[发明专利]一种降低宽禁带半导体器件欧姆接触电阻的方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种基于离子注入和激光退火降低宽禁带半导体器件欧姆接触电阻的方法。

背景技术

GaN是第三代半导体材料的代表，具有高电子迁移率，高击穿电压，和耐高温等优点，在新一代移动通信，雷达技术和电力电子领域有着广阔的应用前景。但是，GaN材料还有一些问题没有解决。最主要的一个难题就是GaN的欧姆接触制备。由于GaN材料功函数过小以及材料本身存在极强的自发极化和压电极化，导致器件的欧姆接触电阻过大，对跨导、微波噪声、饱和电流以及可靠性影响极大。性能优良的欧姆接触需要具备接触电阻小、表面形貌好、轮廓清晰和可靠稳定等特点。为了降低GaN的欧姆接触电阻，世界上的研究者提出了一些方法：(1)在欧姆接触区蒸发Ti/Al/Ni/Au或Ti/Al/Mo/Au等多层金属，在850℃环境中快速热退火30s形成合金；(2)向欧姆接触区中注入²⁸Si离子，在高温中激活杂质；(3)向欧姆接触区中注入²⁸Si离子，用AlN或SiN做保护层，在100个大气压、1500℃的N₂环境中快速热退火；(4)用MOCVD生长AlGaN/GaN全结构，并将欧姆接触区刻蚀掉，然后用MBE在欧姆区再生长高掺杂的GaN。对于大规模生产来讲，前人发明的方法并不能满足生产的要求。快速热退火虽然能形成低阻合金，但是合金的表面形貌很差，这直接制约了GaN特征尺寸的进一步缩小。MBE再生长高掺杂GaN技术虽能规避热退火带来的问题，但是效率很低。此外，1500℃的高温虽能激活离子并修复注入损伤，但是GaN会剧烈分解，导致电子迁移率急剧下降，器件栅漏电急剧增加。

发明内容

本发明专利的目的在于克服上述已有技术的缺点，提出一种制备GaN欧姆接触的简便且有效的方法，以降低GaN器件的源漏欧姆接触电阻，保持源漏电极金属形貌，降低器件热噪声，防止高温热退火带来的材料性能恶化以及器件的可靠性问题。

为了实现上述目的，本发明提出一种基于离子注入/激光退火降低宽禁带半导体器件欧姆接触电阻的方法，其特征在于所述器件为GaN材料，该材料由下至上依次包括衬底、缓冲层、AlN(氮化铝)插入层和势垒层，该方法包括以下步骤：

步骤一，沉积Si₃N₄

采用PECVD(等离子体增强化学气相沉积)在GaN材料上沉积一层Si₃N₄注入牺牲层，腔体压强为600mT，温度为250℃，功率为22W，沉积时间为6min，沉积Si₃N₄所需气体流量分别为：SiH₄流量为4sccm，N₂流量为196sccm，NH₃流量为2sccm，He流量为200sccm。

步骤二，涂覆光刻胶，并光刻显影去除非注入区光刻胶

在步骤一所沉积的Si₃N₄层上涂覆光刻胶，光刻胶为负胶AZ5214E，涂覆厚度约为1μm，前烘90s，温度100℃。用EPD1000显影，时间90s，显影可去除非离子注入区的光刻胶。

步骤三，沉积Ni金属

采用电子束蒸发仪器VPC-1100在步骤二的掩膜图形上表面沉积200nm Ni金属，蒸发腔体内真空度≤2.0×10^-6Torr，Ni的蒸发速率是0.1nm/s。

步骤四，掩膜金属Ni剥离

将沉积完Ni金属的衬底放入丙酮中浸泡30～40min，紧接着再超声3min，然后用无水乙醇超声2min，最后用超纯水冲洗并用N₂吹干，以实现离子注入区域的Ni金属剥离，非离子注入区的Ni金属未被剥离以实现注入阻挡，同时衬底上面的光刻胶全部被被剥离掉。

步骤五，注入²⁸Si离子

采用LC-4型离子注入机，对势垒层和缓冲层进行²⁸Si离子注入。

步骤六，对离子注入后的GaN衬底进行激光退火

采用KrF激光器或ArF准分子激光器对离子注入后的GaN衬底进行激光退火以便激活²⁸Si。

步骤七，腐蚀掉Ni金属掩膜

用20％稀硫酸腐蚀掉衬底上的全部Ni金属掩膜，时间为30min。

步骤八，腐蚀Si₃N₄层