[发明专利]一种氮化物半导体器件的欧姆接触结构及其制作方法

说明书

本发明公开了一种氮化物半导体器件欧姆接触的制作方法，于GaN基底上形成含有Al层的金属堆叠结构，于氧气气氛中进行低温氧化使所述Al层侧壁形成氧化铝阻挡层，然后通过高温合金使金属堆叠结构与GaN基底形成欧姆接触。本发明在欧姆金属合金前先进行低温氧化处理，使欧姆金属外侧铝氧化成氧化铝，通过侧壁氧化铝阻挡高温合金时铝元素的横向扩散，从而改善GaN基器件欧姆接触制作过程中出现的铝元素横向扩散问题，降低了界面污染和改善界面态；本发明的方法仅在传统GaN基器件的欧姆金属制作过程中增加低温氧化，工艺简单，不引入其他物质，也无需其他材料，实用性强，效果好。

技术领域

本发明涉及半导体制作工艺，尤其涉及一种氮化物半导体器件的欧姆接触结构及其制作方法。

背景技术

第三代半导体材料GaN由于具有大禁带宽度(3.4eV)、高电子饱和速率(2×10⁷cm/s)、高的击穿电场(1×10¹⁰～3×10¹⁰V/cm)、较高热导率、耐腐蚀和抗辐射性能成为当前研究热点，具有广阔的应用前景。尤其是AlGaN/GaN异质结结构的HEMT(High electronmobility transistors)具有高频、高功率密度以及高工作温度的优点，是固态微波功率器件和功率电子器件的发展方向。

欧姆接触工艺是制作高性能的GaN基器件的关键技术之一，直接影响器件的功率、频率和可靠性等性能。由于GaN材料具有很高的热稳定性，不容易发生化学反应，因此不容易形成欧姆接触。通常GaN需要钛(Ti)、铝(Al)等低势垒活性金属合金形成欧姆接触，合金温度需要达到800℃以上。但金属Al的熔点低，在高温合金时Al处于熔融状态，容易出现金属外扩，外扩的Al在高温下氧化并沉积在外延材料的表面，从而使外延材料的表面态偏大，影响器件性能。

为此当前有报道采用高温生长的氮化硅介质侧壁阻挡Al元素扩散，进而实现对材料表面的保护，有效降低器件界面污染和界面态水平，但生长高温氮化硅介质需要额外增加设备，且欧姆工艺需要先生长介质、后刻蚀介质开孔，需求的机台多，工艺复杂，导致工艺成本高。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种GaN基器件中阻止欧姆金属铝元素横向扩散的方法，以解决GaN基器件欧姆金属高温合金时出现铝元素横向扩散的问题

为了实现以上目的，本发明的技术方案为：

一种氮化物半导体器件欧姆接触的制作方法包括以下步骤：

1)于GaN基底上形成金属堆叠结构，所述金属堆叠结构包括依次沉积的扩散阻挡层、Al层及上金属层；

2)于氧气气氛、350℃～650℃下氧化30～240s使所述Al层侧壁形成氧化铝阻挡层；

3)于氮气气氛、800℃～900℃下合金20～60s，使所述金属堆叠结构与GaN基底形成欧姆接触。

可选的，所述扩散阻挡层是Ti层。

可选的，所述扩散阻挡层的厚度为10～30nm。

可选的，所述Al层的厚度为100～200nm。

可选的，所述上金属层是Ni/Au叠层、Pd/Au叠层、Pt/Au叠层、Mo/Au叠层、Ti/Au叠层或TiN层。

可选的，所述金属堆叠结构通过金属蒸发工艺或溅射工艺制得。

可选的，步骤2)中，于氧气气氛、温度为400℃～600℃，时间为50～150s。

可选的，步骤2)中升温条件为30～180s内由室温升至所述氧化温度，于所述氧化温度下保温50～150s，后通过水冷、气冷、自然冷或其组合冷却至安全温度<50℃。

可选的，步骤3)中，采用快速热退火工艺进行所述合金化。