一种变比例钛铝共晶的GaNHEMT欧姆接触工艺方法与流程

本发明涉及化合物半导体加工制造领域，特别是一种变比例钛铝共晶的ganhemt欧姆接触工艺方法。

背景技术：

ganhemt是第三代化合物半导体的代表器件，是电力电子和微波功率应用领域的核心器件。在以上两个主要应用领域，ganhemt器件的欧姆接触质量尤其重要，ganhemt器件为三端器件，源、漏极分别作为信号的接地、输出端，其欧姆接触的性能好坏，直接影响器件的饱和输出电流、导通电阻、击穿电压和输出功率等关键指标，同时影响器件的高频性能和高温可靠性。因为在gan材料中，ga和n的键能很大，无法通过常规离子注入的方式在器件源漏区域形成n型掺杂，因此业界常用在ganhemt上形成欧姆接触的方法是使用电子束蒸发或者磁控溅射金属的方式，在ganhemt的表面依次淀积ti、al、ni(或ti、ni、mo等高熔点金属)、au四层金属，在氮气气氛下，经过800～900摄氏度的高温环境持续退火30秒，合金反应中ti在al的催化下与algan反应(al的催化效率很低通常ti和al的比例需达到1:8以上)，形成金属化的半导体tin，能够与沟道二维电子气接触；在半导体里留下的n空位形成重掺杂，有利于载流子隧穿效应，以上两种机理的存在形成了ganhemt器件的欧姆接触，ni(或ti、ni、mo等)称为阻挡层金属，具有很高的熔点能够在高温合金反应中防止最上层电极金属向下扩散形成合金颗粒，影响电极表面粗糙度。最上层金属作为电极常采用电阻率低、不易被氧化的贵重金属(如au)。根据以上机理，金属ti和al的比例以及其共融的情况在合金反应中起到至关重要的作用，直接影响接触电阻率的高低以及电极表面的粗糙度，常规欧姆金属分别先淀积ti再淀积al的方式造成两种金属的接触面积非常有限；合金反应中al先融化且厚度较厚，其自由流动与其他金属形成的合金颗粒会严重影响最终欧姆电极的表面形貌。因此，增大欧姆金属ti和al的接触面积、同时准确地控制两种金属的比例是ganhemt欧姆接触成败的关键。

基于多层金属合金反应的ganhemt欧姆接触形成机理，为了提高欧姆接触的质量，常用的方法有：1.调节金属ti和al的比例，增加金属al有利于催化反应从而降低接触电阻率，但所得到的电极表面较为粗糙，减少金属al有利于提高电极表面形貌但接触电阻率偏高。通常当ti/al比例为1:12时取得较低接触电阻率，当ti/al比例为1:6时电极表面较为平整；2.保证ti/al两层金属总厚度和比例不变，把其分成4层ti/al堆栈结构，有利于改善合金反应中两种金属的互融情况，但多层金属淀积的难度增加直接降低良率，不利于产业化。

鉴于以上分析，在ganhemt合金欧姆接触中，ti和al的比例以及接触面积非常关键，现有技术都无法使两种金属共融的情况达到最优，因此本发明提出了一种使用同时溅射金属ti和al的方式，在同个真空腔体内，同时打开ti和al溅射源而形成两种金属的混合物，通过控制两种金属溅射射频电源的功率，使靠近半导体的一侧al含量较高有助于催化ti与algan反应；在接近电极表面的一侧al的含量降低来降低最终欧姆电极的表面突起。采用以上方式取代常规欧姆接触先淀积ti再淀积al，有利于提高ti和al的接触面积，进而降低合金反应温度，降低接触电阻率和提高电极表面形貌。

技术实现要素：

本发明提出了一种基于ti和al两种金属同时溅射的方式来淀积欧姆金属，使ti和al的金属接触面积最大化，降低接触电阻率，最大化降低合金的反应温度，减少合金反应中形成的合金颗粒，降低欧姆电极表面的粗糙度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种变比例钛铝共晶的ganhemt欧姆接触工艺方法，包括如下步骤：

步骤1：在一个已完成的ganhemt外延结构表面使用光刻板在光刻胶上进行光刻显影形成欧姆电极图形；

步骤2：在步骤1形成的带电极区域光刻胶的晶圆上，沉积欧姆金属ti和al，同时溅射这两种金属，通过分别控制ti和al的射频电源功率来控制两种金属的沉积速率，使沉积的ti和al形成不同的厚度比，然后在沉积的欧姆金属上依次沉积阻挡层金属和电极金属；

步骤3：使用湿法浸泡，去离子水清洗的方法剥离步骤2中的欧姆金属；

步骤4：使用快速热退火进行欧姆合金反应。

优选地，所述欧姆金属的沉积分为4个阶段：第一阶段厚度比ti/al为1:12,第二阶段厚度比ti/al为1:8；第三阶段厚度比ti/al为1:4；第四阶段厚度比ti/al为1:2,每一个阶段的al含量根据相应比例一次降低,金属厚度在1-100nm。

优选地，所述阻挡层金属为高熔点金属，所述电极金属为抗氧化的贵重金属，阻挡层金属和电极金属沉积方式包括磁控溅射和电子书蒸发。

优选地，所述欧姆金属合金反应温度为400-900℃，反应时间10-600秒，反应气体为氮气或惰性气体，气体流量2.5-5l/min。

区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：

1、在一个腔体内同时沉积ti和al两种金属，能够使ti和al的接触面积达到最大化，进而提高合金反应中al对ti的催化作用，有利于降低接触电阻率。

2、最大化的ti、al共融也能在一定程度上降低合金反应温度，降低晶圆制备成本和提高良品率。

3、通过分别控制溅射射频电源的功率实现对ti、al含量控制，精确稳定，最终经过优化的变化比例的ti、al金属混合层，在合金反应中能形成更少的合金颗粒，从而降低最终欧姆电极的表面粗糙度。

附图说明

图1所示为在ganhemt结构外延片上光刻显影形成源、漏极图形的结构图；

图2所示为同时溅射金属ti和al形成变化比例ti、al混合层的结构图；

图3所示为依次沉积金属ni和au形成电极阻挡层和电极金属结构图；

图4所示为通过金属剥离形成源、漏极区域的结构图；

图5所示为经过高温合金反应形成最终欧姆接触电极的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

提供一种变比例钛铝共晶的ganhemt欧姆接触工艺方法，包括如下步骤：

步骤1：在一个已完成的ganhemt外延结构表面使用光刻板在光刻胶上进行光刻显影形成欧姆电极图形，所生成的器件结构如图1所示，ganhemt结构1外延片上通过光刻显影所形成源极3和漏极图形4；

步骤2：在步骤1形成的带电极区域光刻胶的晶圆上，如图5所示沉积欧姆金属ti和al，同时溅射这两种金属的混合层5，通过分别控制ti和al的射频电源功率来控制两种金属的沉积速率，使沉积的ti和al形成不同的厚度比，具体的：第一阶段厚度比ti/al为1:12,第二阶段厚度比ti/al为1:8；第三阶段厚度比ti/al为1:4；第四阶段厚度比ti/al为1:2,每一个阶段的al含量根据相应比例一次降低,金属厚度在1-100nm；然后再溅射厚度为50nm的阻挡层金属ni，最后溅射厚度为300nm电极金属au，形成阻挡层和保护层6，如图3所示；

步骤3：使用湿法浸泡，去离子水清洗的方法剥离步骤2中的欧姆金属，形成源极区域3和漏极区域；

步骤4：使用快速热退火炉进行欧姆合金反应，具体的：在气体流量3l/min氮气环境下，室温经过20s升至200摄氏度，200摄氏度维持120s；200摄氏度经过8s升至600摄氏度，600摄氏度维持30s；600摄氏度经过60s降至400摄氏度，400摄氏度维持120s；最后自然降温至室温，完成欧姆合金退火最终欧姆接触电极7。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。