铝镓氮/氮化镓高电子迁移率晶体管的欧姆接触制作方法技术

本发明专利技术是铝镓氮/氮化镓高电子迁移率晶体管的欧姆接触制作方法，包括，1）在指定区域注入掺杂离子，并且在高温下退火激活这些离子；采用光刻的方法定义注入区域的图形，淀积金属掩膜并剥离，将需要注入的地方暴露出来；注入时采用金属作为掩膜定义注入区域，注入离子采用Si离子；2）将注入区部分地方的AlGaN势垒层刻蚀掉，然后在AlGaN被刻蚀掉的地方淀积金属直接与GaN层接触。优点：可具有很低的欧姆接触电阻率，金属电极具有良好的表面平整度和可靠性；无需采用含Al的多层金属体系来实现AlGaN/GaNHEMT的欧姆接触，避免Al金属由于化学性质活泼，后续工艺引起对欧姆接触的破坏作用，提升欧姆接触可靠性。

【技术实现步骤摘要】
铝镓氮/氮化镓高电子迁移率晶体管的欧姆接触制作方法
本专利技术涉及的是一种铝镓氮/氮化镓高电子迁移率晶体管的欧姆接触制作方法，是一种新的源漏欧姆接触制作方法。属于半导体

技术介绍
基于铝镓氮/氮化镓异质外延结构的高电子迁移率晶体管，在高频、高功率微波通信、雷达探测等领域有着广泛的应用前景。铝镓氮（AlGaN）/氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）中源漏金属电极与半导体材料的接触电阻直接影响到输出功率、功率附加效率和频率特性等性能，如何降低接触电阻是制备高性能AlGaN/GaNHEMT器件时必须考虑的重要因素。大部分欧姆接触采用以Ti/Al为基础的多层金属结构，目前见诸报道的金属结构有Ti/Al/Ni/Au、Ti/Al/Ti/Au、Ti/Al/Pt/Au等多种形式，通过蒸发或者溅射的方式在半导体表面淀积金属层，然后在800℃以上的高温下快速退火，从而形成欧姆接触。以Ti/Al为基础的多层金属结构，Ti的作用是分解AlGaN表面的氧化物，并且与AlGaN中的N反应导致势垒层出现N空位，使得电极下方的AlGaN层变成重掺杂区域，大大降低耗尽层厚度，电子容易通过隧穿进入沟道层，从而形成欧姆接触；Al的作用是可以与Ti反应形成Al3Ti，既能阻止Ti进一步氧化，也能防止上层的Ni和Au等金属往下扩散与半导体形成肖特基接触；Ni和Pt的作用是阻止上层的Au往下扩散，Au与Al反应会生成一层被称作“紫斑”的具有很高电阻值的合金；Au的作用是为了降低金属电极本身的电阻。采用上述方法形成的欧姆接触结构，接触电阻可以达到0.4Ωmm左右甚至更低，但是经过800℃以上的高温合金之后，金属存在表面粗糙度大、金属边缘有锯齿状突出等问题，不利于后续工艺中的光刻对准，同时也容易引起击穿。另外金属Al比较活泼，容易被后续工艺中的化学物质如显影液等腐蚀。为避免这些缺点，需要降低合金温度，同时最好采用不含Al的金属体系来实现AlGaN/GaNHEMT器件的欧姆接触。为了降低合金温度，Yu等人（HaijiangYu，etal，IEEEELECTRONDEVICELETTERS,VOL.26,NO.5,MAY2005）采用Si离子注入的方法，对源漏区域进行掺杂，形成重掺杂区域，大大提高了电子隧穿几率，在注入区域淀积Ti/Al/Ni/Au多层金属后，金属与半导体即形成了良好的欧姆接触，且欧姆接触电阻值与常规采用高温合金工艺的样品相当；同样采用Si离子注入的方法实现AlGaN/GaNHEMT器件欧姆接触制作的还有Irokawa等人（Y.Irokawaetal.AppliedPhysicsLetters，Vol.86，p.192102-2,2005）和Nomoto等人（KazukiNomoto,etal.IEEEELECTRONDEVICELETTERS,VOL.28,NO.11,p.939,2007）的报道。无论是Yu等人还是Irokawa等人虽然都采用了Si离子注入的方法来降低AlGaN/GaNHEMT器件的欧姆接触合金温度甚至是不合金，但依然采用了基于Ti/Al的多层欧姆接触金属体系；另外他们所采用的外延材料的AlGaN层中的Al含量较低，在0.2～0.3之间。应该来讲提升AlGaN中的Al含量，可以提高AlGaN/GaNHEMT中沟道层的载流子浓度，进而有助于提升器件的性能；但是AlGaN层中的Al含量越高，越难与金属形成欧姆接触，当Al含量超过0.3时，接触电阻显著增大。因此有必要专利技术一种方法，使得AlGaN层中的Al含量升高时，结合Si离子注入的方法依然获得与Al含量较低时相当的欧姆接触电阻值。本专利技术将提供的方法是采用ICP刻蚀的方法，将源漏区域的AlGaN层刻蚀掉，使金属直接与GaN接触，可以避免AlGaN层中Al含量对欧姆接触电阻值的影响，结合Si离子注入，使得源漏金属直接与重掺杂的GaN层接触，其优点在于首先不需合金就可以实现欧姆接触；另外欧姆接触金属可以是不基于Ti/Al的多层金属结构，因为Ti本身就可以与GaN形成欧姆接触，以金属Ti或者其他功函数与GaN相接近的金属为基础，源漏金属可以采用Ti/Pt/Au/Ti、Ti/Au、Ti/Ni/Au等不含Al的多种结构。由于不需要经过800℃以上的高温合金，源漏金属具有很好的平整度，有利于后续的介质生长和光刻对准，同时去除了化学性质更为活泼的Al，避免了后续工艺过程中显影液等化学物质对欧姆接触的破坏作用，可提升欧姆接触的可靠性，该方法与传统的欧姆接触方法相比，具有明显的优势。
技术实现思路
本专利技术提出了一种铝镓氮化合物（AlGaN）/氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）的源漏欧姆接触制作方法，其目的旨在克服现有技术所存在的上述缺陷，采用ICP刻蚀的方法，将源漏区域的AlGaN层刻蚀掉，使金属直接与GaN接触，可以避免AlGaN层中Al含量对欧姆接触电阻值的影响，结合Si离子注入，使得源漏金属直接与重掺杂的GaN层接触，其优点在于首先不需合金就可以实现欧姆接触；另外欧姆接触金属可以是不基于Ti/Al的多层金属结构，因为Ti本身就可以与GaN形成欧姆接触，以金属Ti或者其他功函数与GaN相接近的金属为基础，源漏金属可以采用Ti/Pt/Au/Ti、Ti/Au、Ti/Ni/Au等不含Al的多种结构。由于不需要经过800℃以上的高温合金，源漏金属具有很好的平整度，有利于后续的介质生长和光刻对准，同时去除了化学性质更为活泼的Al，避免了后续工艺过程中显影液等化学物质对欧姆接触的破坏作用，可提升欧姆接触的可靠性，该方法与传统的欧姆接触方法相比，具有明显的优势。本专利技术的技术解决方案：AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管中的源漏欧姆接触方法，包括如下工艺步骤：1）在指定区域注入掺杂离子，并且在高温下退火激活这些离子；注入区域的定义即是器件设计中的源漏区域；采用光刻的方法定义注入区域的图形，淀积金属掩膜并剥离，将需要注入的地方暴露出来，其他地方被金属掩膜保护住；注入时采用金属作为掩膜定义注入区域，注入离子采用Si离子；2）将注入区部分地方的AlGaN势垒层刻蚀掉，然后在AlGaN被刻蚀掉的地方淀积金属直接与GaN层接触。本专利技术的优点：本专利技术所提供的金欧姆接触方法，源漏电极金属不通过合金即可与半导体形成欧姆接触，金属形貌更加平整、边缘更整齐，有利于后续的介质生长和光刻对准。源漏电极摒弃了常用基于金属Al的多层金属，避免了工艺过程中由于Al化学性质活泼所导致的欧姆接触被破坏的可能，保证了工艺的稳定性和欧姆接触的可靠性。附图说明图1是采用离子注入和源漏刻蚀技术的AlGaN/GaNHEMT结构示意图。图2是AlGaN/GaN异质外延结构示意图。图3是生长SiN介质作为保护层示意图。图4是涂光刻胶并甩胶示意图。图5是光刻定义掩膜图形示意图。图6是淀积金属掩膜示意图。图7是淀积金属并剥离形成掩膜结构示意图。图8-1是Ti/Ni结构金属掩膜结构示意图。图8-2是Ni/Au结构金属掩膜结构示意图。图9是Si离子注入示意图。图10是注入Si离子后形成的注入区示意图。图11是注入掩膜去除之后的示意图。图12是源漏刻蚀前光刻涂胶的示意图。图13是光刻定义源漏刻蚀图形的示意图。图14是刻蚀本文档来自技高网...

【技术保护点】
AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管中的源漏欧姆接触方法，其特征是该方法包括如下工艺步骤：1）在指定区域注入掺杂离子，并且在高温下退火激活这些离子；注入区域的定义即是器件设计中的源漏区域；采用光刻的方法定义注入区域的图形，淀积金属掩膜并剥离，将需要注入的地方暴露出来，其他地方被金属掩膜保护住；注入时采用金属作为掩膜定义注入区域，注入离子采用Si离子；2）将注入区部分地方的AlGaN势垒层刻蚀掉，然后在AlGaN被刻蚀掉的地方淀积金属直接与GaN层接触。

【技术特征摘要】
1.AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管中的源漏欧姆接触方法，其特征是该方法包括如下工艺步骤：1）在指定区域注入掺杂离子，并且在高温下退火激活这些离子；注入区域的定义即是器件设计中的源漏区域；采用光刻的方法定义注入区域的图形，淀积金属掩膜并剥离，将需要注入的地方暴露出来，其他地方被金属掩膜保护住；注入时采用金属作为掩膜定义注入区域，注入离子采用Si离子；2）将注入区部分地方的AlGaN势垒层刻蚀掉，然后在AlGaN被刻蚀掉的地方淀积金属直接与GaN层接触；所述金属掩膜是Ni/Au/Ni/Au四层结构，其中第一层金属Ni的厚度是50~200nm，第二层金属Au的厚度是50~200nm，第三层金属Ni的厚度是50~200nm，第四层金属Au的厚度是50~200nm；所述淀积金属掩膜，在其淀积金属掩膜之前生长SiN或SiO2作为保护介质，其厚度在20~100nm；所述注入离子采用Si离子，其能量在50~150keV，剂量在1×1015/cm2~1×1016/cm2，退火激活温度在1100℃~1300℃；所述退火前生长SiN作为保护介质，其厚度在25~150nm之间，退火过程中充入N2作为保护...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙高峰，任春江，陈堂胜，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十五研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32