[发明专利]降低HEMT器件欧姆接触电阻的方法

说明书

技术领域

本发明涉及氮化物的制备方法技术领域，尤其涉及降低HEMT器件欧姆接触电阻的方法。

背景技术

GaN材料作为第三代半导体材料的代表，是继Si、GaAs材料之后出现的一种重要半导体材料，由于其具有大禁带宽度、高临界场强、高载流子饱和速度以及耐高温抗辐照等优良特性，受到人们的广泛关注。其中GaN基异质结（如AlGaN/GaN和InAl/GaN等）高电子迁移率场效应晶体管（HEMT）在微波及毫米波领域所展示出来的优异性能，使得国内外对其进行了广泛而深入的研究，经过近些年来的努力，GaN基HEMT器件性能和稳定性得到了巨大提升。

在GaN基 HEMT器件的制造工艺过程中，源漏欧姆接触工艺是关键技术之一，直接影响着器件的频率和功率性能。源漏欧姆接触工艺广泛采用真空蒸发、溅射沉积等方法，在GaN基异质结材料表面堆叠钛/铝/镍/金（Ti/Al/Ni/Au）多层金属体系，而后高温合金形成欧姆接触。在高温合金过程中，金属与氮化物发生反应，生成氮化钛（TiN）和铝钛氮（AlTi₂N），从而获得了低的欧姆接触电阻率，同时Ti和Al之间也形成了TiAl₃金相的钛铝合金，进一步降低了欧姆接触电阻率。

对于被广泛采用的Ti/Al/Ni/Au多层金属体系，其合金温度一般高达700-950℃甚至更高，退火温度过高或过低、时间过长或过短都会大大影响欧姆接触的性能，而且，金属比例和金属层厚度对欧姆接触影响也很大。与GaN直接接触的Ti金属层也有被复合金属层（如Ti/Al/Ti/Al/Ti/Al等多层金属）替代以降低欧姆接触，改善欧姆表面形貌。但是从现有结果来看，上述这些方法都需要高温合金，合金后的表面形貌和边缘整齐度并不理想，有待改进。此外，还有通过源漏区域离子注入以实现低欧姆接触和良好的表面形貌，但该工艺需要高温激活注入的离子，而且注入过程中会有横向扩散，造成GaN材料的损伤。

目前，如图9所示，在欧姆接触区二次外延生长n型重掺杂GaN以降低欧姆接触电阻率和改善表面形貌已成为近几年国际上的新型工艺。由于再生长的n型重掺杂GaN体浓度一般要高于1×10¹⁹cm^-3，因此，源漏金属与n型重掺杂GaN之间不需要合金即可获得良好的欧姆接触。该工艺可以实现非合金的欧姆接触，大大提高了欧姆接触表面及边缘形貌，并可以实现源漏栅的自对准工艺。二次外延生长n型重掺杂GaN大都采用分子束外延（MBE）方法外延实现，但也有人采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）方法。该方法实现的欧姆接触电阻主要包括金属与n型重掺杂GaN间的接触电阻、n型重掺杂GaN的体电阻以及n型重掺杂GaN与GaN异质结侧壁的接触电阻。n型重掺杂GaN的体电子浓度直接影响着金属与n型重掺杂GaN间的接触电阻以及n型重掺杂GaN的体电阻，而n型重掺杂GaN与GaN异质结侧壁接触的好坏直接影响着n型重掺杂GaN与GaN异质结侧壁的接触电阻，该接触电阻对整体欧姆接触影响最大。因此，有效降低n型重掺杂GaN与GaN异质结侧壁的接触电阻对减小整体欧姆接触有着重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种降低HEMT器件欧姆接触电阻的方法，所述方法改善了n型重掺杂GaN与GaN异质结侧壁的欧姆接触，降低了n型重掺杂GaN与GaN异质结侧壁的接触电阻。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种降低HEMT器件欧姆接触电阻的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）外延结构生长，依次在衬底上形成GaN层和势垒层；

2）在势垒层的上表面生长SiO₂层；

3）利用反应离子刻蚀设备在漏源欧姆区域刻蚀SiO₂层至势垒层的上表面；

4）利用电感耦合等离子体刻蚀设备在源漏欧姆区域刻蚀GaN材料，刻蚀至GaN层和势垒层异质结界面以下，而后使用高温退火炉进行退火处理；

5）利用MBE或MOCVD设备在源漏欧姆区域二次外延n型重掺杂GaN材料；

6）腐蚀掉势垒层上表面剩余的SiO₂，得到未生长漏源电极的HEMT器件。

优选的，所述势垒层的使用材料为AlGaN、InAlN或AlN。

优选的，所述SiO₂层厚度为20-300nm。

更优选的，所述SiO₂层厚度为150nm。

优选的，在步骤4）中需刻蚀至GaN层和势垒层异质结界面以下40±10nm处。