CN117747421A - 欧姆接触结构及其制备方法、GaN HEMT器件 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种欧姆接触结构及其制备方法、GaN HEMT器件，通过提供外延片，外延片包括依次层叠设置的衬底、沟道导电层、势垒层和保护层，继而，在外延片上形成光刻胶图形层，光刻胶图形层位于保护层背离势垒层的一侧，光刻胶图形层开设有第一欧姆接触窗口；继而，将形成有光刻胶图形层的外延片浸入酸性溶液中，并在光刻胶图形层所在侧采用紫外激光对形成有光刻胶图形层的外延片进行照射，以刻蚀形成第二欧姆接触窗口，其中，酸性溶液的酸度系数大于10‑4，第二欧姆接触窗口与第一欧姆接触窗口连通并暴露出沟道导电层；最后，在第二欧姆接触窗口内形成欧姆接触电极，如此，使得欧姆接触电阻极低，刻蚀形成第二欧姆接触窗口的效率极高。
Description
技术领域
本申请涉及宽带隙半导体技术领域，特别是涉及一种欧姆接触结构及其制备方法、GaN HEMT器件。
背景技术
氮化镓（GaN）基高电子迁移率晶体管（High electron mobility transistors,HEMTs）由于具有优异的击穿电压及导通电阻，在电力电子和射频微波领域具有明显应用优势。在GaN HEMT器件的制备过程中，源极和漏极需要形成良好的欧姆接触，以降低总体器件的导通电阻，带来更高的电流密度。
相关技术中欧姆接触的制备方法有：
（1）高温退火合金欧姆接触制备技术：在源极、漏极区域沉积Ti/Al/Ni/Au叠层金属，然后将器件在800-1000℃高温下进行快速热退火，可实现源极、漏极的欧姆接触。此方法为传统欧姆接触制备方法，由于AlGaN势垒层的存在，制备的欧姆接触电阻较大，且制备过程中需经理800-1000℃的高温退火，导致器件翘曲及内部应力较大，极高温工艺同时限制了工艺的灵活性和兼容性。
（2）离子注入激活欧姆接触制备技术：通过向半导体基底注入Si离子形成注入区，蚀刻介质层形成位于注入区范围之内的欧姆接触区，于欧姆接触区上沉积金属并采用波长为248-355nm的激光激活注入区和金属，形成较小的欧姆接触电阻。然而，离子注入将Si注入到GaN材料中，在注入过程中会引起晶格损伤，且激活率难以稳定控制，限制了此技术的实际应用。
（3）氮化钛欧姆接触制备技术：在氮气氛围下，采用激光扫描含钛金属电极，通过激光引发含钛金属电极与氮气的化学反应，形成氮化钛欧姆接触。然而，此技术需提供一个真空腔体，同时需要对腔体内充满氮气，以激光扫描钛金属经过化学反应形成氮化钛，再与GaN器件形成欧姆接触。采用此方法难以控制反应发生速率，且需要新型设备完成以上过程，复杂度高，产线兼容性差。
（4）刻蚀欧姆接触制备技术：采用干法刻蚀的方法将GaN外延片中的1~2nm GaN帽层刻蚀，并将AlGaN势垒层部分或全部干法刻蚀刻蚀，然后沉积金属，退火实现低导通电阻欧姆接触。采用干法刻蚀技术刻蚀GaN帽层和AlGaN势垒层，由于降低了AlGaN势垒层厚度，可降低欧姆接触电阻，然而干法刻蚀速率和损伤难以控制，经常发生晶圆刻蚀不均匀，过刻蚀等问题，导致难以得到一致的欧姆接触电阻率，且整个晶圆上的各个槽的深浅不一。
综上可知，如何实现GaN HEMT器件的低欧姆接触的高效、简单制备是当下亟待解决的技术问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种欧姆接触结构及其制备方法、GaNHEMT器件。
第一方面，本申请提供了一种欧姆接触结构的制备方法，所述方法包括：
提供外延片，包括依次层叠设置的衬底、沟道导电层、势垒层和保护层；
在所述外延片上形成光刻胶图形层，所述光刻胶图形层开设有第一欧姆接触窗口，所述光刻胶图形层位于所述保护层背离所述势垒层的一侧；
将形成有所述光刻胶图形层的所述外延片浸入酸性溶液中，并在所述光刻胶图形层所在侧采用紫外激光对形成有所述光刻胶图形层的所述外延片进行照射，以刻蚀形成第二欧姆接触窗口，其中，所述酸性溶液的酸度系数大于10-4，所述第二欧姆接触窗口与所述第一欧姆接触窗口连通，并暴露出所述沟道导电层；
在所述第二欧姆接触窗口内形成欧姆接触电极。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
刻蚀所述第二欧姆接触窗口对应的部分所述沟道导电层。
在其中一个实施例中，所述在所述第二欧姆接触窗口内形成欧姆接触电极，包括：
在所述第二欧姆接触窗口内形成欧姆接触金属；
去除所述光刻胶图形层；
对形成有所述欧姆接触金属的所述外延片进行退火处理，以形成欧姆接触电极。
在其中一个实施例中，所述酸性溶液为草酸溶液。
在其中一个实施例中，所述草酸溶液的浓度大于0.1g/mL。
在其中一个实施例中，所述紫外激光的波长小于360nm。
在其中一个实施例中，所述紫外激光的光功率大于5W/cm2。
在其中一个实施例中，所述沟道导电层为GaN层，所述势垒层为AlGaN层，所述保护层为GaN层，其中，所述沟道导电层的厚度大于所述保护层的厚度。
第二方面，本申请还提供了一种欧姆接触结构，所述欧姆接触结构包括：
外延片，所述外延片包括依次层叠设置的衬底、沟道导电层 、势垒层和保护层，所述外延片上开设有第二欧姆接触窗口，所述第二欧姆接触窗口至少贯穿所述保护层和所述势垒层，其中，所述第二欧姆接触窗口通过在所述外延片上形成光刻胶图形层，将形成有所述光刻胶图形层的所述外延片浸入酸性溶液中，并在所述光刻胶图形层所在侧采用紫外激光对形成有所述光刻胶图形层的所述外延片进行照射形成，其中，所述酸性溶液的酸度系数大于10-4，所述光刻胶图形层位于所述保护层背离所述势垒层的一侧；
欧姆接触电极，位于所述第二欧姆接触窗口内。
第三方面，本申请还提供了一种GaN HEMT器件，所述GaN HEMT器件包括如上述实施例提供的欧姆接触结构。
上述欧姆接触结构及其制备方法、GaN HEMT器件，通过提供外延片，外延片包括依次层叠设置的衬底、沟道导电层、势垒层和保护层，继而，在外延片上形成光刻胶图形层，光刻胶图形层位于保护层背离势垒层的一侧，光刻胶图形层开设有第一欧姆接触窗口；继而，将形成有光刻胶图形层的外延片浸入酸性溶液中，并在光刻胶图形层所在侧采用紫外激光对形成有光刻胶图形层的外延片进行照射，以刻蚀形成第二欧姆接触窗口，其中，酸性溶液的酸度系数大于10-4，第二欧姆接触窗口与第一欧姆接触窗口连通并暴露出沟道导电层；最后，在第二欧姆接触窗口内形成欧姆接触电极，如此，在沟道导电层上直接形成欧姆接触电极，使得欧姆接触电阻极低，而采用酸性溶液与紫外激光相配合以刻蚀形成第二欧姆接触窗口，使得刻蚀效率极高，并且该工艺简单，成本低廉，形成的各第二欧姆接触窗口深浅均一，形状规整。
附图说明
图1为一个实施例中欧姆接触结构的制备方法的流程示意图；
图2为一个实施例中欧姆接触结构的制备过程中涉及的结构示意图；
图3为一个实施例中欧姆接触结构的制备过程中涉及的结构示意图；
图4为一个实施例中欧姆接触结构的制备过程中涉及的结构示意图；
图5为一个实施例中欧姆接触结构的制备过程中涉及的结构示意图；
图6为一个实施例中欧姆接触结构的制备过程中涉及的结构示意图；
图7为一个实施例中欧姆接触结构的制备过程中涉及的结构示意图；
图8为一个实施例中步骤108的流程示意图；
图9为一个实施例中欧姆接触结构的制备过程中涉及的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种欧姆接触结构的制备方法，该欧姆接触结构的制备方法包括如下步骤102~108。
步骤102，提供外延片，包括依次层叠设置的衬底、沟道导电层、势垒层和保护层。
其中，可参考图2，示例性地，外延片可包括依次层叠设置的衬底210、沟道导电层240、势垒层260和保护层280。
步骤104，在外延片上形成光刻胶图形层，光刻胶图形层开设有第一欧姆接触窗口，光刻胶图形层位于保护层背离势垒层的一侧。
其中，可参考图3，可采用光刻工艺在保护层280背离势垒层260的一侧形成光刻胶图形层2100，光刻胶图形层2100开设有至少一个第一欧姆接触窗口310。
步骤106，将形成有光刻胶图形层的外延片浸入酸性溶液中，并在光刻胶图形层所在侧采用紫外激光对形成有光刻胶图形层的外延片进行照射，以刻蚀形成第二欧姆接触窗口，其中，酸性溶液的酸度系数大于10-4，第二欧姆接触窗口与第一欧姆接触窗口连通，并暴露出沟道导电层。
其中，可参考图4，酸度系数大于10-4的酸性溶液可以是中强酸或者强酸。将形成有光刻胶图形层2100的外延片浸入酸性溶液中，与此同时在光刻胶图形层2100所在侧采用紫外激光对形成有光刻胶图形层2100的外延片的表面进行照射，促进酸性溶液化学腐蚀外延片的保护层280和势垒层260，从而可参考图5，刻蚀形成至少一个第二欧姆接触窗口510，第二欧姆接触窗口510完全贯穿保护层280和势垒层260。可以理解的是，酸性溶液对保护层280和势垒层260进行化学腐蚀，与此同时采用紫外激光进行照射，从而为化学腐蚀过程提供了额外的光子能量，以此显著加快了腐蚀过程。
步骤108，在第二欧姆接触窗口内形成欧姆接触电极。
其中，可参考图6，在各第二欧姆接触窗口510内分别形成欧姆接触电极610，欧姆接触电极610与沟道导电层240直接接触。
本申请实施例，第二欧姆接触窗口510完全贯穿保护层280和势垒层260，各第二欧姆接触窗口510内分别形成欧姆接触电极610，欧姆接触电极610与沟道导电层240直接接触，从而使得欧姆接触电阻极低。采用酸性溶液与紫外激光共同作用，紫外激光为酸性溶液作用的化学腐蚀过程提供了额外的光子能量，从而保护层280与势垒层260被快速腐蚀，使得刻蚀形成第二欧姆接触窗口510的效率极高，仅需3h~4h即可完成，提高了欧姆接触结构的制备效率，并且该工艺方法无需涉及离子注入或其它复杂的半导体加工设备，因此工艺方法简单，成本低廉，适合大规模商用器件生产，而且形成的各第二欧姆接触窗口510深浅均一，形状规整良好。
在一个实施例中，酸性溶液至少浸没过保护层280。
其中，酸性溶液也可以浸没过光刻胶图形层2100但其至少浸没过保护层280，以使得第二欧姆接触窗口510完全贯穿保护层280和势垒层260。
在一个实施例中，该欧姆接触结构的制备方法还包括：刻蚀第二欧姆接触窗口对应的部分沟道导电层。
其中，可参考图7，采用酸性溶液与紫外激光共同作用刻蚀形成的第二欧姆接触窗口510，还可以贯穿部分沟道导电层240，以防止第二欧姆接触窗口510不能完全贯穿势垒层260，无残留的势垒层260时欧姆接触电极610完全地与沟道导电层240直接接触，如此确保极低的欧姆接触电阻。
本申请实施例，第二欧姆接触窗口510贯穿保护层280、势垒层260和部分沟道导电层240，各第二欧姆接触窗口510内分别形成欧姆接触电极610，欧姆接触电极610与沟道导电层240彻底完全直接接触，从而使得欧姆接触电阻极低。制备过程中，采用酸性溶液与紫外激光共同作用，紫外激光为酸性溶液作用的化学腐蚀过程提供了额外的光子能量，从而保护层280、势垒层260和部分沟道导电层240被快速腐蚀，使得刻蚀形成第二欧姆接触窗口510的效率极高，仅需3h~4h即可完成，提高了欧姆接触结构的制备效率，并且该工艺方法无需涉及离子注入或其它复杂的半导体加工设备，因此工艺方法简单，成本低廉，适合大规模商用器件生产，而且形成的各第二欧姆接触窗口510深浅均一，形状规整良好。
在一个实施例中，如图8所示，步骤108包括如下步骤802~806。
步骤802，在第二欧姆接触窗口内形成欧姆接触金属。
其中，可参考图9，可在各第二欧姆接触窗口510内进行金属沉积，以在各第二欧姆接触窗口510内形成欧姆接触金属910。
步骤804，去除光刻胶图形层。
其中，可采用有机溶液剥离掉光刻胶图形层2100，同时剥离掉第二欧姆接触窗口510之外的金属。
步骤806，对形成有欧姆接触金属的外延片进行退火处理，以形成欧姆接触电极。
其中，可对去除了光刻胶图形层2100及第二欧姆接触窗口510之外金属的外延片，进行高温退火处理，从而可参考图6，在第二欧姆接触窗口510内形成欧姆接触电极610。
在一个实施例中，酸性溶液为草酸溶液。
其中，草酸溶液属于中强酸，使用草酸溶液在保证对保护层280与势垒层260的化学腐蚀效果的同时，降低危险性，更安全。
在一个实施例中，草酸溶液的浓度大于0.1g/mL。
在一个实施例中，紫外激光的波长小于360nm。
在一个实施例中，紫外激光的光功率大于5W/cm2。
在一个实施例中，沟道导电层为GaN层，势垒层为AlGaN层，保护层为GaN层，其中，沟道导电层的厚度大于保护层的厚度。
示例性地，沟道导电层240为第一GaN层，保护层280为第二GaN层，第一GaN层的厚度大于第二GaN层的厚度。
本申请实施例，第二欧姆接触窗口510贯穿第二GaN层、AlGaN层和部分第一GaN层，各第二欧姆接触窗口510内分别形成欧姆接触电极610，欧姆接触电极610与第一GaN层彻底完全直接接触，从而使得欧姆接触电阻极低。制备过程中，采用酸性溶液与紫外激光共同作用，紫外激光为酸性溶液作用的化学腐蚀过程提供了额外的光子能量，从而第二GaN层、AlGaN层和部分第一GaN层被快速腐蚀，使得刻蚀形成第二欧姆接触窗口510的效率极高，仅需3h~4h即可完成，提高了欧姆接触结构的制备效率，并且该工艺方法无需涉及离子注入或其它复杂的半导体加工设备，因此工艺方法简单，成本低廉，适合大规模商用器件生产，而且形成的各第二欧姆接触窗口510深浅均一，形状规整良好。
应该理解的是，虽然如上的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，可参考图6，提供了一种欧姆接触结构，该欧姆接触结构包括外延片和欧姆接触电极610。其中，外延片包括依次层叠设置的衬底210、沟道导电层240、势垒层260和保护层280，外延片上开设有第二欧姆接触窗口510，第二欧姆接触窗口510至少贯穿保护层280和势垒层260；其中，第二欧姆接触窗口510通过在外延片上形成光刻胶图形层2100，将形成有光刻胶图形层2100的外延片浸入酸性溶液中，并在光刻胶图形层2100所在侧采用紫外激光对形成有光刻胶图形层2100的外延片进行照射形成，其中，酸性溶液的酸度系数大于10-4，光刻胶图形层2100位于保护层280背离势垒层260的一侧；欧姆接触电极610位于第二欧姆接触窗口510内。
在一个实施例中，第二欧姆接触窗口510贯穿保护层280、势垒层260和部分沟道导电层240。
在一个实施例中，酸性溶液为草酸溶液。
在一个实施例中，草酸溶液的浓度大于0.1g/mL。
在一个实施例中，紫外激光的波长小于360nm。
在一个实施例中，紫外激光的光功率大于5W/cm2。
在一个实施例中，沟道导电层240为GaN层，势垒层260为AlGaN层，保护层280为GaN层，其中，沟道导电层240的厚度大于保护层280的厚度。
示例性地，沟道导电层240为第一GaN层，保护层280为第二GaN层，第一GaN层的厚度大于第二GaN层的厚度。
本申请实施例，第二欧姆接触窗口510贯穿第二GaN层、AlGaN层和部分第一GaN层，各第二欧姆接触窗口510内分别形成欧姆接触电极610，欧姆接触电极610与第一GaN层彻底完全直接接触，从而使得欧姆接触电阻极低。制备过程中，采用酸性溶液与紫外激光共同作用，紫外激光为酸性溶液作用的化学腐蚀过程提供了额外的光子能量，从而第二GaN层、AlGaN层和部分第一GaN层被快速腐蚀，使得刻蚀形成第二欧姆接触窗口510的效率极高，仅需3h~4h即可完成，提高了欧姆接触结构的制备效率，并且该工艺方法无需涉及离子注入或其它复杂的半导体加工设备，因此工艺方法简单，成本低廉，适合大规模商用器件生产，而且形成的各第二欧姆接触窗口510深浅均一，形状规整良好。
即，本申请实施例提供的欧姆接触结构，采用草酸溶液和紫外激光共同腐蚀技术，可实现GaN源漏区域势垒层260的快速腐蚀，可显著降低GaN器件欧姆接触电阻，且工艺简单，无需额外复杂的半导体加工设备，提高了制备效率，降低了欧姆接触制备成本。
本申请实施例提供的欧姆接触结构可由上述任一实施例提供的欧姆接触结构的制备方法进行制备，欧姆接触结构和欧姆接触结构的制备方法两者属于相同的发明构思，能够实现相同的技术效果，重复内容此处不再赘述。
在一个实施例中，提供了一种GaN HEMT器件，该GaN HEMT器件包括如上述任一实施例提供的欧姆接触结构。
在一个实施例中，沟道导电层240为GaN层，势垒层260为AlGaN层，保护层280为GaN层，其中，沟道导电层240的厚度大于保护层280的厚度。
示例性地，沟道导电层240为第一GaN层，保护层280为第二GaN层，第一GaN层的厚度大于第二GaN层的厚度。
本申请实施例，第二欧姆接触窗口510贯穿第二GaN层、AlGaN层和部分第一GaN层，各第二欧姆接触窗口510内分别形成欧姆接触电极610，欧姆接触电极610与第一GaN层彻底完全直接接触，从而使得欧姆接触电阻极低。制备过程中，采用酸性溶液与紫外激光共同作用，紫外激光为酸性溶液作用的化学腐蚀过程提供了额外的光子能量，从而第二GaN层、AlGaN层和部分第一GaN层被快速腐蚀，使得刻蚀形成第二欧姆接触窗口510的效率极高，仅需3h~4h即可完成，提高了欧姆接触结构的制备效率，并且该工艺方法无需涉及离子注入或其它复杂的半导体加工设备，因此工艺方法简单，成本低廉，适合大规模商用器件生产，而且形成的各第二欧姆接触窗口510深浅均一，形状规整良好。
即，本申请实施例提供的GaN HEMT器件，采用草酸溶液和紫外激光共同腐蚀技术，可实现GaN源漏区域势垒层260的快速腐蚀，可显著降低GaN HEMT器件欧姆接触电阻，且工艺简单，无需额外复杂的半导体加工设备，提高了制备效率，降低了欧姆接触制备成本。
本申请实施例提供的GaN HEMT器件和欧姆接触结构两者属于相同的发明构思，能够实现相同的技术效果，重复内容此处不再赘述。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种欧姆接触结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
提供外延片，包括依次层叠设置的衬底、沟道导电层、势垒层和保护层；
在所述外延片上形成光刻胶图形层，所述光刻胶图形层开设有第一欧姆接触窗口，所述光刻胶图形层位于所述保护层背离所述势垒层的一侧；
将形成有所述光刻胶图形层的所述外延片浸入酸性溶液中，并在所述光刻胶图形层所在侧采用紫外激光对形成有所述光刻胶图形层的所述外延片进行照射，以刻蚀形成第二欧姆接触窗口，其中，所述酸性溶液的酸度系数大于10-4，所述第二欧姆接触窗口与所述第一欧姆接触窗口连通，并暴露出所述沟道导电层；
在所述第二欧姆接触窗口内形成欧姆接触电极。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
刻蚀所述第二欧姆接触窗口对应的部分所述沟道导电层。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述第二欧姆接触窗口内形成欧姆接触电极，包括：
在所述第二欧姆接触窗口内形成欧姆接触金属；
去除所述光刻胶图形层；
对形成有所述欧姆接触金属的所述外延片进行退火处理，以形成欧姆接触电极。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸性溶液为草酸溶液。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述草酸溶液的浓度大于0.1g/mL。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述紫外激光的波长小于360nm。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述紫外激光的光功率大于5W/cm2。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述沟道导电层为GaN层，所述势垒层为AlGaN层，所述保护层为GaN层，其中，所述沟道导电层的厚度大于所述保护层的厚度。
9.一种欧姆接触结构，其特征在于，包括：
外延片，所述外延片包括依次层叠设置的衬底、沟道导电层 、势垒层和保护层，所述外延片上开设有第二欧姆接触窗口，所述第二欧姆接触窗口至少贯穿所述保护层和所述势垒层，其中，所述第二欧姆接触窗口通过在所述外延片上形成光刻胶图形层，将形成有所述光刻胶图形层的所述外延片浸入酸性溶液中，并在所述光刻胶图形层所在侧采用紫外激光对形成有所述光刻胶图形层的所述外延片进行照射形成，其中，所述酸性溶液的酸度系数大于10-4，所述光刻胶图形层位于所述保护层背离所述势垒层的一侧；
欧姆接触电极，位于所述第二欧姆接触窗口内。
10.一种GaN HEMT器件，其特征在于，包括如权利要求9所述的欧姆接触结构。
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