GaN HEMT器件非合金歐姆接觸的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種GaN HEMT器件非合金歐姆接觸的制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]硅基芯片經(jīng)歷幾十年發(fā)展，Si基CMOS器件尺寸不斷縮小，其頻率性能卻不斷提高，當(dāng)特征尺寸達(dá)到25nm時(shí)，其f τ可達(dá)490GHz。但Si材料的Johnson優(yōu)值僅為0.5THzV，而尺寸的縮小使Si基CMOS器件的擊穿電壓遠(yuǎn)小于IV，這極大地限制了硅基芯片在超高速數(shù)字領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0003]近年來，人們不斷地尋找Si材料的替代品，由于寬禁帶半導(dǎo)體氮化鎵(GaN)材料具有超高的Johnson優(yōu)值(可達(dá)到5THzV)，其器件溝道尺寸達(dá)到1nm量級(jí)時(shí)，擊穿電壓仍能保持在1V左右，因此，GaN材料已逐漸引起國(guó)內(nèi)外廣泛的重視。隨著，GaN材料在要求高轉(zhuǎn)換效率和精確閾值控制、寬帶、大動(dòng)態(tài)范圍的電路(如超寬帶ADC、DAC)數(shù)字電子領(lǐng)域具有廣闊和特殊的應(yīng)用前景，GaN基邏輯器件已成為近幾年超高速半導(dǎo)體領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，正成為Si基CMOS高速電路在數(shù)模和射頻電路領(lǐng)域的后續(xù)發(fā)展中的有力競(jìng)爭(zhēng)者，是國(guó)家重點(diǎn)支持的尖端技術(shù)，堪稱信息產(chǎn)業(yè)的“心臟”。
[0004]目前，常規(guī)GaN器件由于GaN帽層的功函數(shù)較高，如果無法實(shí)現(xiàn)良好的歐姆接觸，將導(dǎo)致器件功率衰退嚴(yán)重，為了解決這一問題，，業(yè)界通常采用高溫退火方式來實(shí)現(xiàn)歐姆接觸。然而，高溫退火方式的溫度達(dá)到850度，這么高的溫度會(huì)對(duì)GaN晶格帶來損傷，引起GaN器件的漏電和電流崩塌現(xiàn)象，影響了 GaN器件的可靠性。因此，常規(guī)GaN器件的歐姆接觸實(shí)現(xiàn)方式是阻礙GaN器件性能提高和實(shí)際應(yīng)用的主要瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種GaNHEMT器件非合金歐姆接觸的制作方法，能夠避免高溫退火對(duì)GaN晶格帶來的損傷。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是:提供一種GaNHEMT器件非合金歐姆接觸的制作方法，包括:在Si襯底上由下而上依次形成GaN緩沖層、GaN溝道層和AlGaN勢(shì)皇層，其中，所述GaN溝道層和AlGaN勢(shì)皇層之間形成有二維電子氣;在所述AlGaN勢(shì)皇層表面沉積S12介質(zhì)，并在所述S12介質(zhì)上覆蓋掩膜層，采用光刻工藝在所述掩膜層上形成歐姆接觸區(qū)域和非歐姆接觸區(qū)域，其中，所述歐姆接觸區(qū)域位于所述非歐姆接觸區(qū)域兩偵L對(duì)露出在所述歐姆接觸區(qū)域內(nèi)的S12介質(zhì)進(jìn)行刻蝕，以形成嵌入所述GaN溝道層內(nèi)部的溝槽;在所述溝槽中生長(zhǎng)n+GaN摻雜層;去除所述掩膜層和所述S12介質(zhì)；在所述歐姆接觸區(qū)域和所述非歐姆接觸區(qū)域上沉積與GaN材料的功函數(shù)對(duì)應(yīng)的歐姆接觸金屬層。
[0007]優(yōu)選地，所述n+GaN摻雜層的摻雜濃度為I X 1019_5X 1019。
[0008]優(yōu)選地，所述歐姆接觸金屬層為單層或多層結(jié)構(gòu)。
[0009]優(yōu)選地，所述去除所述掩膜層和所述S12介質(zhì)中，所述掩膜層和所述S12介質(zhì)采用緩沖氧化蝕刻劑BOE溶液進(jìn)行腐蝕。
[0010]優(yōu)選地，所述S12介質(zhì)采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法PECVD工藝沉積得到。
[0011]優(yōu)選地，所述S12介質(zhì)采用電感耦合等離子體ICP工藝進(jìn)行刻蝕。
[0012]優(yōu)選地，所述n+GaN摻雜層采用金屬有機(jī)化合物沉積MOCVD工藝生長(zhǎng)。
[0013]區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的情況，本發(fā)明的有益效果是:
[0014]1.可以提高GaN HEMT器件的可靠性。
[0015]2.可以減少歐姆接觸部分的表面和邊緣的粗糙度，有利于后續(xù)工藝。
[0016]3.由于n+GaN摻雜層的存在，歐姆接觸電阻會(huì)比常規(guī)高溫退火實(shí)現(xiàn)的歐姆接觸電阻小一個(gè)數(shù)量級(jí)。
[0017]4.n+GaN摻雜層可以給GaN溝道層提供壓應(yīng)力，有效提高溝道中二維電子氣的濃度。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明實(shí)施例GaNHEMT器件非合金歐姆接觸的制作方法的流程示意圖。
[0019]圖2-圖7是采用本發(fā)明實(shí)施例的制作方法制作GaNHEMT器件的制作過程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]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]參見圖1，是本發(fā)明實(shí)施例GaNHEMT器件非合金歐姆接觸的制作方法的示意圖。本實(shí)施例的GaN HEMT器件非合金歐姆接觸的制作方法包括以下步驟:
[0022]SI:在Si襯底上由下而上依次形成GaN緩沖層、GaN溝道層和AlGaN勢(shì)皇層，其中，GaN溝道層和AlGaN勢(shì)皇層之間形成有二維電子氣。
[0023]其中，如圖2所示，Si襯底l、GaN緩沖層2、GaN溝道層3和AlGaN勢(shì)皇層4為依次層疊的結(jié)構(gòu)，二維電子氣31形成在GaN溝道層3和AlGaN勢(shì)皇層4之間。GaN溝道層3與AlGaN勢(shì)皇層4會(huì)形成AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)。
[0024]S2:在AlGaN勢(shì)皇層表面沉積S12介質(zhì)，并在S12介質(zhì)上覆蓋掩膜層，采用光刻工藝在掩膜層上形成歐姆接觸區(qū)域和非歐姆接觸區(qū)域，其中，歐姆接觸區(qū)域位于非歐姆接觸區(qū)域兩側(cè)。
[0025]其中，如圖3所示，S12介質(zhì)5露出在歐姆接觸區(qū)域61內(nèi)，而3^歐姆接觸區(qū)域62內(nèi)的S12介質(zhì)5被掩膜層6覆蓋，歐姆接觸區(qū)域61位于邊緣位置，非歐姆接觸區(qū)域62位于中間位置。可選地，Si02介質(zhì)5米用PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposit1n，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法)工藝沉積得到。掩膜層6的材料可以為光刻膠。
[0026]S3:對(duì)露出在歐姆接觸區(qū)域內(nèi)的S12介質(zhì)進(jìn)行刻蝕，以形成嵌入GaN溝道層內(nèi)部的溝槽。
[0027]其中，如圖4所示，溝槽21深入GaN溝道層3內(nèi)部?？蛇x地，S12介質(zhì)5采用ICP(Inductively Coupled Plasma，電感親合等離子體)工藝進(jìn)行刻蝕。
[0028]S4:在溝槽中生長(zhǎng)n+GaN摻雜層。
[0029]其中，如圖5所示，n+GaN摻雜層7生長(zhǎng)在溝槽21中，n+GaN摻雜層7的高度與AlGaN勢(shì)皇層 4 平齊?？蛇x地，n+GaN 慘雜層 7 米用 MOCVD(Metal_organic Chemical VaporDeposit1n，金屬有機(jī)化合物沉積)工藝生長(zhǎng)，并且在生長(zhǎng)是采用自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)。n+GaN摻雜層7可以給后續(xù)在n+GaN摻雜層7上形成的源極和漏極區(qū)域提供隧穿電子，形成非合金歐姆接觸。并且，n+GaN摻雜層7可以對(duì)溝道形成壓應(yīng)力，從而提高二維電子氣的濃度。
[0030]在本實(shí)施例中，n+GaN摻雜層7為高摻雜，其摻雜濃度可以為I X 1019_5X 1019。
[0031]S5:去除掩膜層和S12介質(zhì)。
[0032]其中，如圖6所示，掩膜層6和S12介質(zhì)5被去除后，完全露出n+GaN摻雜層7和AlGaN勢(shì)皇層4?？蛇x地，在去除掩膜層6和S12介質(zhì)5步驟中，掩膜層6和S12介質(zhì)5采用BOE(緩沖氧化蝕刻劑)溶液進(jìn)行腐蝕。
[0033]S6:在歐姆接觸區(qū)域和非歐姆接觸區(qū)域上沉積與GaN材料的功函數(shù)對(duì)應(yīng)的歐姆接觸金屬層。
[0034]其中，如圖7所示，歐姆接觸金屬層41覆蓋n+GaN摻雜層7和AlGaN勢(shì)皇層4。可選地，歐姆接觸金屬層41為單層或多層結(jié)構(gòu)，例如為Ti/Al/Ni/Au結(jié)構(gòu)。
[0035]通過上述方式，本發(fā)明實(shí)施例的GaNHEMT器件非合金歐姆接觸的制作方法通過在溝槽中再生長(zhǎng)n+GaN摻雜層的方式，只需要低溫退火即可形成良好的歐姆接觸，從而能夠避免高溫退火對(duì)GaN晶格帶來的損傷，可以提高GaN HEMT器件的可靠性，提高溝道二維電子氣的濃度，為更大規(guī)模、更復(fù)雜的數(shù)字與射頻電路集成奠定了良好基礎(chǔ)，具有易于實(shí)現(xiàn)、成本低和可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，易于在微波、毫米波化合物半導(dǎo)體電路制作中采用和推廣。
[0036]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)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種GaNHEMT器件非合金歐姆接觸的制作方法，其特征在于，包括: 在Si襯底上由下而上依次形成GaN緩沖層、GaN溝道層和AlGaN勢(shì)皇層，其中，所述GaN溝道層和AlGaN勢(shì)皇層之間形成有二維電子氣； 在所述AlGaN勢(shì)皇層表面沉積S12介質(zhì)，并在所述S12介質(zhì)上覆蓋掩膜層，采用光刻工藝在所述掩膜層上形成歐姆接觸區(qū)域和非歐姆接觸區(qū)域，其中，所述歐姆接觸區(qū)域位于所述非歐姆接觸區(qū)域兩側(cè)； 對(duì)露出在所述歐姆接觸區(qū)域內(nèi)的S12介質(zhì)進(jìn)行刻蝕，以形成嵌入所述GaN溝道層內(nèi)部的溝槽； 在所述溝槽中生長(zhǎng)n+GaN摻雜層； 去除所述掩膜層和所述S12介質(zhì)； 在所述歐姆接觸區(qū)域和所述非歐姆接觸區(qū)域上沉積與GaN材料的功函數(shù)對(duì)應(yīng)的歐姆接觸金屬層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述n+GaN摻雜層的摻雜濃度為IX1019-5X1019。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述歐姆接觸金屬層為單層或多層結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述去除所述掩膜層和所述S12介質(zhì)中，所述掩膜層和所述S12介質(zhì)采用緩沖氧化蝕刻劑BOE溶液進(jìn)行腐蝕。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述S12介質(zhì)采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法PECVD工藝沉積得到。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述S12介質(zhì)采用電感耦合等離子體ICP工藝進(jìn)行刻蝕。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述n+GaN摻雜層采用金屬有機(jī)化合物沉積MOCVD工藝生長(zhǎng)。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種GaN？HEMT器件非合金歐姆接觸的制作方法。其包括在Si襯底上依次形成GaN緩沖層、GaN溝道層和AlGaN勢(shì)壘層；在AlGaN勢(shì)壘層表面沉積SiO2介質(zhì)，并在SiO2介質(zhì)上覆蓋掩膜層，采用光刻工藝在掩膜層上形成歐姆接觸區(qū)域和非歐姆接觸區(qū)域，其中，歐姆接觸區(qū)域位于非歐姆接觸區(qū)域兩側(cè)；對(duì)露出在歐姆接觸區(qū)域內(nèi)的SiO2介質(zhì)進(jìn)行刻蝕，以形成嵌入GaN溝道層內(nèi)部的溝槽；在溝槽中生長(zhǎng)n+GaN摻雜層；去除掩膜層和SiO2介質(zhì)；在歐姆接觸區(qū)域和非歐姆接觸區(qū)域上沉積與GaN材料的功函數(shù)對(duì)應(yīng)的歐姆接觸金屬層。本發(fā)明能夠避免高溫退火對(duì)GaN晶格帶來的損傷。
【IPC分類】H01L29/45, H01L21/335, H01L29/06
【公開號(hào)】CN105552108
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510896812
【發(fā)明人】黎明, 陳汝欽
【申請(qǐng)人】成都海威華芯科技有限公司
【公開日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2015年12月7日