本發(fā)明涉及半導(dǎo)體工藝領(lǐng)域，尤其涉及一種氮化鎵半導(dǎo)體器件的制備方法。

背景技術(shù)：

由于氮化鎵(gan)具有大禁帶寬度、高電子飽和速率、高擊穿電場(chǎng)、較高熱導(dǎo)率、耐腐蝕以及抗輻射性能等優(yōu)點(diǎn)，從而可以采用氮化鎵制作半導(dǎo)體材料，而得到氮化鎵半導(dǎo)體器件。

gan基algan/gan高遷移率晶體管(high-electron-mobilitytransistors，簡(jiǎn)稱hemts)是功率器件中的研究熱點(diǎn)，這是因?yàn)閍lgan/gan異質(zhì)結(jié)處形成高濃度、高遷移率的二維電子氣(2deg)，同時(shí)異質(zhì)結(jié)對(duì)2deg具有良好的調(diào)節(jié)作用。

近幾年，與cmos制造工藝兼容的ganhemt制造工藝受到廣泛關(guān)注。對(duì)于cmos兼容的gan-si集成工藝的開(kāi)發(fā)中，研究低溫歐姆接觸技術(shù)是必須的。這是因?yàn)槿绻麣W姆接觸電阻過(guò)大，將導(dǎo)致整個(gè)半導(dǎo)體器件電阻增加，輸出的電流減少。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種氮化鎵半導(dǎo)體器件的制備方法，用以制備具有良好歐姆接觸、即具有較低歐姆接觸電阻的氮化鎵半導(dǎo)體器件。

本發(fā)明的提供一種氮化鎵半導(dǎo)體器件的制備方法，包括：

在氮化鎵外延基底的表面上沉積第一氮化硅介質(zhì)層，其中，所述氮化鎵外延基底包括由下而上依次設(shè)置的硅襯底層、氮化鎵層和氮化鎵鋁層；

對(duì)所述第一氮化硅介質(zhì)層進(jìn)行干法刻蝕，形成相對(duì)設(shè)置的第一窗口和第二窗口；

采用三氯化硼和氯氣，分別對(duì)所述第一窗口和所述第二窗口進(jìn)行低于預(yù) 設(shè)功率過(guò)刻處理，過(guò)刻掉部分所述氮化鎵鋁層，形成歐姆接觸孔；

采用磁控濺射鍍膜工藝，在所述歐姆接觸孔內(nèi)、以及所述第一氮化硅介質(zhì)層的表面上，沉積鈦/鋁歐姆接觸金屬層；

對(duì)所述鈦/鋁歐姆接觸金屬層進(jìn)行光刻和刻蝕，形成歐姆接觸電極；

以氮?dú)鉃榉磻?yīng)氣體，在預(yù)設(shè)低溫環(huán)境下對(duì)器件進(jìn)行退火處理。

具體的，所述采用磁控濺射鍍膜工藝，在所述歐姆接觸孔內(nèi)、以及所述第一氮化硅介質(zhì)層的表面上，沉積鈦/鋁歐姆接觸金屬層，包括：

采用磁控濺射鍍膜工藝，在所述歐姆接觸孔內(nèi)、以及所述第一氮化硅介質(zhì)層的表面上，依次沉積鈦、鋁、鈦、氮化鈦四層金屬，以形成所述鈦/鋁歐姆接觸金屬層。

可選的，所述采用磁控濺射鍍膜工藝，在所述歐姆接觸孔內(nèi)、以及所述第一氮化硅介質(zhì)層的表面上，沉積鈦/鋁歐姆接觸金屬層之前，所述方法還包括：

采用稀氟氫酸、sc1與sc2的混合溶液，對(duì)器件的表面進(jìn)行清洗。

具體的，所述以氮?dú)鉃榉磻?yīng)氣體，在預(yù)設(shè)低溫環(huán)境下對(duì)器件進(jìn)行退火處理，包括：

以氮?dú)鉃榉磻?yīng)氣體，在425攝氏度±50攝氏度的溫度下，對(duì)器件進(jìn)行30秒的退火處理。

進(jìn)一步的，所述方法還包括：

對(duì)露在器件表面的第一氮化硅介質(zhì)層以及部分氮化鎵鋁層進(jìn)行干法刻蝕，形成柵極接觸孔；

在所述柵極接觸孔內(nèi)沉積第二氮化硅介質(zhì)層，所述第二氮化硅介質(zhì)層的高度超高所述氮化鎵鋁層的表面；

采用磁控濺射鍍膜工藝，在所述柵極接觸孔內(nèi)、以及器件表面上，沉積柵極金屬層；

對(duì)所述柵極金屬層進(jìn)行光刻和刻蝕，形成柵極。

具體的，所述采用磁控濺射鍍膜工藝，在所述柵極接觸孔內(nèi)、以及所述柵極接觸孔周圍預(yù)設(shè)區(qū)域的所述第一氮化硅介質(zhì)層的表面上，沉積柵極金屬層，包括：

采用磁控濺射鍍膜工藝，在所述柵極接觸孔內(nèi)、以及所述柵極接觸孔周 圍預(yù)設(shè)區(qū)域的所述第一氮化硅介質(zhì)層的表面上，依次沉積鎳、金兩層金屬，以形成所述柵極金屬層。

可選的，所述在所述柵極接觸孔內(nèi)沉積第二氮化硅介質(zhì)層之前，所述方法還包括：

采用鹽酸溶液，對(duì)所述柵極接觸孔進(jìn)行清洗。

本發(fā)明提供的氮化鎵半導(dǎo)體器件的制備方法，在氮化鎵外延基底的表面上沉積氮化硅介質(zhì)層后，采用干法刻蝕對(duì)該氮化硅介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，并采用三氯化硼和氯氣繼而再進(jìn)行低于預(yù)設(shè)功率的過(guò)刻處理，過(guò)刻掉部分氮化鎵鋁層，形成歐姆接觸孔。再采用磁控濺射鍍膜工藝，在歐姆接觸孔內(nèi)、以及氮化硅介質(zhì)層的表面上，采用ti/al歐姆接觸技術(shù)沉積歐姆接觸金屬層，通過(guò)對(duì)該金屬層的光刻和刻蝕，形成了具有較低歐姆接觸電阻的歐姆接觸電極。由于得到的歐姆接觸電阻較小，從而有利于最終制備得到的半導(dǎo)體器件具有良好的輸出電流。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的氮化鎵半導(dǎo)體器件的制備方法的流程示意圖；

圖2為執(zhí)行步驟101后的氮化鎵半導(dǎo)體器件的剖面示意圖；

圖3為執(zhí)行步驟102和步驟103后的氮化鎵半導(dǎo)體器件的剖面示意圖；

圖4為執(zhí)行步驟104后的氮化鎵半導(dǎo)體器件的剖面示意圖；

圖5為執(zhí)行步驟105后的氮化鎵半導(dǎo)體器件的剖面示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例二提供的氮化鎵半導(dǎo)體器件的制備方法的流程示意圖；

圖7為執(zhí)行步驟202后的氮化鎵半導(dǎo)體器件的剖面示意圖；

圖8為執(zhí)行步驟204后的氮化鎵半導(dǎo)體器件的剖面示意圖；

圖9為執(zhí)行步驟206后的氮化鎵半導(dǎo)體器件的剖面示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，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)施例是本發(fā)明一部分實(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。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的氮化鎵半導(dǎo)體器件的制備方法的流程示意圖，如圖1所示，該方法包括如下步驟：

步驟101、在氮化鎵外延基底的表面上沉積第一氮化硅介質(zhì)層，其中，所述氮化鎵外延基底包括由下而上依次設(shè)置的硅襯底層、氮化鎵層和氮化鎵鋁層。

圖2為執(zhí)行步驟101后的氮化鎵半導(dǎo)體器件的剖面示意圖，如圖2所示，硅襯底層用11表示，氮化鎵層用12表示，氮化鎵鋁層用13表示，第一氮化硅介質(zhì)層用14表示。

即氮化鎵外延基底由自下而上依次設(shè)置的硅(si)襯底層11、氮化鎵(gan)層12和氮化鎵鋁(algan)層13構(gòu)成。

其中，氮化鎵層12起到緩沖層作用，氮化鎵鋁層13起到勢(shì)壘層作用。

進(jìn)而在氮化鎵鋁層13表面沉積氮化硅(si3n4)介質(zhì)層，形成第一氮化硅介質(zhì)層14。

步驟102、對(duì)第一氮化硅介質(zhì)層進(jìn)行干法刻蝕，形成相對(duì)設(shè)置的第一窗口和第二窗口。

干法刻蝕是刻蝕第一氮化硅介質(zhì)層，以形成相對(duì)設(shè)置的兩個(gè)窗口。

步驟103、采用三氯化硼和氯氣，分別對(duì)第一窗口和第二窗口進(jìn)行低于預(yù)設(shè)功率過(guò)刻處理，過(guò)刻掉部分氮化鎵鋁層，形成歐姆接觸孔。

本實(shí)施例中，采用低功率的三氯化硼(bcl3)和氯氣(cl2)進(jìn)行歐姆接觸孔的過(guò)刻，即通過(guò)第一窗口和第二窗口，刻蝕掉部分氮化鎵鋁層，以形成相對(duì)設(shè)置的歐姆接觸孔。

圖3為執(zhí)行步驟102和步驟103后的氮化鎵半導(dǎo)體器件的剖面示意圖，如圖3所示，歐姆接觸孔用15表示。

步驟104、采用磁控濺射鍍膜工藝，在歐姆接觸孔內(nèi)、以及第一氮化硅介質(zhì)層的表面上，沉積鈦/鋁歐姆接觸金屬層。

圖4為執(zhí)行步驟104后的氮化鎵半導(dǎo)體器件的剖面示意圖，如圖4所示，鈦/鋁歐姆接觸金屬層用16表示。

可以采用磁控濺射鍍膜工藝，在整個(gè)器件的表面沉積鈦/鋁歐姆接觸金屬層16，具體來(lái)說(shuō)，是在歐姆接觸孔15內(nèi)、以及第一氮化硅介質(zhì)層14的表面上，沉積了鈦/鋁歐姆接觸金屬層16。

其中，沉積鈦/鋁歐姆接觸金屬層16，是指在低溫環(huán)境下，采用鈦(ti)/鋁(al)歐姆接觸技術(shù)在歐姆接觸孔15內(nèi)沉積金屬層。

具體來(lái)說(shuō)，是采用磁控濺射鍍膜工藝，在歐姆接觸孔15內(nèi)、以及第一氮化硅介質(zhì)層14的表面上，依次沉積鈦、鋁、鈦、氮化鈦四層金屬，以形成鈦/鋁歐姆接觸金屬層16。

步驟105、對(duì)鈦/鋁歐姆接觸金屬層進(jìn)行光刻和刻蝕，形成歐姆接觸電極。

圖5為執(zhí)行步驟105后的氮化鎵半導(dǎo)體器件的剖面示意圖，如圖5所示，歐姆接觸電極用17表示。

對(duì)鈦/鋁歐姆接觸金屬層16進(jìn)行光刻和刻蝕，其中光刻的程序包括了涂膠、曝光和顯影。在進(jìn)行光刻和刻蝕后，不但形成了歐姆接觸電極17，還在兩相對(duì)設(shè)置的歐姆接觸電極17之間形成了一個(gè)柵極窗口18，以用于后續(xù)進(jìn)行柵極制備，透過(guò)柵極窗口18，可以看到第一氮化硅介質(zhì)層14的部分表面。

步驟106、以氮?dú)鉃榉磻?yīng)氣體，在預(yù)設(shè)低溫環(huán)境下對(duì)器件進(jìn)行退火處理。

具體來(lái)說(shuō)，以氮?dú)鉃榉磻?yīng)氣體，在425攝氏度±50攝氏度的溫度下，對(duì)器件進(jìn)行30秒的退火處理。

可以在反應(yīng)爐中通入氮?dú)?n2)氣體，對(duì)整個(gè)器件進(jìn)行退火的處理，從而刻蝕后的鈦/鋁歐姆接觸金屬層16會(huì)成為合金，并且相互接觸的刻蝕后的鈦/鋁歐姆接觸金屬層16與氮化鎵鋁層13進(jìn)行反應(yīng)之后也可以在其接觸面上形成合金，從而合金可以降低鈦/鋁歐姆接觸金屬層16與氮化鎵鋁層13之間的接觸電阻。

本實(shí)施例中，通過(guò)上述制備工藝，采用磁控濺射鍍膜工藝，在歐姆接觸孔內(nèi)、以及氮化硅介質(zhì)層的表面上，采用ti/al歐姆接觸技術(shù)沉積歐姆接觸金屬層，通過(guò)對(duì)該金屬層的光刻和刻蝕，形成了具有較低歐姆接觸電阻的歐姆接觸電極。由于得到的歐姆接觸電阻較小，從而有利于最終制備得到的半導(dǎo)體器件具有良好的輸出電流。

以上實(shí)施例僅針對(duì)制備歐姆接觸電極的過(guò)程進(jìn)行了說(shuō)明，下面結(jié)合圖6 所示實(shí)施例，對(duì)主要的其他制備過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例二提供的氮化鎵半導(dǎo)體器件的制備方法的流程示意圖，如圖6所示，在圖1所示實(shí)施例的基礎(chǔ)上，在步驟104之前，還包括如下步驟201：

步驟201、采用稀氟氫酸、sc1與sc2的混合溶液，對(duì)器件的表面進(jìn)行清洗。

在形成歐姆接觸孔15之后，器件的表面會(huì)存在雜質(zhì)、顆粒等雜質(zhì)物，從而需要將雜質(zhì)物從整個(gè)器件上去除?？梢圆捎孟》鷼渌?dhf)+sc1+sc2的方法，去除器件上的雜質(zhì)物。具體來(lái)說(shuō)，可以先采用稀釋后的dhf溶液處理器件，然后采用sc1+sc2的堿性混合溶液處理器件，以去除整個(gè)器件的表面上的雜質(zhì)物。

進(jìn)一步的，在步驟106之后，還包括如下制備柵極的步驟：

步驟202、對(duì)露在器件表面的第一氮化硅介質(zhì)層以及部分氮化鎵鋁層進(jìn)行干法刻蝕，形成柵極接觸孔。

前述實(shí)施例中提到，對(duì)鈦/鋁歐姆接觸金屬層16進(jìn)行光刻和刻蝕后，不但形成了歐姆接觸電極17，還在兩相對(duì)設(shè)置的歐姆接觸電極17之間形成了一個(gè)柵極窗口18，以用于后續(xù)進(jìn)行柵極制備，透過(guò)柵極窗口18，可以看到第一氮化硅介質(zhì)層14的部分表面。

因此，本實(shí)施例中，露在器件表面的第一氮化硅介質(zhì)層即為透過(guò)柵極窗口18，可以看到的第一氮化硅介質(zhì)層14。

圖7為執(zhí)行步驟202后的氮化鎵半導(dǎo)體器件的剖面示意圖，如圖7所示，透過(guò)該柵極窗口18可以對(duì)第一氮化硅介質(zhì)層14以及部分氮化鎵鋁層13進(jìn)行干法刻蝕處理，以形成柵極接觸孔19。

步驟203、采用鹽酸溶液，對(duì)柵極接觸孔進(jìn)行清洗。

本實(shí)施例中，在通過(guò)干法刻蝕，刻蝕第一氮化硅介質(zhì)層14以及部分氮化鎵鋁層13以形成柵極接觸孔19之后，柵極接觸孔19內(nèi)會(huì)存在雜質(zhì)、顆粒以及離子等雜質(zhì)物，從而可以采用鹽酸溶液清洗柵極接觸孔19，將柵極接觸孔19內(nèi)的雜質(zhì)物去除掉。

本實(shí)施例中，通過(guò)采用dhf+sc1+sc2的去除器件表面上的雜質(zhì)物；并形成柵極接觸孔19之后，采用鹽酸溶液將柵極接觸孔19內(nèi)的雜質(zhì)物去除掉。 從而可以有效的保證了器件的表面以及柵極接觸孔19內(nèi)的清潔，進(jìn)而保證了氮化鎵半導(dǎo)體器件的性能。

步驟204、在柵極接觸孔內(nèi)沉積第二氮化硅介質(zhì)層，第二氮化硅介質(zhì)層的高度超高氮化鎵鋁層的表面。

圖8為執(zhí)行步驟204后的氮化鎵半導(dǎo)體器件的剖面示意圖，如圖8所示，在柵極接觸孔19內(nèi)沉積第二氮化硅介質(zhì)層21。其中，第二氮化硅介質(zhì)層21的高度超高氮化鎵鋁層13的表面。

可以采用低壓化學(xué)氣相沉積方法，在反應(yīng)爐中通入二氯硅烷(sih2cl2)和氨氣(nh3)氣體，在高溫下，兩種氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氮化硅(si3n4)，氮化硅沉積在柵極接觸孔19內(nèi)，形成第二氮化硅介質(zhì)層21，該第二氮化硅介質(zhì)層21作為柵介質(zhì)層。

步驟205、采用磁控濺射鍍膜工藝，在柵極接觸孔內(nèi)、以及器件表面上，沉積柵極金屬層。

具體來(lái)說(shuō)，可以采用磁控濺射鍍膜工藝，在柵極接觸孔內(nèi)、以及器件表面上，依次沉積鎳、金兩層金屬，以形成柵極金屬層。

步驟206、對(duì)柵極金屬層進(jìn)行光刻和刻蝕，形成柵極。

圖9為執(zhí)行步驟206后的氮化鎵半導(dǎo)體器件的剖面示意圖，如圖9所示，柵極以22表示。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。