降低hemt器件歐姆接觸電阻的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種降低HEMT器件歐姆接觸電阻的方法，涉及氮化物的制備方法【技術(shù)領(lǐng)域】。所述方法包括以下步驟：1）外延結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)，依次在襯底上形成GaN層和勢(shì)壘層；2）在勢(shì)壘層的上表面生長(zhǎng)SiO2層；3）在漏源歐姆區(qū)域刻蝕SiO2層至勢(shì)壘層的上表面；4）在源漏歐姆區(qū)域刻蝕GaN材料，刻蝕至GaN層和勢(shì)壘層異質(zhì)結(jié)界面以下；5）在源漏歐姆區(qū)域二次外延n型重?fù)诫sGaN材料；6）腐蝕掉勢(shì)壘層上表面剩余的SiO2，并使用高溫退火爐在純氮?dú)夥栈蛘婵諝夥罩羞M(jìn)行退火處理。所述方法改善了n型重?fù)诫sGaN與GaN異質(zhì)結(jié)側(cè)壁的歐姆接觸，降低了n型重?fù)诫sGaN與GaN異質(zhì)結(jié)側(cè)壁的接觸電阻。
【專利說(shuō)明】降低HEMT器件歐姆接觸電阻的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氮化物的制備方法【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種降低HEMT器件歐姆接觸電阻的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]GaN材料作為第三代半導(dǎo)體材料的代表,是繼S1、GaAs材料之后出現(xiàn)的一種重要半導(dǎo)體材料，由于其具有大禁帶寬度、高臨界場(chǎng)強(qiáng)、高載流子飽和速度以及耐高溫抗輻照等優(yōu)良特性，受到人們的廣泛關(guān)注。其中GaN基異質(zhì)結(jié)(如AlGaN/GaN和InAl/GaN等)高電子遷移率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(HEMT)在微波及毫米波領(lǐng)域所展示出來(lái)的優(yōu)異性能，使得國(guó)內(nèi)外對(duì)其進(jìn)行了廣泛而深入的研究，經(jīng)過(guò)近些年來(lái)的努力，GaN基HEMT器件性能和穩(wěn)定性得到了巨大提升。
[0003]在GaN基HEMT器件的制造工藝過(guò)程中，源漏歐姆接觸工藝是關(guān)鍵技術(shù)之一，直接影響著器件的頻率和功率性能。源漏歐姆接觸工藝廣泛采用真空蒸發(fā)、濺射沉積等方法，在GaN基異質(zhì)結(jié)材料表面堆疊鈦/鋁/鎳/金(Ti/Al/Ni/Au)多層金屬體系，而后高溫合金形成歐姆接觸。在高溫合金過(guò)程中，金屬與氮化物發(fā)生反應(yīng)，生成氮化鈦(TiN)和鋁鈦氮(AlTi2N),從而獲得了低的歐姆接觸電阻率，同時(shí)Ti和Al之間也形成了 TiAl3金相的鈦鋁合金，進(jìn)一步降低了歐姆接觸電阻率。
[0004]對(duì)于被廣泛采用的Ti/Al/Ni/Au多層金屬體系，其合金溫度一般高達(dá)700-950°C甚至更高，退火溫度過(guò)高或過(guò)低、時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短都會(huì)大大影響歐姆接觸的性能，而且，金屬比例和金屬層厚度對(duì)歐姆接觸影響也很大。與GaN直接接觸的Ti金屬層也有被復(fù)合金屬層(如Ti/Al/Ti/Al/Ti/Al等多層金屬)替代以降低歐姆接觸，改善歐姆表面形貌。但是從現(xiàn)有結(jié)果來(lái)看，上述這些方法都需要高溫合金，合金后的表面形貌和邊緣整齊度并不理想，有待改進(jìn)。此外，還有通過(guò)源漏區(qū)域離子注入以實(shí)現(xiàn)低歐姆接觸和良好的表面形貌，但該工藝需要高溫激活注入的離子，而且注入過(guò)程中會(huì)有橫向擴(kuò)散，造成GaN材料的損傷。
[0005]目前，如圖9所示，在歐姆接觸區(qū)二次外延生長(zhǎng)η型重?fù)诫sGaN以降低歐姆接觸電阻率和改善表面形貌已成為近幾年國(guó)際上的新型工藝。由于再生長(zhǎng)的η型重?fù)诫sGaN體濃度一般要高于I X IO19Cm-3,因此，源漏金屬與η型重?fù)诫sGaN之間不需要合金即可獲得良好的歐姆接觸。該工藝可以實(shí)現(xiàn)非合金的歐姆接觸，大大提高了歐姆接觸表面及邊緣形貌，并可以實(shí)現(xiàn)源漏柵的自對(duì)準(zhǔn)工藝。二次外延生長(zhǎng)η型重?fù)诫sGaN大都采用分子束外延(MBE)方法外延實(shí)現(xiàn)，但也有人采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)方法。該方法實(shí)現(xiàn)的歐姆接觸電阻主要包括金屬與η型重?fù)诫sGaN間的接觸電阻、η型重?fù)诫sGaN的體電阻以及η型重?fù)诫sGaN與GaN異質(zhì)結(jié)側(cè)壁的接觸電阻。η型重?fù)诫sGaN的體電子濃度直接影響著金屬與η型重?fù)诫sGaN間的接觸電阻以及η型重?fù)诫sGaN的體電阻，而η型重?fù)诫sGaN與GaN異質(zhì)結(jié)側(cè)壁接觸的好壞直接影響著η型重?fù)诫sGaN與GaN異質(zhì)結(jié)側(cè)壁的接觸電阻，該接觸電阻對(duì)整體歐姆接觸影響最大。因此，有效降低η型重?fù)诫sGaN與GaN異質(zhì)結(jié)側(cè)壁的接觸電阻對(duì)減小整體歐姆接觸有著重要的意義。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種降低HEMT器件歐姆接觸電阻的方法，所述方法改善了 η型重?fù)诫sGaN與GaN異質(zhì)結(jié)側(cè)壁的歐姆接觸，降低了 η型重?fù)诫sGaN與GaN異質(zhì)結(jié)側(cè)壁的接觸電阻。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:一種降低HEMT器件歐姆接觸電阻的方法，其特征在于包括以下步驟:
1)外延結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)，依次在襯底上形成GaN層和勢(shì)壘層；
2)在勢(shì)壘層的上表面生長(zhǎng)SiO2層；
3)利用反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備在漏源歐姆區(qū)域刻蝕SiO2層至勢(shì)壘層的上表面；
4)利用電感耦合等離子體刻蝕設(shè)備在源漏歐姆區(qū)域刻蝕GaN材料，刻蝕至GaN層和勢(shì)壘層異質(zhì)結(jié)界面以下；
5)利用MBE或MOCVD設(shè)備在源漏歐姆區(qū)域二次外延η型重?fù)诫sGaN材料；
6)腐蝕掉勢(shì)壘層上表面剩余的SiO2，并使用高溫退火爐進(jìn)行退火處理。
[0008]優(yōu)選的，所述勢(shì)壘層的使用材料為AlGaN、InAlN或A1N。
[0009]優(yōu)選的，所述Si02層厚度為20_300nm。
[0010]更優(yōu)選的，所述SiO2層厚度為150nm。
[0011]優(yōu)選的，在步驟4)中需刻蝕至GaN層和勢(shì)壘層異質(zhì)結(jié)界面以下40±10nm處。
[0012]更優(yōu)選的，在步驟4)中需刻蝕至GaN層和勢(shì)壘層異質(zhì)結(jié)界面以下40nm處。
[0013]優(yōu)選的，在步驟5)中二次外延η型重?fù)诫sGaN材料的厚度需超過(guò)異質(zhì)結(jié)界面。
[0014]更優(yōu)選的，在步驟5)中二次外延η型重?fù)诫sGaN材料的厚度超過(guò)異質(zhì)結(jié)界面50nmo
[0015]優(yōu)選的，在步驟6)中，退火爐中為在純氮?dú)夥栈蛘婵諝夥?，退火溫度?00-800°C，退火時(shí)間為0.5-3分鐘。
[0016]更優(yōu)選的，在步驟6)中退火溫度為450°C，退火時(shí)間為2分鐘。
[0017]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)熱退火處理以后，產(chǎn)品的歐姆接觸電阻從0.52 ff.mm降低至0.38 W._，接觸電阻值有著明顯的減低，說(shuō)明熱退火處理改善了 η型重?fù)诫sGaN與GaN異質(zhì)結(jié)側(cè)壁的接觸，從而降低了 η型重?fù)诫sGaN與GaN異質(zhì)結(jié)側(cè)壁的接觸電阻。此外，本發(fā)明中的退火技術(shù)是在蒸發(fā)源漏接觸金屬之前，因此，不會(huì)影響源漏歐姆接觸的表面形貌。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0019]圖1是本發(fā)明經(jīng)過(guò)步驟I)處理后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1經(jīng)過(guò)步驟2)處理后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是圖2經(jīng)過(guò)步驟3)處理后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是圖3經(jīng)過(guò)步驟4)處理后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是圖4經(jīng)過(guò)步驟5)處理后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6是圖5經(jīng)過(guò)步驟6)處理后的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7是現(xiàn)有技術(shù)利用線性傳輸模型計(jì)算得到的未經(jīng)過(guò)退火處理樣品的歐姆接觸電阻曲線圖；
圖8是本發(fā)明利用線性傳輸模型計(jì)算得到的經(jīng)過(guò)退火處理樣品的歐姆接觸電阻曲線
圖；
圖9是現(xiàn)有技術(shù)二次外延生長(zhǎng)η型重?fù)诫sGaN歐姆接觸結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0021]在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。
[0022]下面通過(guò)具體實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
[0023]實(shí)施例一
本實(shí)施例以AlGaN/GaN HEMT器件材料為例，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做具體闡
述:
圖1為AlGaN/GaN HEMT器件材料的一般結(jié)構(gòu)示意圖；在AlGaN/GaN材料表面生長(zhǎng)150nm的二氧化硅(SiO2),如圖2所示；利用反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備(RIE)在HEMT器件的源漏歐姆區(qū)域刻蝕SiO2層至AlGaN勢(shì)壘層上表面，如圖3所示；利用電感耦合等離子體刻蝕設(shè)備(ICP)在HEMT器件源漏歐姆區(qū)域刻蝕GaN材料，刻蝕至AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)界面以下(刻蝕深度大約為40nm)，如圖4所示；以上步驟可以通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
[0024]本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)在于在使用MBE或者M(jìn)OCVD 二次外延生長(zhǎng)η型重?fù)诫sGaN之后，沉積源漏歐姆金屬之前，使用熱快速退火設(shè)備將上述器件在高純度的氮?dú)夥?或其他保護(hù)氣體)或高真空氣氛中進(jìn)行低溫退火處理，用來(lái)改善η型重?fù)诫sGaN與GaN異質(zhì)結(jié)側(cè)壁的歐姆接觸，以降低η型重?fù)诫sGaN與GaN異質(zhì)結(jié)側(cè)壁的接觸電阻，退火溫度為450°C，退火時(shí)間為2分鐘。
[0025]具體步驟如下:首先，利用MOCVD設(shè)備在上述器件處理后的源漏歐姆區(qū)域二次外延50nm η型重?fù)诫sGaN材料(體濃度為:2 X IO19CnT3)，如圖5所示；而后使用高溫退火爐，在高純氮?dú)夥諊校?50°C下退火2分鐘，如圖6所示，得到所需要的器件。
[0026]圖7為現(xiàn)有技術(shù)利用線性傳輸模型計(jì)算得到的未經(jīng)過(guò)退火處理樣品的歐姆接觸電阻曲線圖，圖8本發(fā)明利用線性傳輸模型計(jì)算得到的經(jīng)過(guò)退火處理樣品的歐姆接觸電阻曲線圖。對(duì)比圖7與8可以看到，經(jīng)過(guò)熱退火處理以后，樣品的歐姆接觸電阻從0.52 ff.mm降低至0.38 ff.mm，接觸電阻值有著明顯的降低，這說(shuō)明熱退火處理改善了 η型重?fù)诫sGaN與GaN異質(zhì)結(jié)側(cè)壁的接觸，從而降低了 η型重?fù)诫sGaN與GaN異質(zhì)結(jié)側(cè)壁的接觸電阻。此夕卜，本發(fā)明中的退火技術(shù)是在蒸發(fā)源漏接觸金屬之前，因此，不會(huì)影響源漏歐姆接觸的表面形貌。
[0027]實(shí)施例二 本實(shí)施例以InAlN/GaN HEMT器件材料為例，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做具體闡述:
在InAlN/GaN材料表面生長(zhǎng)200nm的二氧化硅(SiO2)層；利用反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備(RIE)在源漏歐姆區(qū)域刻蝕SiO2層至InAlN勢(shì)壘層上表面；利用電感耦合等離子體刻蝕設(shè)備(ICP)在HEMT器件源漏歐姆區(qū)域刻蝕GaN材料，刻蝕至InAlN/GaN異質(zhì)結(jié)界面以下(刻蝕深度大約為30nm);以上步驟可以通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
[0028]然后，利用MOCVD設(shè)備在上述器件處理后的源漏歐姆區(qū)域二次外延60nm的η型重?fù)诫sGaN材料；而后在高溫退火爐中在高純氮?dú)夥諊校?00°C下退火3分鐘，得到所需要的器件。利用線性傳輸模型計(jì)算得到樣品的歐姆接觸電阻降低至0.40W._。
[0029]實(shí)施例三
本實(shí)施例以InAlN/GaN HEMT器件材料為例，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做具體闡述，在本實(shí)施例中重點(diǎn)在于工藝參數(shù)的調(diào)整。
[0030]在InAlN/GaN材料表面生長(zhǎng)200nm的二氧化硅(SiO2)層；利用反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備(RIE)在源漏歐姆區(qū)域刻蝕SiO2層至InAlN勢(shì)壘層上表面；利用電感耦合等離子體刻蝕設(shè)備(ICP)在HEMT器件源漏歐姆區(qū)域刻蝕GaN材料，刻蝕至InAlN/GaN異質(zhì)結(jié)界面以下(刻蝕深度大約為50nm);以上步驟可以通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。然后，利用MOCVD設(shè)備在上述器件處理后的源漏歐姆區(qū)域二次外延60nm的η型重?fù)诫sGaNN材料；而后在高溫退火爐中在高純氮?dú)夥諊校?00°C下退火0.5分鐘，得到所需要的器件。利用線性傳輸模型計(jì)算得到樣品的歐姆接觸電阻降低至0.37mm。
[0031]上述實(shí)施例的工藝參數(shù)也可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，調(diào)整后的技術(shù)方案也在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0032]綜上所述，通過(guò)熱退火處理以后，產(chǎn)品的歐姆接觸電阻值有著明顯的減低，說(shuō)明熱退火處理改善了 η型重?fù)诫sGaN與GaN異質(zhì)結(jié)側(cè)壁的接觸，從而降低了 η型重?fù)诫sGaN與GaN異質(zhì)結(jié)側(cè)壁的接觸電阻。
【權(quán)利要求】
1.一種降低HEMT器件歐姆接觸電阻的方法，其特征在于包括以下步驟: 1)外延結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)，依次在襯底上形成GaN層和勢(shì)壘層； 2)在勢(shì)壘層的上表面生長(zhǎng)SiO2層； 3)利用反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備在漏源歐姆區(qū)域刻蝕SiO2層至勢(shì)壘層的上表面； 4)利用電感耦合等離子體刻蝕設(shè)備在源漏歐姆區(qū)域刻蝕GaN材料，刻蝕至GaN層和勢(shì)壘層異質(zhì)結(jié)界面以下； 5)利用MBE或MOCVD設(shè)備在源漏歐姆區(qū)域二次外延n型重?fù)诫sGaN材料； 6)腐蝕掉勢(shì)壘層上表面剩余的SiO2，并使用高溫退火爐進(jìn)行退火處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低HEMT器件歐姆接觸電阻的方法，其特征在于:所述勢(shì)壘層的使用材料為AlGaN、InAlN或A1N。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低HEMT器件歐姆接觸電阻的方法，其特征在于:所述SiO2層厚度為20-300nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的降低HEMT器件歐姆接觸電阻的方法，其特征在于:所述SiO2層厚度為150nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低HEMT器件歐姆接觸電阻的方法，其特征在于:在步驟4)中需刻蝕至GaN層和勢(shì)壘層異質(zhì)結(jié)界面以下40 ± IOnm處。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的降低HEMT器件歐姆接觸電阻的方法，其特征在于:在步驟4)中需刻蝕至GaN層和勢(shì)壘層異質(zhì)結(jié)界面以下40nm處。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低HEMT器件歐姆接觸電阻的方法，其特征在于:在步驟5)中二次外延n型重?fù)诫sGaN材料的厚度需超過(guò)異質(zhì)結(jié)界面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的降低HEMT器件歐姆接觸電阻的方法，其特征在于:在步驟5)中二次外延n型重?fù)诫sGaN材料的厚度高于異質(zhì)結(jié)界面50nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低HEMT器件歐姆接觸電阻的方法，其特征在于:在步驟6)中，退火爐中為在純氮?dú)夥栈蛘婵諝夥?，退火溫度?00-800°C，退火時(shí)間為0.5-3分鐘。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的降低HEMT器件歐姆接觸電阻的方法，其特征在于:在步驟6)中退火溫度為450°C，退火時(shí)間為2分鐘。
【文檔編號(hào)】H01L21/28GK103903982SQ201410107138
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月21日
【發(fā)明者】呂元杰, 馮志紅, 顧國(guó)棟, 郭紅雨, 尹甲運(yùn), 敦少博 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十三研究所