降低GaN極化摻雜場效應(yīng)晶體管歐姆接觸電阻的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及場效應(yīng)管技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種降低GaN極化摻雜場效應(yīng)晶體管歐姆接觸電阻的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為III族氮化物材料最鮮明的特點之一，極化效應(yīng)在III族氮化物微電子和光電子器件中扮演了十分重要的角色。在GaN HEMT器件中，正是得益于較強的自發(fā)極化和壓電極化效應(yīng)，AlGaN/GaN HEMT表現(xiàn)出了非常卓越的器件性能，目前常規(guī)GaN HEMT器件最高輸出功率密度已經(jīng)達到41.4W/mm，而最高振蕩頻率(/_)也已經(jīng)達到了 500GHz。
[0003]但是以上器件均基于突變結(jié)材料，即勢皇層材料與緩沖層材料組分有較大差異，且勢皇層材料組分恒定。近年來，一種基于氮化物緩變異質(zhì)結(jié)的器件一一GaN極化摻雜場效應(yīng)晶體管器件(Polarizat1n Filed Effect Transistor, PolFET)開始走進人們視野。相較于常用的GaN基電子器件，基于極化摻雜的PolFET器件具有更高的線性度、更穩(wěn)定的摻雜效率和更好的可靠性，器件綜合性能有較大改善，應(yīng)用前景十分廣闊。
[0004]在GaN基器件的制造工藝過程中，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。由于GaN極化摻雜場效應(yīng)晶體管器件電子體濃度較低，實現(xiàn)低歐姆接觸電阻難度較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種降低GaN極化摻雜場效應(yīng)晶體管歐姆接觸電阻的方法，所述方法改善了 η型重摻雜GaN與GaN緩變異質(zhì)結(jié)側(cè)壁的歐姆接觸，降低了 η型重摻雜GaN與GaN緩變異質(zhì)結(jié)側(cè)壁的接觸電阻，提高了場效應(yīng)晶體管的性能。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:一種降低GaN極化摻雜場效應(yīng)晶體管歐姆接觸電阻的方法，其特征在于所述方法包括如下步驟:
1)依次在襯底上形成GaN層和勢皇層；
2)勢皇層的上表面生長S12層；
3)在漏源歐姆接觸區(qū)域刻蝕S12層至勢皇層的上表面；
4)在源漏歐姆接觸區(qū)域刻蝕GaN材料，刻蝕至GaN層和勢皇層異質(zhì)結(jié)界面以下，而后使用高溫退火爐進行退火處理；
5)在源漏歐姆區(qū)域二次外延η型重摻雜GaN材料；
6)腐蝕掉勢皇層上表面剩余的S12，得到未生長漏源電極的GaN極化摻雜場效應(yīng)晶體管器件。
[0007]進一步的技術(shù)方案在于:所述勢皇層的使用材料為緩變組分材料，即勢皇層的使用材料組分縱向分布非恒定。
[0008]進一步的技術(shù)方案在于:所述S12層的厚度為20nm-300nm。
[0009]進一步的技術(shù)方案在于:所述步驟3)中利用反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備在漏源歐姆接觸區(qū)域刻蝕S12層。
[0010]進一步的技術(shù)方案在于:所述步驟4)中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。
[0011]進一步的技術(shù)方案在于:所述步驟4)中需刻蝕至GaN層和勢皇層異質(zhì)結(jié)界面以下 40 nm±10nm 處。
[0012]進一步的技術(shù)方案在于:所述步驟4)中使用退火爐在純氮氣氛或真空氣氛中對上述器件進行退火處理，退火溫度為300°C _800°C，退火時間為0.5分鐘-3分鐘。
[0013]進一步的技術(shù)方案在于:在步驟5)中二次外延η型重摻雜GaN材料的厚度需超過異質(zhì)結(jié)界面。
[0014]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:所述方法改善了 η型重摻雜GaN與GaN緩變異質(zhì)結(jié)側(cè)壁的歐姆接觸，降低了 η型重摻雜GaN與GaN緩變異質(zhì)結(jié)側(cè)壁的接觸電阻，提高了場效應(yīng)晶體管的性能。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明經(jīng)過步驟I)處理后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1經(jīng)過步驟2)處理后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是圖2經(jīng)過步驟3)處理后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是圖3經(jīng)過步驟4)處理后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是圖4經(jīng)過步驟5)處理后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6是圖5經(jīng)過步驟6)處理后的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0017]在下面的描述中闡述了很多具體細節(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實施，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施例的限制。
[0018]本發(fā)明公開了一種降低GaN極化摻雜場效應(yīng)晶體管歐姆接觸電阻的方法，所述方法包括如下步驟:
1)依次在襯底上形成GaN層和勢皇層；
2)勢皇層的上表面生長S12層；
3)在漏源歐姆接觸區(qū)域刻蝕S12層至勢皇層的上表面；
4)在源漏歐姆接觸區(qū)域刻蝕GaN材料，刻蝕至GaN層和勢皇層異質(zhì)結(jié)界面以下，而后使用高溫退火爐進行退火處理；
5)在源漏歐姆區(qū)域二次外延η型重摻雜GaN材料；
6)腐蝕掉勢皇層上表面剩余的S12，得到未生長漏源電極的GaN極化摻雜場效應(yīng)晶體管器件。
[0019]下面以實施例的方式對本發(fā)明進行陳述。
[0020]實施例一本實施例以勢皇層為緩變AlGaN材料的GaN極化摻雜場效應(yīng)晶體管器件為例。
[0021]圖1為GaN極化摻雜場效應(yīng)晶體管器件材料經(jīng)過步驟I)處理后的結(jié)構(gòu)示意圖；在緩變AlGaN材料表面生長150nm的二氧化硅(S12)，如圖2所示；利用反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備(RIE)在GaN極化摻雜場效應(yīng)晶體管器件的源漏歐姆區(qū)域刻蝕S12層至緩變AlGaN勢皇層上表面，如圖3所示，以上步驟可以通過現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)。
[0022]本發(fā)明的發(fā)明點在于，利用電感耦合等離子體刻蝕設(shè)備(ICP)在刻蝕GaN極化摻雜場效應(yīng)晶體管器件源漏歐姆區(qū)GaN后、二次外延生長η型重摻雜GaN之前，使用熱快速退火設(shè)備將上述材料在高純氮氣氛(或其他保護氣體中)或高真空氛圍中進行低溫退火處理，用來修復(fù)刻蝕GaN過程中的損傷，進而改善η型重摻雜GaN與GaN異質(zhì)結(jié)側(cè)壁的歐姆接觸，以降低η型重摻雜GaN與GaN異質(zhì)結(jié)側(cè)壁的接觸電阻。
[0023]具體步驟如下:在經(jīng)過上述步驟I) -3)處理之后，利用電感耦合等離子體刻蝕設(shè)備(ICP)在GaN極化摻雜場效應(yīng)晶體管器件源漏歐姆區(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)，而后使用高溫退火爐在純氮氣氛(亦可在其他保護性氣體)或真空氣氛中對上述器件進行退火處理，如圖4所示，退火溫度為450°C，退火時間2分鐘；使用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型重摻雜GaN材料(體濃度為:2X 1019cm_3)，如圖5所示；腐蝕掉勢皇層上表面剩余的S12，得到未生長漏源電極的GaN極化摻雜場效應(yīng)晶體管器件，如圖6所示。上述實施例的工藝參數(shù)也可以根據(jù)實際需要進行適當(dāng)調(diào)整，本發(fā)明的發(fā)明點在于工藝步驟，而不在于對工藝參數(shù)的調(diào)整。
[0024]綜上所述，通過熱退火處理以后，產(chǎn)品的歐姆接觸電阻值有著明顯的減低，說明熱退火處理改善了 η型重摻雜GaN與GaN異質(zhì)結(jié)側(cè)壁的接觸，從而降低了 η型重摻雜GaN與GaN異質(zhì)結(jié)側(cè)壁的接觸電阻。
【主權(quán)項】
1.一種降低GaN極化摻雜場效應(yīng)晶體管歐姆接觸電阻的方法，其特征在于所述方法包括如下步驟: 1)依次在襯底上形成GaN層和勢皇層； 2)勢皇層的上表面生長S12層； 3)在漏源歐姆接觸區(qū)域刻蝕S12層至勢皇層的上表面； 4)在源漏歐姆接觸區(qū)域刻蝕GaN材料，刻蝕至GaN層和勢皇層異質(zhì)結(jié)界面以下，而后使用高溫退火爐進行退火處理； 5)在源漏歐姆區(qū)域二次外延η型重摻雜GaN材料； 6)腐蝕掉勢皇層上表面剩余的S12，得到未生長漏源電極的GaN極化摻雜場效應(yīng)晶體管器件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低GaN極化摻雜場效應(yīng)晶體管歐姆接觸電阻的方法，其特征在于:所述勢皇層的使用材料為緩變組分材料，即勢皇層的使用材料組分縱向分布非恒定。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低GaN極化摻雜場效應(yīng)晶體管歐姆接觸電阻的方法，其特征在于:所述S12層的厚度為20nm-300nmo4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低GaN極化摻雜場效應(yīng)晶體管歐姆接觸電阻的方法，其特征在于:所述步驟3)中利用反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備在漏源歐姆接觸區(qū)域刻蝕S12層。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低GaN極化摻雜場效應(yīng)晶體管歐姆接觸電阻的方法，其特征在于:所述步驟4)中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。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低GaN極化摻雜場效應(yīng)晶體管歐姆接觸電阻的方法，其特征在于:所述步驟4)中需刻蝕至GaN層和勢皇層異質(zhì)結(jié)界面以下40 nm±10nm處。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低GaN極化摻雜場效應(yīng)晶體管歐姆接觸電阻的方法，其特征在于:所述步驟4)中使用退火爐在純氮氣氛或真空氣氛中對上述器件進行退火處理，退火溫度為300 °C -800 °C，退火時間為0.5分鐘-3分鐘。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低GaN極化摻雜場效應(yīng)晶體管歐姆接觸電阻的方法，其特征在于:在步驟5)中二次外延η型重摻雜GaN材料的厚度需超過異質(zhì)結(jié)界面。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種降低GaN極化摻雜場效應(yīng)晶體管歐姆接觸電阻的方法，涉及場效應(yīng)管技術(shù)領(lǐng)域。所述方法包括以下步驟：1）外延結(jié)構(gòu)生長，依次在襯底上形成GaN層和勢壘層；2）在勢壘層的上表面生長SiO2層；3）在漏源歐姆區(qū)域刻蝕SiO2層至勢壘層的上表面；4）在源漏歐姆區(qū)域刻蝕GaN材料，刻蝕至GaN層和勢壘層異質(zhì)結(jié)界面以下，而后使用高溫退火爐在純氮氣氛或真空氣氛中進行退火處理；5）在源漏歐姆區(qū)域二次外延n型重摻雜GaN材料；6）腐蝕掉勢壘層上表面剩余的SiO2。所述方法改善了n型重摻雜GaN與GaN異質(zhì)結(jié)側(cè)壁的歐姆接觸，降低了n型重摻雜GaN與GaN異質(zhì)結(jié)側(cè)壁的接觸電阻。
【IPC分類】H01L29/66
【公開號】CN104992967
【申請?zhí)枴緾N201510285256
【發(fā)明人】房玉龍, 尹甲運, 馮志紅, 張志榮, 劉波, 敦少博, 呂元杰, 蔡樹軍
【申請人】中國電子科技集團公司第十三研究所
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年5月29日