[发明专利]AlGaN-GaN异质结欧姆接触制作方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及半导体材料、器件制作，具体的说是一种半导体器件欧姆接触的工艺制作方法，可用于制作AlGaN/GaN异质结电子器件。

背景技术

近年来以SiC和GaN为代表的第三带宽禁带半导体以其大禁带宽度、高击穿电场、高热导率、高饱和电子速度和异质结界面二维电子气浓度高等特性，使其受到广泛关注。在理论上，利用这些材料制作的高电子迁移率晶体管HEMT、发光二极管LED、激光二极管LD等器件比现有器件具有明显的优越特性，因此近些年来国内外研究者对其进行了广泛而深入的研究，并取得了令人瞩目的研究成果。

AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管HEMT在高温器件及大功率微波器件方面已显示出了得天独厚的优势，追求器件高频率、高压、高功率吸引了众多的研究。近年来，AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管在雷达应用的高频功率放大器方面的需求越来越迫切，怎样从材料结构和器件结构设计上进行优化和提高是现在面临的主要研究问题。要使器件应用在更大的功率下并得到更高的效率，良好的源、漏欧姆接触特性必不可少。目前，AlGaN/GaN异质结由于AlGaN具有较大的禁带宽度，比较难以寻找到合适的金属材料直接形成接触电阻较小的欧姆接触。普遍采用的方法是用低功函数的金属Ti与材料表面经退火形成合金效应，增加隧穿几率，利用隧穿来减小接触电阻，即形成低附加阻抗的欧姆接触。用于形成合金的金属成分和退火温度目前已经基本上得到共识，对于AlGaN/GaN异质结，多采用Ti/Al/Ni/Au多层金属，Ti/Al比例为1:4～1:8；退火工艺条件通常采用温度为800℃～870℃，30～60s的快速热退火。参见Chaturvedi N，Zeimer U，Wurfl J，et al.Mechanismof ohmic contact formation in AlGaN/GaN high electron mobility transistors[J].Semicond Sci Technoi，2006，21(22)：175-179。

但是，随着进一步提高器件特性的要求，AlGaN/GaN异质结上欧姆接触的工艺也需要不断改进，以不断减小串联电阻，减小寄生效应，增大器件的放大能力和效率。目前研究者改进欧姆接触方法主要有下面几种：

1.采用离子注入的方法对源、漏电极区直接进行n型注入掺杂，增加接触层的掺杂浓度，进而提高隧穿几率和隧穿电流，达到减小欧姆接触电阻的目的。参见Haijiang Yu,L.McCarthy,S.Rajan，et al，Ion Implanted AlGaN–GaN HEMTs With Nonalloyed Ohmic Contacts，IEEE Electron Device Letters，2005，26(5)：283-285。该方法采用离子注入工艺增大了接触区域的掺杂浓度，增大了载流子隧穿几率，从而减小了接触电阻。但是工艺步骤涉及离子注入，工艺较为复杂，成本较高，高能离子的注入也会引入新的材料表面损伤。而且GaN系材料中杂质的激活能很高，注入的n型掺杂离子需要1000℃以上的退火温度才能激活，该高温激活工艺对材料其他性能可能产生负面的影响。

2.采用对源、漏欧姆电极区材料刻蚀减薄工艺，减小源、漏接触电阻。利用等离子干法刻蚀技术，对源、漏下方的势垒层进行刻蚀，减小欧姆接触到二维电子气的距离，甚至金属直接接触到2DEG，从而减小欧姆接触电阻。参见W.S.Lau,J.B.H.Tan,B.P.Singh，Formation of Ohmic contacts in AlGaN/GaN HEMT structures at500℃by Ohmic contact recess etching，Microelectronics Reliability，2009，49：558–561。该方法可以减小欧姆接触电阻，甚至可以采用更低的退火温度形成较好的欧姆接触，而且该工艺较离子注入工艺简单。但是，由于AlGaN/GaN异质结中AlGaN层一般小于30nm，而干法刻蚀速率难以精确控制并且刻蚀重复性差，导致源漏区AlGaN层刻蚀深度无法精确实现。若对源、漏区域整体刻蚀深度较大，将会损害源漏区下方所有的二维电子气层，使器件电流减小，器件特性变差，因此稳定性和可重复性较差。