基于纳米球掩模的低欧姆接触GaN基高电子迁移率晶体管制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于纳米球掩膜的低欧姆接触GaN基高电子迁移率晶体管制备方法，主要解决GaN高电子迁移率晶体管欧姆接触电阻较大的问题。其实现为：在清洗后的外延片上淀积SiO2；在淀积有SiO2的外延片上依次进行源漏区域光刻和涂附微纳米氧化铝微纳球；通过纳米球掩模刻蚀掉外延片上源漏区的SiO2层和AlGaN层，形成源漏区图形化纳米通孔，并进行清洗；在清洗后的外延片上生长n

【技术实现步骤摘要】
基于纳米球掩模的低欧姆接触GaN基高电子迁移率晶体管制备方法
本专利技术属于微电子
，特别涉及一种低欧姆接触晶体管的制备方法，可用于制作GaN基高电子迁移率晶体管器件。技术背景GaN材料可以形成调制掺杂AlGaN/GaN异质结构，这种结构有很大的导带断续，而且在异质界面附近产生很强的自发极化和压电极化,感生出很强的界面电荷和电场,积聚起高密度的二维电子气。这种二维电子气可以由不掺杂势垒层中的电子转移来产生，这种分离减少了母体对电子的库仑作用,消除了电离散射中心的影响，提高了电子迁移率。且GaN材料击穿电场大、耐高温，GaN基HEMT器件非常适合高压、大功率以及高频应用。异质结的导带断续越大，引入的二维电子气限域性越好，电流密度越大。但是大的势垒层禁带宽度使得器件难以形成好的欧姆接触，导致输出电流能力降低。因此制作高性能的欧姆接触是实现大输出电流密度的关键。为了提高欧姆接触，许多研究者采用了不同的方法，参见OhmiccontactstoGalliumNitridematerials，AppliedSurfaceScience，383(2016)，324–345。这些欧姆接触优化方法虽然使得欧姆接触电阻减小，但是对电极与二维电子气的接触面积依然不大，欧姆接触的降低效果并不明显，并且高温热退火会带来晶格损伤，导致泄漏电增加，使得器件功率损耗增大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种基于纳米球掩模的低欧姆接触GaN基高电子迁移率晶体管制备方法，以增大二维电子气与源漏极的接触面积，大幅降低欧姆接触电阻，提高电流输出密度，并降低退火温度从而减小晶格损伤，使得泄漏电流减小，降低功率损耗。实现本专利技术的技术关键是：采用纳米球掩模层，在源漏电极处刻蚀出密集排列的柱状通孔，通孔接近二维电子气。采用n+-GaN再生长填充通孔，实现n+-GaN与二维电子气接触。在源漏极处淀积金属与n+-GaN层欧姆接触。具体步骤包括如下：(1)外延片清洗将AlGaN/GaN结构的外延片先放入HF酸溶液或HCl酸溶液中浸泡30s，再依次放入丙酮溶液、无水乙醇溶液和去离子水中各超声清洗2-10min，然后用氮气吹干；(2)将清洗后的外延片放入低压化学气相淀积PECVD反应室内，在250-350℃的温度下，淀积100-300nm厚的SiO2；(3)制作源漏区图形化纳米通孔：(3a)在淀积有SiO2的外延片上进行源漏区域光刻；(3b)在光刻后的外延片上涂一层微纳米氧化铝微纳球；(3c)将涂抹过纳米球的外延片放入等离子刻蚀机内刻蚀掉源漏极处的SiO2，再刻蚀20-30nm厚的AlGaN，形成嵌入GaN层的源漏区图形化纳米通孔；(4)n+-GaN再生长：将刻蚀出源漏区纳米通孔的外延片先依次放入丙酮溶液、无水乙醇溶液和去离子水中各超声清洗2-10min，最后用氮气吹干；再置于金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室中，生长25-35nm厚的n+-GaN；(5)将再生长n+-GaN后的片子放入HF酸溶液中浸泡1-5min，以去除剩余的SiO2层；(6)在去除了SiO2层的外延片上进行源漏极光刻，再淀积功函数大小为4.2eV的金属层，形成源漏电极，并热退火处理；(7)在退火后的外延片上进行栅极光刻，再淀积功函数大小为4.6eV的金属，形成栅电极，完成整个器件的制作。本专利技术具有如下优点：1.本专利技术由于采用纳米球掩模，避免光刻和刻蚀工艺对小图形的不良影响，同时由于纳米球本身直径很小，故可实现纳米级别的接触通孔，大大增加了n+-GaN与沟道的接触面积，降低了接触电阻。2.本专利技术由于在源漏区采用n+-GaN再生长，使得欧姆金属的退火温度明显降低，从而减少了晶格损伤，从而减小泄漏电流。本专利技术的技术方案和效果可通过以下附图和实施例进一步说明。附图说明图1是本专利技术的实现流程示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步详细描述：本专利技术的实施是在现有的AlGaN/GaN外延片上进行，该外延片自下而上为蓝宝石衬底、AlN成核层、GaN缓冲层和AlGaN势垒层，其中，蓝宝石衬底的厚度为200-500μm，AlN成核层的厚度为20-100nm，GaN缓冲层的厚度为0.5-2μm，AlGaN势垒层的厚度为20-30nm。参照图1，本专利技术给出如下三种实施例：实施例1，制作SiO2层厚度为100nm、n+-GaN源漏区厚度为25nm的GaN基高电子迁移率晶体管：步骤1，外延片清洗，如图1(a)。选择AlGaN/GaN结构的外延片，先将其放入HF酸溶液中浸泡30s，再放入丙酮溶液中超声清洗7min，然后放入无水乙醇溶液中超声清洗5min，再放入去离子水中超声清洗2min，最后用氮气吹干。步骤2，淀积SiO2，如图1(b)。将清洗后的外延片放入低压化学气相淀积PECVD系统内，在250℃的温度下，淀积120nm厚的SiO2。步骤3，制作源漏区图形化纳米通孔，如图1(c)-(e)。对淀积了SiO2的外延片进行欧姆区域光刻，如图1(c)；将氧化铝纳米球与水混合形成悬浊液，用滴管滴涂在淀积有SiO2的外延片上，再将其放于100℃热板上烘干水，留下纳米球作为源漏处通孔图形的刻蚀掩模，如图1(d)；再将涂有纳米球的外延片放入等离子体刻蚀机，刻蚀出100nm厚的SiO2和20nm厚的AlGaN势垒层，如图1(e)。步骤4，n+-GaN再生长，如图1(f)。将刻蚀后的片子先放入丙酮溶液中超声清洗5min，然后放入无水乙醇溶液中超声清洗5min，再放入去离子水中超声清洗5min，最后用氮气吹干；将清洗后的片子放入金属有机物化学气相淀积MOCVD系统中，在腔室压力为40Torr、温度为1000℃的条件下，向反应室同时通入流量为60μmol/min的镓源、流量为15μmol/min的硅烷、流量为1200sccm的氢气和流量为3000sccm的氨气，生长25nm厚的n+-GaN。步骤5，去除SiO2层，如图1(g)。将生长了n+-GaN的外延片放入HF酸溶液中浸泡2min，再用氮气吹干，以去除剩余的SiO2层。步骤6，制作源漏电极，如图1(h)。在去除了剩余SiO2层的外延片上光刻出源漏区，再放入电子束蒸发台内依次淀积Ti/Al/Ni/Au金属层，厚度为分别40/140/25/50nm；将淀积了源漏金属的外延片放入热退火炉内，在450℃的温度下退火30s，形成源漏电极。步骤7，制作栅电极，如图1(i)。在退火后的外延片上进行栅极光刻，再放入电子束蒸发台内，依次淀积厚度分别为50/100nm的Ti/Au金属层，形成栅电极，完成整个器件的制作。实施例2，制作SiO2层厚度为200nm、n+-GaN源漏区厚度为30nm的GaN基高电子迁移率晶体管：步骤一，外延片清洗，如图1(a)。本步骤的具体实现与实施例1的步骤1相同。步骤二，淀积SiO2，如图1(b)将清洗后的外延片放入低压化学气相淀积PECVD系统内，在300℃的温度下淀积200nm厚的SiO2。步骤三，源漏区图形化纳米通孔制作，如图1(c)-(e)。3a)对淀积了SiO2的外延片进行欧姆区域光刻，如图1(c)；3b)将氧化铝纳米球与水形成悬浊液，用滴管滴涂在淀积有SiO2的外延片上，再将其放于100℃热板上烘干水，留下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于纳米球掩模的低欧姆接触GaN基高电子迁移率晶体管制备方法，包括如下步骤：(1)外延片清洗将AlGaN/GaN结构的外延片先放入HF酸溶液中浸泡30，再依次放入丙酮溶液、无水乙醇溶液和去离子水中各超声清洗2‑10min，然后用氮气吹干；(2)将清洗后的外延片放入低压化学气相淀积PECVD反应室内，在250‑350℃的温度下，淀积100‑300nm厚的SiO2；(3)制作源漏区图形化纳米通孔：(3a)在淀积有SiO2的外延片上进行源漏区域光刻；(3b)在光刻后的外延片上涂一层微纳米氧化铝微纳球；(3c)将涂抹过纳米球的外延片放入等离子刻蚀机内刻蚀掉源漏极处的SiO2，再刻蚀20‑30nm厚的AlGaN，形成嵌入GaN层的源漏区图形化纳米通孔；(4)n

【技术特征摘要】
1.一种基于纳米球掩模的低欧姆接触GaN基高电子迁移率晶体管制备方法，包括如下步骤：(1)外延片清洗将AlGaN/GaN结构的外延片先放入HF酸溶液中浸泡30，再依次放入丙酮溶液、无水乙醇溶液和去离子水中各超声清洗2-10min，然后用氮气吹干；(2)将清洗后的外延片放入低压化学气相淀积PECVD反应室内，在250-350℃的温度下，淀积100-300nm厚的SiO2；(3)制作源漏区图形化纳米通孔：(3a)在淀积有SiO2的外延片上进行源漏区域光刻；(3b)在光刻后的外延片上涂一层微纳米氧化铝微纳球；(3c)将涂抹过纳米球的外延片放入等离子刻蚀机内刻蚀掉源漏极处的SiO2，再刻蚀20-30nm厚的AlGaN，形成嵌入GaN层的源漏区图形化纳米通孔；(4)n+-GaN再生长：将刻蚀出源漏区纳米通孔的外延片先依次放入丙酮溶液、无水乙醇溶液和去离子水中各超声清洗2-10min，最后用氮气吹干；再置于金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室中，生长25-35nm厚的n+-GaN；(5)将再生长n+-GaN后的片子放入HF酸溶液中浸泡1-5min，以...

【专利技术属性】
技术研发人员：张进成，张燕妮，周弘，林志宇，封兆青，肖明，宁静，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61