本發(fā)明涉及化合物半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于GaN HEMT結(jié)構(gòu)的歐姆接觸制備方法。

背景技術(shù)：

GaN HEMT器件以其高電子遷移率、高擊穿電壓、高電流密度是高頻、高功率以及高惡環(huán)境應(yīng)用的首選器件。要把氮化鎵材料的本征優(yōu)勢(shì)完全發(fā)揮出來(lái)，GaN HEMT異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)質(zhì)量非常關(guān)鍵，隨著MOCVD、MBE等生長(zhǎng)方式的不斷進(jìn)步，高質(zhì)量低成本的GaN HEMT異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)輕易得到，器件制備工藝正逐漸成為GaN HEMT器件性能提升的瓶頸，優(yōu)化的器件制備工藝亟待而出。

GaN HEMT器件為三端器件，其中源、漏極分別作為信號(hào)的接地、輸出端，其歐姆接觸的性能好壞，直接關(guān)系器件的飽和輸出電流、導(dǎo)通電阻、擊穿電壓等關(guān)鍵指標(biāo)，同時(shí)影響器件的高頻性能和高溫可靠性。良好歐姆接觸的目標(biāo)：對(duì)歐姆接觸質(zhì)量的要求主要有以下幾點(diǎn)：(1)低接觸電阻率(2)接觸穩(wěn)定性好(3)好的表面平整度和平整歐姆邊緣(4)抗腐蝕能力(5)抗輻射能力(6)低殘余應(yīng)力(7)好的導(dǎo)熱導(dǎo)電能力。業(yè)界在GaN HEMT結(jié)構(gòu)上形成歐姆接觸的方法主要有兩種：1、使用電子束蒸發(fā)或者磁控濺射的方式，在GaN的表面依次淀積Ti、Al、Ni(Ti,Ni,Mo)、Au四層金屬，在氮?dú)鈿夥障拢?jīng)過(guò)800～900攝氏度的高溫環(huán)境持續(xù)退火30秒，經(jīng)過(guò)金屬合金反應(yīng)形成歐姆接觸。2、使用MOCVD或者M(jìn)BE等生長(zhǎng)方式，以SiO₂作為掩膜，先移除歐姆電極區(qū)域的全部勢(shì)壘層以及部分緩沖層，再重新生長(zhǎng)一層n型重?fù)诫s的GaN層，最后覆蓋金屬引出電極形成歐姆接觸。

但是，由于上述兩種形成歐姆接觸的方法中基于合金反應(yīng)歐姆接觸中的高溫過(guò)程，反應(yīng)生成物都難以控制，直接會(huì)影響接觸電阻率的好壞。

因此，現(xiàn)有技術(shù)中由于形成的歐姆接觸的電阻率較差，從而影響所制備的GaN HEMT器件的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有形成歐姆接觸的電阻率較差，從而影響了制備的GaN HEMT器件的性能，進(jìn)而提供一種基于GaN HEMT結(jié)構(gòu)的歐姆接觸制備方法，提高了GaN HEMT器件的性能。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案：提供一種基于GaN HEMT結(jié)構(gòu)的歐姆接觸制備方法，應(yīng)用于由下至上依次排布襯底、SiC層、AlN成核層、GaN緩沖層、AlN插入層、AlGaN勢(shì)壘層的GaN HEMT外延結(jié)構(gòu)上，在AlN插入層與AlGaN勢(shì)壘層之間形成二維電子氣溝道，包括如下步驟：

采用光刻膠掩膜涂覆于所述GaN HEMT外延結(jié)構(gòu)上，并采用干法刻蝕方法在所述光刻膠上進(jìn)行刻蝕形成陣列開孔，刻蝕深度具體為到達(dá)溝道二維電子氣溝道的深度或超過(guò)溝道二維電子氣溝道的深度，去除光刻膠掩膜；

采用200-400攝氏度持續(xù)10-30分鐘熱處理、濕法處理、等離子體表面處理中任意一種方式或者三者結(jié)合的方式，對(duì)所述GaN HEMT外延結(jié)構(gòu)中的AlGaN勢(shì)壘層進(jìn)行修復(fù)和清潔；

采用光刻膠涂覆于AlGaN勢(shì)壘層頂上中部，采用電子束蒸發(fā)或磁控濺射法在所述AlGaN勢(shì)壘層頂上中部?jī)蓚?cè)由下至上依次沉積TiN、Ni或Ti、Au，對(duì)金屬進(jìn)行剝離，去除AlGaN勢(shì)壘層頂上中部的光刻負(fù)膠；

采用200-400攝氏度持續(xù)10-30分鐘熱處理或等離子體處理方式對(duì)歐姆接觸激活，使得TiN與溝道二維電子氣形成良好接觸。

進(jìn)一步地，所述陣列開孔的形狀具體為圓形或多邊形。

進(jìn)一步地，所述陣列開孔面積總和占整個(gè)歐姆電極區(qū)域的比例為20％-50％。

進(jìn)一步地，所述TiN的厚度為20-100nm。

進(jìn)一步地，所述Au的厚度為50-500nm。。

區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的情況，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明采用先在GaN HEMT外延結(jié)構(gòu)的歐姆電極區(qū)域開孔，然后，在刻蝕區(qū)域進(jìn)行損傷修護(hù)，接著，在該開孔的外延接收兩側(cè)沉積金屬，最后，進(jìn)行歐姆接觸激活，從而完成GaN HEMT結(jié)構(gòu)的歐姆接觸制備，避免了常規(guī)基于高溫合金反應(yīng)的GaN HEMT合金歐姆接觸方式：在高溫退火過(guò)程中的不可控性，生成的貫通或接觸溝道二維電子氣的TiN通道分布無(wú)法精確控制，接觸電阻率的高低受合金反應(yīng)溫度影響明顯；同時(shí)通過(guò)高溫合金反應(yīng)生成的歐姆電極表面有合金凸起和裂紋，嚴(yán)重影響最終制備GaN HEMT器件的可靠性。采用本發(fā)明的制備方法制備的歐姆接觸電極，無(wú)高溫合金反應(yīng)，對(duì)整個(gè)GaN HEMT異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)內(nèi)部和表面無(wú)高溫?fù)p傷，制備的電極表面無(wú)凸起和裂紋，在工業(yè)化應(yīng)用時(shí)能大幅度節(jié)省高溫能耗；用于連接二維電子氣和表面電極的TiN位置及其分布可以精確控制，所得歐姆接觸電阻率穩(wěn)定，具有良好的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1-圖5是本發(fā)明實(shí)施例中基于GaN HEMT結(jié)構(gòu)的歐姆接觸制備方法的步驟示意圖。

圖6是本發(fā)明實(shí)施例中基于GaN HEMT結(jié)構(gòu)的歐姆接觸制備方法的步驟流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(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。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于GaN HEMT結(jié)構(gòu)的歐姆接觸制備方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中由于形成的歐姆接觸的電阻率較差，影響制備的GaN HEMT器件的性能的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種GaN HEMT結(jié)構(gòu)的歐姆接觸制備方法，應(yīng)用于由下至上依次排布襯底、SiC層、AlN成核層、GaN緩沖層、AlN插入層、AlGaN勢(shì)壘層的GaN HEMT外延結(jié)構(gòu)上，在AlN插入層與AlGaN勢(shì)壘層之間形成二維電子氣溝道，如圖6所示，包括如下步驟，S101，采用光刻膠掩膜涂覆于GaN HEMT外延結(jié)構(gòu)上，并采用干法刻蝕方法在該光刻膠上進(jìn)行刻蝕形成陣列開孔，刻蝕深度具體為由光刻膠頂部到達(dá)溝道二維電子氣溝道的深度或者超過(guò)溝道二維電子氣溝道的深度，去除光刻膠掩膜。

在具體的實(shí)施方式中，如圖1-圖3所示，具體采用AZ5214光刻膠作為掩膜涂覆于GaN HEMT外延結(jié)構(gòu)上，采用干法刻蝕方法在該光刻膠上刻蝕形成陣列開孔，可以是圓形孔，或者是多邊形孔，其中多邊形包括了三角形，方形等等，當(dāng)開孔圖形為圓形孔時(shí)，直徑為5μm，間距為5μm，開孔面積總和占整個(gè)歐姆電極區(qū)域的20％-50％，優(yōu)選30％，當(dāng)然，還可以采用ICP等離子刻蝕，刻蝕氣體為氯氣Cl₂,稀有氣體為三氯化硼B(yǎng)Cl₃，ICP刻蝕功率為20W，射頻RF功率為100W，刻蝕速度約為5nm/min。其中由于，GaN HEMT外延結(jié)構(gòu)中勢(shì)壘層厚度為20nm，刻蝕時(shí)間為4分鐘。在等離子體干法刻蝕后，使用丙酮去除光刻膠掩膜。

接著執(zhí)行S102，采用200-400攝氏度持續(xù)10-30分鐘熱處理、濕法處理、等離子體表面處理中任意一種方式或者三者結(jié)合的方式，對(duì)該GaN HEMT外延結(jié)構(gòu)中的AlGaN勢(shì)壘層進(jìn)行修復(fù)和清潔。該步驟就是為了對(duì)刻蝕后的AlGaN勢(shì)壘層進(jìn)行修復(fù)和清潔。具體地，可以采用濕法腐蝕方法，對(duì)前序刻蝕工藝產(chǎn)生的晶格缺陷，有機(jī)、無(wú)機(jī)沾污徹底修復(fù)和清潔，從而維持歐姆電極區(qū)域的高濃度二維電子氣。具體地，可以放入50攝氏度飽和氫氧化氨溶液中，時(shí)間持續(xù)15min，然后再用離子水清洗該晶圓并烘干，從而達(dá)到修復(fù)和清潔的目的。

然后，執(zhí)行S103，如圖4-圖5所示，采用光刻膠涂覆于AlGaN勢(shì)壘層頂上中部，采用電子束蒸發(fā)或磁控濺射法在AlGaN勢(shì)壘層頂上中部?jī)蓚?cè)由下至上依次沉積TiN、Ni或Ti、Au，對(duì)金屬進(jìn)行剝離，去除AlGaN勢(shì)壘層頂上中部的光刻膠。具體地，采用光刻膠作為金屬剝離掩膜，進(jìn)行沉積歐姆金屬，從而在中部的光刻膠掩膜周圍的AlGaN勢(shì)壘層頂上兩側(cè)采用磁控濺射法由下至上依次濺射TiN、Ni、Au，其中TiN的厚度為20-100nm，優(yōu)選50nm，該層作為與二維電子氣溝道直接接觸的金屬，中間一層可以是Ni,也可以是Ti,厚度可以是50nm，最上面一層為Au,厚度為50-500nm，優(yōu)選是200nm，該層作為電極抗氧化層。

本發(fā)明采用接觸或貫通二維電子器溝道的TiN金屬作為歐姆電極連線，完全取代了高溫合金反應(yīng)過(guò)程。

該TiN歐姆電極連線通道由干法或濕法刻蝕形成，刻蝕深度為15-40nm，根據(jù)不同AlGaN勢(shì)壘層厚度，剛好接觸或貫穿溝道二維電子氣。

最后，執(zhí)行S104，采用200-400攝氏度持續(xù)10-30分鐘熱處理或等離子體處理方式對(duì)歐姆接觸激活，使得TiN與溝道二維電子氣形成良好接觸。具體激活的方式為400攝氏度氮?dú)馔嘶?0min。從而完成整個(gè)歐姆接觸制備。

采用上述的技術(shù)方案，避免常規(guī)基于合金反應(yīng)歐姆接觸中的高溫過(guò)程，反應(yīng)生成物難以控制，直接影響接觸電阻率的好壞；徹底改善了基于合金反應(yīng)生成的歐姆接觸電極表面形貌，提高所制備GaN HEMT器件的可靠性；該方法相比于基于再生長(zhǎng)的歐姆接觸結(jié)構(gòu)，在工藝實(shí)現(xiàn)和效率上有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，特別適合于工業(yè)化生產(chǎn)。該方法從GaN HEMT結(jié)構(gòu)歐姆接觸形成機(jī)理出發(fā)，通過(guò)合金反應(yīng)生成的金屬化半導(dǎo)體TiN可以直接與GaN HEMT結(jié)構(gòu)中的溝道二維電子氣連通，降低接觸電阻率。

本發(fā)明采用等離子刻蝕和金屬淀積技術(shù)，直接制備剛好接觸或貫穿二維電子氣的TiN金屬，保留部分區(qū)域的勢(shì)壘層來(lái)維持溝道高濃度二維電子氣，徹底避免了高溫合金反應(yīng)中的不可靠性，淀積表面的合金顆粒凸起，降低接觸電阻率，同時(shí)大幅度降低了GaN HEMT歐姆接觸工藝制備中的難度和耗能，提高了所制備GaN HEMT器件的性能，該發(fā)明有著非常廣泛的工業(yè)化應(yīng)用前景。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。