[发明专利]一种基于自组装掩膜技术的欧姆接触结构制备方法及器件

说明书

本发明涉及一种基于自组装掩膜技术的欧姆接触结构制备方法及器件，该方法包括：选取具有氮化镓异质结结构的晶圆；在晶圆表面淀积掩膜层，掩膜层包括自下而上依次层叠设置的介质掩膜层和金属掩膜层；进行快速热退火处理，以使金属掩膜层自发收缩团聚，形成若干纳米尺度孔洞；在晶圆上需要制备欧姆接触的区域，利用刻蚀工艺依次刻蚀掉纳米尺度孔洞下方的介质掩膜层、复合势垒层和部分沟道层，形成欧姆接触区；在欧姆接触区沉积欧姆接触金属，并对其进行快速热退火处理，使欧姆接触金属与二维电子气沟道形成欧姆接触结构。本发明方法实现了图形尺度为纳米量级的掩膜层，而且降低了工艺成本与工艺复杂度，提升了工艺良率。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种基于自组装掩膜技术的欧姆接触结构制备方法及器件。

背景技术

第三代半导体材料——氮化镓及其三族氮化物材料家族具有宽带隙、高迁移率、高二维电子气浓度、高电子饱和速度等优异特性，广泛应用于先进射频器件与电力电子器件领域。以氮化镓异质结结构为核心的氮化镓电子器件，具有广泛的应用前景。

高性能的基于氮化镓高电子迁移率异质结结构的二极管和晶体管需要具有低阻值的欧姆接触。为实现氮化镓高电子器件的低阻值欧姆接触，当前的欧姆接触结构设计和制备技术主要有以下几种：在氮化镓异质结结构上沉积金属，然后在惰性气体如氮气气氛中退火。在氮化镓异质结结构上进行离子注入并退火激活，使得离子注入区域形成n型的高掺杂，并与其后淀积在离子注入区域上的金属形成比较好的欧姆接触。在氮化镓异质结结构上制作凹槽，在凹槽中沉积金属，使得金属和氮化镓异质结处的二维电子气之间直接形成接触，基于在氮化镓异质结结构上制作凹槽以沉积欧姆接触金属的思路，提出了一种高密度纳米柱状欧姆接触结构。

上述欧姆接触结构设计和制备技术同时存在以下问题：在氮化镓异质结结构上沉积金属，然后在惰性气体如氮气气氛中退火的技术，对于进一步降低具有高铝组分铝镓氮势垒和氮化铝势垒结构的欧姆接触电阻，有较大的的困难。在氮化镓异质结结构上进行离子注入并退火激活的技术，对于具有更宽带隙的势垒层，特别是高铝组分的铝镓氮势垒层和氮化铝势垒层，不容易实现高掺杂，进而不易形成较好的欧姆接触。高密度纳米柱状结构欧姆接触结构，需要制备刻蚀图形尺度为纳米量级的刻蚀掩膜，常规刻蚀掩膜是用光刻胶掩膜实现的，但是纳米量级图形的刻蚀掩膜，一般的接触式光刻机及其工艺很难实现，需要高精度的KrF步进式光刻机(Stepper或Scanner)、或ArF步进式光刻机(Stepper或Scanner)、或者电子束曝光机(EBL)，设备和工艺成功均比较高，而且，电子束曝光机的工艺时间较长，比较难于量产化。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于自组装掩膜技术的欧姆接触结构制备方法及器件。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种基于自组装掩膜技术的欧姆接触结构制备方法，包括：

S1：选取具有氮化镓异质结结构的晶圆，所述晶圆包括自下而上依次层叠设置的衬底、复合缓冲层、沟道层和复合势垒层，所述沟道层和所述复合势垒层之间形成二维电子气沟道；

S2：在所述晶圆表面淀积掩膜层，所述掩膜层包括自下而上依次层叠设置的介质掩膜层和金属掩膜层；

S3：进行快速热退火处理，以使所述金属掩膜层自发收缩团聚，形成若干纳米尺度孔洞；

S4：在所述晶圆上需要制备欧姆接触的区域，利用刻蚀工艺依次刻蚀掉所述纳米尺度孔洞下方的所述介质掩膜层、所述复合势垒层和部分所述沟道层，形成欧姆接触区；

S5：在所述欧姆接触区沉积欧姆接触金属，并对其进行快速热退火处理，使所述欧姆接触金属与所述二维电子气沟道形成欧姆接触结构。

在本发明的一个实施例中，所述衬底为高阻硅、半绝缘碳化硅、半绝缘蓝宝石、半绝缘金刚石、或半绝缘氮化铝材料，其厚度为50-1500μm，所述高阻硅的电阻率为1000-30000Ω·cm，晶向为111；