[发明专利]GaN HEMT无金低粗糙度欧姆接触电极的制备方法

说明书

本发明涉及一种GaN HEMT无金低粗糙度欧姆接触电极的制备方法，本发明采用磁控溅射Ti/Al/Pd/W金属薄膜结构，通过后期高温N₂氛围下RTA快速退火促进Ti/Al/Pd/W重新结晶，相互发生固相反应，形成欧姆接触电极。传统的Ti/Al/Ni/Au结构在合金过程中，Al处于熔融状态，会形成AlAu₂或AlAu₄等颗状物，增大欧姆接触电极表面粗糙度，因此合金以后会影响光刻标记识别，一般需要重新制作标记，从而加大了工艺复杂度，降低了光刻对准精度，影响最终成品率，并且粗糙的欧姆接触电极容易引起金属电迁移，影响器件可靠性。同时本发明也明显提升了欧姆接触金属电极的导电性和抗性。

技术领域

本发明是涉及广泛应用于5G基站、移动终端、基站卫星、雷达市场、SBD、FET、无线充电、电源开关市场的一种关于GaN高电子迁移率晶体管欧姆接触电极制备工艺的技术领域，更具体的涉及一种GaN HEMT无金低粗糙度欧姆接触电极的制备方法。

背景技术

在微电子领域，由于GaN材料的禁带宽度大的特点，可以制作高温大功率电子器件。例如用GaN基材料制作的MOSFET器件在汽车电子、开关电源等领域有广泛的应用。GaN材料具有电子漂移饱和速度高，介电常数小，导热性能好等特点可以制作抗辐射、高频、大功率电子器件。此外，GaN材料在高速以及微波器件领域也有广阔的应用前景。然而，较高的成本限制了GaN高电子迁移率晶体管的广泛应用，降低GaN高电子迁移率晶体管制造成本的方法是实现GaN-on-Si CMOS工艺线大规模生产的技术关键。低电阻率的欧姆接触电极是确保GaN高电子迁移率晶体管达到最佳器件性能的关键因素。常规的高电子迁移率晶体管的欧姆接触电极工艺中采用含金金属结构，例如：传统的Ti/Al/Ni/Au在合金过程中，因为Au的扩散能力极强，会造成Au对CMOS工艺线的污染；而Al处于熔融状态，会形成AlAu₂或AlAu₄等颗状物，影响欧姆接触电极表面粗糙度，因此合金以后会影响光刻标记识别，一般需要重新制作标记，从而增大了工艺复杂度，降低了光刻对准精度，影响最终成品率，并且粗糙的欧姆接触电极容易引起金属电迁移，影响器件可靠性。因此，无金低粗糙度欧姆接触技术是提高GaN高电子迁移率晶体管可靠性和实现GaN-on-Si CMOS工艺线的大规模制造的关键。

由于我们发现Pd金属熔点高，可以作为扩散阻挡层金属，阻止高温合金时W和Al的扩散，而Ni的温度较低，无法承担这个任务，甚至在Ti/Al/Ni/Au结构中，Ni由于熔点较低，也无法避免少量的Au向内层扩散，所以Pd是良好的扩散阻挡层。高性能Pd薄膜通常是在较低的基底温度(40～50℃)下通过磁控溅射方式沉积的。沉积较薄的欧姆接触电极金属结构非常适用于life-off工艺，这样可以大大降低电极制备工艺复杂性，只需通过特定的掩膜设计，然后在分析纯丙酮溶液中浸泡2h,即可形成复杂的电极图形，并且不会对器件造成不良影响，而且电极尺寸控制精准，精度较高，同时省略了复杂的金属刻蚀工艺，大大降低了GaN-on-Si CMOS的生产成本，并且不会产生如刻蚀损伤、高温下金属-半导体间的固相反应和高温磁控溅射沉积金属及其合金薄膜，后续降温时间较长，制备成本增加且效率下降等不利的影响，非常有利于大规模工业化生产，因此具体如何设计使用W、Pd制作GaN HEMT无金低粗糙度欧姆接触电极的制备工艺显得尤为重要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是在于改善Ti/Al/Ni/Au电极薄膜结构作为欧姆接触层金属高温退火过程存在的缺陷，通过磁控溅射Ti/Al/Pd/W薄膜结构，并且后期采用RTA高温快速退火，达到制作GaN HEMT无金低粗糙度欧姆接触电极的目的。其中W作为帽层金属，有效避免退火过程中欧姆接触势垒金属层的氧化，提升欧姆金属的导电性和抗性，同时使用在N₂氛围下退火，降低了GaN晶体管退火造成的表面损伤，是一种新型的GaN HEMT无金低粗糙度欧姆接触电极的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种GaN HEMT无金低粗糙度欧姆接触电极的制备方法，包括如下步骤：