中并覆盖第一介质层(2)及欧姆接触窗口(3)；
(4)制备第二介质层(6)，该第二介质层(6)覆盖于Si扩散层(5)上；
(5)将Si扩散层(5)扩散入GaN HEMT异质结材料(1)中；
(6)采用刻蚀工艺刻蚀第一介质层(2)；
(7)在GaN HEMT异质结材料(1)上制备欧姆接触金属7，再通过退火实现欧姆接触，且退火温度为500-600℃。
有益效果：在刻蚀欧姆接触通孔时采用SiCl4刻蚀，增加了材料中Si的浓度；且采用通孔形式进行Si扩散，工艺容差大；并且在退火实现欧姆接触时降低了欧姆合金的至500-600℃温度，实现低温合金欧姆接触工艺可以降低欧姆接触金属外溢以及金属体系中合金的形成，从而提高欧姆金属表面平整度以及边缘质量，从而有效的提高了欧姆接触表面形貌。
附图说明
图1是本发明具体方式步骤(1)时的示意图。
图2是本发明具体方式步骤(2)时的示意图。
图3是本发明具体方式步骤(3)时的示意图。
图4是本发明具体方式步骤(4)时的示意图。
图5是本发明具体方式步骤(5)时的示意图。
图6是本发明具体方式步骤(6)时的示意图。
图7是本发明具体方式步骤(7)时的示意图。
图8是本发明具体方式步骤(8)时的示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步描述本发明的技术方案；
本发明是一种基于刻蚀和扩散技术降低GaN HEMT器件欧姆接触退火温度的方法，包括生长介质层；制作欧姆接触窗口；制作欧姆接触通孔；制作扩散层；生长介质层；扩散；刻蚀介质层；制作欧姆接触金属。具体方法如下“
(1)在AlGaN/GaN异质结材料1上采用ALD生长厚度为50nm的Al2O3介质2，如图1所示。步骤(1)中，采用淀积工艺制备第一介质层2，第一介质层2为(Al2O3)、氮化铝(AlN)，淀积方法为溅射、原子层沉积，介质厚度为50-100nm
(2)在Al2O3介质上采用光刻、刻蚀、去胶工艺制备欧姆接触窗口3，如图2所示；
(3)在欧姆接触窗口3中采用光刻、ICP在SiCl4气氛中刻蚀、去胶工艺制备欧姆接触通孔4，如图3所示。通孔刻蚀深度为30-60nm，而在本实施方式中通孔深度为40nm。
(4)采用CVD工艺制备硅(Si)扩散层5，如图4所示。
(5)采用淀积工艺制备第二介质层6，第二介质层为Si3N4或者SiO2，厚度为100-200nm，在本实施方式中优选厚度为150nm，如图5所示。
(6)采用退火工艺将Si扩散层扩散入GaN HEMT异质结材料。退火温度为1000-1200℃，退火时间为10-30分钟，在本实施方式中优选退火温度为1100℃，时间为20分钟，如图6所示；
(7)采用刻蚀工艺刻蚀SiO2介质层和Al2O3介质层，如图7所示；
(8)采用光刻、淀积、剥离工艺制备Ti/Al/Ni/Au或者Ti/Al/Mo/Au多层欧姆接触金属7，退火温度为500-600℃，退火时间为60-120秒。在本实施方式中优选采用550℃120秒退火工艺实现欧姆接触，如图8所示。
另外，本发明的具体实现方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (10)
1.一种GaN HEMT上低温欧姆接触的制备方法，其特征是，该方法包括以下步骤：
(1)在GaN基底上外延出GaN HEMT异质结材料(1)，并在该GaN HEMT异质结材料(1)上制备第一介质层(2)；
(2)在第一介质层(2)上制备形成欧姆接触窗口(3)；
(3)在欧姆接触窗口(3)的范围内制备出贯穿第一介质层(2)的欧姆接触通孔(4)；该欧姆接触通孔(4)形成在GaN HEMT异质结材料(1)中；
(4)制备Si扩散层(5)，该Si扩散层填充至欧姆接触通孔(4)中并覆盖第一介质层(2)及欧姆接触窗口(3)；
(5)制备第二介质层(6)，该第二介质层(6)覆盖于Si扩散层(5)上；
(6)将Si扩散层(5)扩散入GaN HEMT异质结材料(1)中；
(7)采用刻蚀工艺刻蚀第一介质层(2)；并去除欧姆接触通孔(4)中剩余的Si；
(8)在GaN HEMT异质结材料(1)上制备欧姆接触金属(7)并采用退火工艺实现欧姆接触。
2.根据权利要求1所述的GaN HEMT上低温欧姆接触的制备方法，其特征是：步骤(1)中，GaN HEMT异质结材料为包括AlGaN/GaN或者AlN/GaN的异质结结构。
3.根据权利要求1所述的GaN HEMT上低温欧姆接触的制备方法，其特征是：步骤(1)中，采用淀积工艺制备第一介质层(2)，第一介质层(2)为氧化铝、氮化铝，淀积方法为溅射、原子层沉积，介质厚度为50-100nm。
4.根据权利要求1所述的GaN HEMT上低温欧姆接触的制备方法，其特征是：在步骤(3)中，采用光刻、刻蚀、去胶工艺制备欧姆接触通孔，刻蚀采用感应耦合增强刻蚀法，刻蚀气氛为SiCl4，通孔刻蚀深度为30-60nm。
5.根据权利要求1所述的GaN HEMT上低温欧姆接触的制备方法，其特征是：在步骤(5)中，第二介质层为Si3N4或者SiO2，厚度为100-200nm。
6.根据权利要求5所述的GaN HEMT上低温欧姆接触的制备方法，其特征是：在步骤(6)中，采用退火工艺将Si扩散层扩散入GaN HEMT异质结材料，退火温度为1000-1200℃，退火时间为10-30分钟。
7.根据权利要求5所述的GaN HEMT上低温欧姆接触的制备方法，其特征是：在步骤(8)中，欧姆接触金属为Ti/Al/Ni/Au或者Ti/Al/Mo/Au多层金属；退火温度为500-600℃，退火时间为60-120秒。
8.一种GaN HEMT上低温欧姆接触的制备方法，其特征是，该方法包括以下步骤：
(1)在GaN基底上外延出GaN HEMT异质结材料(1)，并在该GaN HEMT异质结材料(1)上制备第一介质层(2)；
(2)采用光刻、刻蚀、去胶工艺制备出贯穿第一介质层(2)的欧姆接触通孔(4)；该欧姆接触通孔(4)形成在GaN HEMT异质结材料(1)中；刻蚀采用感应耦合增强刻蚀法，刻蚀气氛为SiCl4；
(3)制备Si扩散层(5)，该Si扩散层填充至欧姆接触通孔(4)中并覆盖第一介质层(2)及欧姆接触窗口(3)；
(4)制备第二介质层(6)，该第二介质层(6)覆盖于Si扩散层(5)上；
(5)将Si扩散层(5)扩散入GaN HEMT异质结材料(1)中；
(6)采用刻蚀工艺刻蚀第一介质层(2)；并去除欧姆接触通孔(4)中剩余的Si；
(7)在GaN HEMT异质结材料(1)上制备欧姆接触金属7，再通过退火实现欧姆接触，且退火温度为500-600℃。
9.根据权利要求8所述的GaN HEMT上低温欧姆接触的制备方法，其特征是：在步骤(1)中，还包括在第一介质层(2)上制备形成欧姆接触窗口(3)；
10.根据权利要求8所述的GaN HEMT上低温欧姆接触的制备方法，其特征是：GaN HEMT异质结材料为包括AlGaN/GaN或者AlN/GaN的异质结结构；第二介质层为Si3N4或者SiO2；欧姆接触金属为Ti/Al/Ni/Au或者Ti/Al/Mo/Au多层金属。
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2016
- 2016-04-18 CN CN201610240037.0A patent/CN105810575B/zh active Active
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Application publication date: 20160727 Assignee: Nanjing Zhongdian Core Valley High Frequency Device Industry Technology Research Institute Co., Ltd. Assignor: China Electronics Technology Group Corporation No.55 Research Institute Contract record no.: X2020980000164 Denomination of invention: Fabrication method for low-temperature ohmic contact on GaN high electron mobility transistor (HEMT) Granted publication date: 20181228 License type: Common License Record date: 20200119 |