[发明专利]AlGaN/GaN HEMT器件欧姆接触电极的制备方法

说明书

本发明公开了AlGaN/GaN HEMT器件欧姆接触电极的制备方法，包括以下步骤：(1)利用光刻技术，AlGaN/GaN异质结外延片表面制备出源漏欧姆接触窗口；(2)采用ICP刻蚀的方法，对欧姆接触区域进行干法刻蚀，完全去除AlGaN层，并刻蚀至GaN沟道层往下5～20nm处；(3)在源漏区域依次沉积金属Al层、金属Ti层、金属Au层；(4)去胶剥离后，于600～750℃进行合金退火处理，形成欧姆接触电极。相比于传统欧姆接触电极金属体系，本发明的欧姆接触电极合金温度下降了200℃左右，降低了工艺难度，合金后的欧姆接触表面形貌更加平整。

技术领域

本发明涉及GaN基HEMT器件，特别涉及AlGaN/GaN HEMT器件欧姆接触电极的制备方法。

背景技术

GaN材料作为第三带半导体的代表，是继Si、GaAs材料之后的一种重要半导体材料，由于具有大禁带宽度、高临界场强、高载流子饱和速度以及耐高温抗辐照等优良特性，受到研究者的广泛关注。其中GaN基异质结(如AlGaN/GaN)高电子迁移率场效应晶体管(HEMT)在微波及毫米波领域所展现出来的优异性能，使国内外对其进行了广泛而深入的研究。经过近些年来的努力，GaN基HEMT器件性能和稳定性得到了巨大提升。

GaN基HEMT器件在制造工艺过程中，源漏欧姆接触工艺是关键技术之一，直接影响着器件的频率和功率性能。源漏欧姆接触工艺广泛采用真空电子束蒸发、磁控溅射等方法在GaN基材料表面堆叠钛/铝/高熔点金属/金(Ti/Al/Metal/Au)多层金属体系，而后高温合金形成欧姆接触。

在高温退火过程中，金属Ti与氮化物发生反应，分解AlGaN表面的氧化物，在界面层生成TiN和AlTi₂N合金，使势垒层出现N空位，使得电极下方的AlGaN层变成重掺杂区域，大大降低耗尽层厚度，电子容易通过隧道进入沟道层，从而获得低的欧姆接触电阻率，同时Al和Ti形成TiAl₃晶相的钛铝合金，既能阻止Ti进一步氧化，也能防止上层金属往下扩散与半导体形成肖特基接触，进一步降低了欧姆接触电阻率。Ti/Al/Metal/Au多层金属体系中的Metal被称为“阻挡层”，作用是阻止上层Au往下扩散，Au与Al反应会形成具有高电阻值的合金。Au的作用是防止内层金属氧化，降低欧姆接触电阻率及提高稳定性。

对于广泛采用的Ti/Al/Metal/Au多层金属体系，由于其金属体系复杂，其金属比例、金属层厚度、退火温度和时间对欧姆接触影响很大，目前，文献报道基本都是采用Ti/Al/Ti/Au、Ti/Al/Ni/Au和Ti/Al/Ta/Au等，其合金温度一般高达800～950℃甚至更高，导致工艺难度增大。又由于金属Al层一般要求100nm以上的厚度，从现有结果来看，大厚度高活性的Al层在高温退火后使得电极表面粗糙度及边缘齐整度不够理想，有待改进。

与此同时，与AlGaN直接接触的Ti金属层也有被复合金属层(如Ti/Al/Ti/Al/Ti/Al等多层金属)替代的相关研究。此外，还有关于欧姆接触区干法刻蚀以及刻蚀后二次外延生长n-GaN的欧姆接触研究，所有这些努力都是致力于降低欧姆接触电阻率和提高电极表面形貌及边缘齐整度，以提高器件性能及稳定性。但是很明显，采用复合金属层和金属接触区刻蚀、再生长都无疑增加了器件的制造成本和工艺复杂度，这对器件工艺的稳定性是不利的。最近，有研究者也采用Al作为金半接触金属，以实现低温欧姆接触，但是由于AlGaN势垒层中的Al组分阻碍了接触金属Al与半导体的互扩散，形成的欧姆接触性能不佳。综上所述，从GaN器件使用推广的角度来说，在保证欧姆接触性能的前提下，尽量减小金属体系的层数、金属种类、退火温度和工艺复杂度是人们努力的方向。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种AlGaN/GaNHEMT器件欧姆接触电极的制备方法，降低了工艺难度，同时改变Al、Ti金属的相对位置以及大大降低了Al层的厚度，使合金后的欧姆接触表面形貌更加平整。

本发明的目的通过以下技术方案实现：