[实用新型]一种GaN基HEMT低温无金欧姆接触电极

说明书

本实用新型公开了一种GaN基HEMT低温无金欧姆接触电极，包括GaN基HEMT外延层，GaN基HEMT外延层内设置有GaN沟道层，电极包括在GaN基HEMT外延层的上表面从下到上依次排列设置第一金属层Ti、第二金属层Al和第三金属层TiW，或从下到上依次排列设置第一金属层Ti、第二金属层Al、第三金属层Ti和第四金属层TiW。还相应公开了该电极的制备方法。本实用新型有效降低GaN基HEMT欧姆接触的退火温度，改善AlGaN势垒层整体刻蚀造成的2DEG泄露和形成欧姆接触时的电流减少，降低了欧姆接触的形成难度，低温退火合金后的欧姆接触表面形貌及边缘更加平整。同时有助于降低GaN基HEMT器件的制造成本。

技术领域

本实用新型涉及半导体器件，特别涉及一种GaN基HEMT低温无金欧姆接触电极。

背景技术

GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)在高压、高频、大功率半导体激光器件以及高性能紫外探测器等领域有广泛的应用前景。然而，化合物半导体专用产线技术相对落后，制程更新和运营维护成本较高，提高了GaN基HEMT器件的生产成本。采用成熟先进的Si-CMOS工艺线生产HEMT器件，能有效降低HEMT器件的制备难度，降低制造成本。常规HEMT器件的欧姆和肖特基接触工艺中采用的重金属Au，在Si中会形成深能级杂质，污染CMOS工艺线。因此，HEMT无金欧姆接触技术是提高HEMT器件可靠性和实现Si-CMOS工艺线的大规模制造的关键。

GaN基HEMT器件的欧姆接触性能的好坏，直接影响饱和输出电流、导通电阻、击穿电压等关键器件性能。高质量的欧姆接触主要要求以下几点：(1)低接触电阻率(2)热稳定性好(3)较小的电极表面粗糙度(4)抗腐蚀能力强。

业界在GaN基HEMT上形成欧姆接触的退火窗口主要有两个：1、低温退火窗口，氮气氛围，退火温度为500～650℃；2、高温退火窗口，氮气氛围，退火温度为800～1000℃。

在低温退火过程中，少部分仅通过优化Ti、Al的厚度以及Ti/Al的相对厚度，即采用一种Ti较薄(Al较厚)的Ti/Al基金属方案，由于未刻蚀减薄欧姆接触区域下的AlGaN势垒层，低温退火的的界面反应较弱，退火后仍剩余较厚的AlGaN势垒层，金属-半导体间的电子隧穿几率仍较低，该不刻蚀的低温欧姆接触的良品率较差。

在低温退火过程中，文献报道的解决方法都是采用干法刻蚀，刻蚀至距离二维电子气(2DEG)沟道1～2nm为最佳，由于常规的干法刻蚀精度不易控制，不同外延刻蚀速率的差异较大，导致刻蚀工艺的可重复性较差，不利于大规模工业化生产。然而，对于AlGaN势垒层整体刻蚀的低温欧姆接触，由于AlGaN势垒层被整体刻蚀，欧姆区域的2DEG中断，一方面，2DEG中的高密度自由电子甚至会发生泄露，另一方面，与金属形成接触的2DEG的面积大大减少，导致形成欧姆接触的电流的降低[G.Greco,et al,Appl.Surf.Sci.,2016,383]。

在高温退火过程中，传统源漏欧姆接触常采用Ti/Al/X/Au四层金属结构，经过800℃以上的高温退火处理形成。这种经过高温退火过程的有金欧姆接触，具有粗糙的电极表面形貌、电极边缘[Y.-H.Hwang,et al,J.Vac.Sci.Technol.B,Nanotechnol.Microelectron.Mater.Process.Meas.Phenom.,2015,33(3)]。高温无金欧姆接触则通过选择合适的无金帽层金属，再优化Ti、Al的厚度以及Ti/Al的相对厚度，经过高温退火后，可以快速获得接触电阻低、表面形貌良好的无金欧姆接触。然而，一方面，高温退火会在AlGaN表面引入高密度的深能级/表面态，从而影响器件的动态性能，另一方面，欧姆接触的高温退火过程，容易引起异质结的降解，使得材料方块电阻增大，高温过程也限制了自对准“先栅”工艺的使用。

实用新型内容