一种降低GaN HEMT器件欧姆接触电阻的方法
【技术领域】
[0001]本发明是一种在GaN (氮化镓)材料上利用纳米微孔技术降低GaN HEMT (高电子迀移率晶体管)器件欧姆接触电阻的方法，属于半导体器件制备技术领域。
技术背景
[0002]GaN HEMT器件具有耐压高、输出功率密度高、耐高温以及工作频率高等特点，在通讯、雷达探测以及电源管理等多方面具有重要的应用价值。欧姆接触的性能对GaN HEMT器件性能有很大的影响。降低GaN HEMT器件欧姆接触，提升欧姆接触的表面及边缘形貌，对提升GaN HEMT器件的性能至关重要。为此，开发了多种提升GaN HEMT欧姆接触的技术，包括基于离子注入的低温欧姆接触技术、基于再生长技术的非合金欧姆接触技术、基于Si掺杂的Ti/Si/Al/Si/Au多层金属欧姆接触技术等。其中以基于Ti/Al/Ni/Au的多层金属欧姆接触技术应用最广泛。基于离子注入和再生长技术虽然可以获得极地的欧姆接触电阻，但该技术对设备的要求也更高。而常用的Ti/Al/Ni/Au欧姆接触体系，需要在800°C以上进行合金，才可以获得低的欧姆接触电阻。在高温合金过程中部分Al会与Au形成AlAu2SAlAu4等晶粒颗状物，使得欧姆金属表面粗糙。对于功率电子器件，粗糙的欧姆接触边缘会导致尖峰电场的出现，从而使得器件击穿特性下降。对于微波器件，还会引起电流分布不均匀以及高的信号衰减。器件在大电流工作时，还可能导致欧姆接触金属表面凸起处开裂，从而影响器件可靠性。因此，降低GaN HEMT欧姆接触电阻的同时，还需要考虑提升欧姆接触的表面以及边缘质量。
[0003]GaN基半导体材料由于具有宽的带隙，通常的欧姆接触都是基于隧穿效应来实现的。为了提升金属和半导体之间的隧穿效应，通常采用提升欧姆接触区域材料掺杂浓度或者减少欧姆区域下势皇层厚度来提升电子的隧穿能力。如W.s.Lau等采用势皇层刻蚀的技术，减薄势皇层的厚度来降低欧姆接触的合金温度。(W.S.Lau，J.B.H.Tan,B.P.Singh, Format1n of Ohmic contacts in AlGaN/GaN HEMT structures at 500°Cby Ohmic contact recess etching, Microelectronics Reliability 49 (2009) 558 -561)。但A.Fontser6等采用微细分析技术发现，在低欧姆接触的GaN HEMT器件中，欧姆金属和GaN异质结种的二维电子气的直接接触通道的形成，才更有效降低器件的欧姆接触电阻。(A.Fontsere, A.Perez-Tomas, M.Placidi, J.Llobet, N.Baron et al.， Microand nano analysis of 0.2 Ω mm Ti/Al/Ni/Au ohmic contact to AlGaN/GaN, App1.Phys.Lett.99，213504 (2011) )D
【发明内容】
[0004]本发明提出了一种基于纳米微孔技术来降低GaN HEMT欧姆接触电阻的方法，针对传统GaN HEMT欧姆接触电阻率不易降低，合金温度过高容易降低接触金属表面及边缘形貌的问题，具有有效降低GaN HEMT器件的欧姆接触电阻，并可以改善欧姆接触金属表面及边缘形貌，广泛应用于各类GaN HEMT器件的研制生产中。
[0005]本发明的技术解决方案为:一种基于纳米微孔技术降低GaN HEMT器件欧姆接触电阻的方法，步骤如下:
(1)在具有沟道层I和势皇层2的GaN异质结材料上生长Si3N43和S12 4复合介质层；
(2)利用光刻定义欧姆区域，在欧姆接触区域蒸发一薄层Ni金属5，利用金属剥离工艺将欧姆区域薄Ni金属5剥离下来；
(3)通过高温工艺使Ni金属4形成纳米团后，利用Ni的纳米团作为掩模，采用干法刻蚀工艺对S12 4介质层进行刻蚀，形成纳米柱；
(4)在完成纳米柱的样品表面，通过甩胶工艺涂一层光刻胶掩模层6;
(5)利用氧等离子体刻蚀部分光刻胶掩模层6，将纳米柱部分露出；
(6)利用缓冲氢氟酸溶液将S124刻蚀掉，利用干法刻蚀工艺刻蚀Si3N4 3介质层；
(7)利用有机溶剂去除光刻胶掩模层6，以Si3N43作为掩模，利用氯基干法刻蚀工艺将势皇层2和部分沟道层I的材料刻蚀，GaN异质结材料上形成微孔7 ;
(8)通过氢氟酸溶液将Si3N4去除，通过光刻定义源漏区域，利用金属剥离工艺在形成微孔7的源漏区域上制作欧姆接触金属8，并通过合金工艺获得欧姆接触。
[0006]本发明与现有技术具有的显著优点为:
1)在GaN异质结的势皇层和沟道间形成多个微通道，增加欧姆接触金属和异质结中二维电子气直接接触的几率，可有效改善器件接触电阻率；
2)微通道的尺寸通过纳米点来控制，尺寸可以达到纳米级，无须采用电子束工艺制备，工艺耗时少；
3)微通道的引入可降低GaNHEMT器件欧姆接触合金温度，改善欧姆金属表面及边缘形貌。
【附图说明】
[0007]图1为含微孔GaN HEMT欧姆接触结构示意图。
[0008]图2_1~图2-9为含微孔GaN HEMT欧姆接触工艺流程图。
【具体实施方式】
[0009]如图1所示，在具有沟道层I和势皇层2的GaN异质结材料上生长Si3N4 3和S124复合介质层；GaN异质结材料上形成微孔7 ；
一种基于纳米微孔技术降低GaN HEMT器件欧姆接触电阻的方法，包括:
(1)Si3N4 和 S12 ；
(2)复合介质层的制备；
(3)欧姆区域Ni纳米掩模的制作；
(4)Ni纳米掩模/S12纳米柱的制作；
(5)纳米柱图形转移到Si3N4掩模上；
(6)势皇层和沟道层区域微孔的形成；
(7)蒸发/剥离/退火形成欧姆接触。
[0010]下面结合附图2-1~图2-9，进一步描述本发明的技术方案: (1)在AlGaN势皇层2/GaN沟道层I形成的GaN异质结材料上采用PECVD生长100nmSi3N4 3和10nm S12 4复合介质层，如图2-1所示;
(2)通过甩胶、前烘在样品上涂一层AZ7908光刻胶，通过光刻的曝光、显影和后烘工艺定义出源漏区域，采用电子束蒸发设备，蒸发1nm的Ni金属5，将样品放入丙酮/乙醇溶液，通过超声剥离，在源漏定义区域获得薄层Ni金属5，如图2-2所示；
(3)通将样品放入高温处理设备，在氮气保护下800°C处理1min使Ni金属形成纳米团，利用RIE设备，采用SF6气体对S12介质层4进行刻蚀，形成纳米柱，如图2-3所示；
(4)利用涂胶台，通过甩胶、前烘，在样品上涂一层300nm的UV135光刻胶掩模层6，如图2-4所不；
(5)利用氧等离子体刻蚀部分UV135光刻胶掩模层6，将纳米柱部分露出，如图2-5所示;
(6)利用缓冲氢氟酸溶液将S12介质层4刻蚀掉，将纳米柱图形转移到UV135光刻胶掩模层6上，如图2-6所示；
(7)利用RIE设备，UV135光刻胶掩模层6作为掩模，采用3匕气体刻蚀掉纳米柱区域的Si3N4介质层3，利用丙酮/乙醇，通过超声去除UV135光刻胶掩模层6，利用ICP刻蚀设备，采用Cl2，刻蚀纳米柱区域AlGaN势皇层2和部分GaN沟道层1，在GaN异质结材料中形成微孔7，如图2-7所示；
(8)通过氢氟酸溶液将Si3N43介质层去除，如图2-8所示；
(9)通过甩胶、前烘在样品上涂一层AZ7908光刻胶，通过光刻的曝光、显影和后烘工艺定义出源漏区域，采用电子束蒸发设备，蒸发Ti/Al/Ni/Au欧姆金属8，将样品放入丙酮/乙醇溶液，通过超声剥离，在欧姆接触区域获得欧姆接触金属8，在氮气气氛下，600°C处理获得欧姆接触。如图2-9所示。
[0011]实施例1，
基于纳米微孔技术降低GaN HEMT器件欧姆接触电阻，包括如下步骤:
(1)在具有二维电子气的GaN