[发明专利]铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管的制造方法，属于半导体制造技术领域。

背景技术

铝镓氮化合物(AlGaN)/氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)作为第三代宽禁带化合物半导体器件具有输出功率大、工作频率高、耐高温等特点，适合毫米波及以下各个频段的大功率应用,这使得其成为近年来半导体微波功率器件研究的热点。输出功率方面，目前公开的小尺寸AlGaN/GaN HEMT的输出功率密度可达30W/mm以上（Wu et al. IEEE Electron Device Lett.，Vol.25，No.3，pp.117-119，2004.），大尺寸器件单芯片连续波输出功率也已达到了100W以上（Nagy et al. IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest，pp.483-486,2005.），脉冲功率输出甚至达到了368W（Therrien et al. IEEE IEDM Tech. Digest，pp.568- 571,2005.）；工作频率方面，目前公开的AlGaN/GaN HEMT微波功率器件工作频率达到了3mm频段（M. Micovic et al., IEEE IMS Symp. Dig.,pp.237-239，2006.）。

AlGaN/GaN HEMT制造过程中，欧姆接触制作是关键技术之一，欧姆接触的形貌影响着器件后续工艺过程中的光刻对准，而接触电阻率大小则对器件性能有着直接影响。目前常规的AlGaN/GaN HEMT欧姆接触制作方法是将金属蒸发到AlGaN/GaN异质结材料表面并通过高温退火获得，采用的金属大多为Ti/Al或者以Ti/Al为基础改进的多层金属系统，并且退火温度一般在Al熔点之上（800-900^oC）。Ruvimov等人（Ruvimov S，et al. Applied Physics Letters，Vol.73，No.18，p.2582，1998.）揭示了Ti/Al与AlGaN/GaN异质结材料通过高温退火形成欧姆接触的过程，首先是在较低温度下（200-300^oC）Ti与Al反应生成Al₃Ti，当温度进一步提高到400 ^oC以上时，AlGaN势垒层中N原子将开始向金属层扩散，在AlGaN层中形成N空位，N空位具有类施主特性，它被高温退火激活，增大了金属中电子通过隧穿的方式到达AlGaN/GaN异质结界面处二维电子气（2DEG）的几率（反之亦然），使得金属电极与2DEG之间形成了导电通路，从而完成了AlGaN/GaN HEMT欧姆接触的制作。AlGaN/GaN HEMT采用目前常规的欧姆接触制作方法的缺点是通过高温退火后欧姆接触的表面较为粗糙，且边缘不整齐，对后续的光刻工艺有一定影响，不利于提升光刻栅脚、栅帽等细线条的成品率。

通过优化包括Ti/Al为基础的多层金属系统等措施可以在一定程度上改善欧姆接触形貌；另外一种方法则是对需要进行欧姆接触电极制作的区域在事先采用离子注入的方法注入高浓度的施主杂质并通过高温退火将其激活，从而对需要进行欧姆接触电极制作的区域形成n型重掺杂。通过n型重掺杂可以有效提升金属中电子通过隧穿的方式到达AlGaN/GaN异质结界面处二维电子气（2DEG）的几率，在对重掺杂区域淀积欧姆接触金属后即使在未采取高温退火的情况下，金属与其下的半导体就已经形成了欧姆接触，而通过温度不高于Al熔点的温度退火后所形成的欧姆接触电阻完全可以达到通过Al熔点之上的高温退火获得的欧姆接触电阻值。离子注入高浓度的施主杂质并通过高温退火将其激活，从而对AlGaN/GaN异质结构外延材料形成n型重掺杂的方法可参见Irokawa等人（Y. Irokawa et al. Applied Physics Letters，Vol.86，p.192102-2, 2005.）的报道；采用离子注入的方式对GaN HEMT欧姆接触电极制作的区域形成重掺杂并通过不高于Al熔点的高温退火使得欧姆接触金属与其下半导体形成良好欧姆接触的方法可参见Nomoto等人（Kazuki Nomoto, et al. IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, VOL.28, NO.11, p.939, 2007）的报道。