氮化镓器件制作方法及氮化镓器件与流程

本发明涉及微电子技术领域，具体而言，涉及一种氮化镓器件制作方法及氮化镓器件。

背景技术：

gan作为第三代半导体材料，在功率器件中的应用受到广泛的关注。其中，基于algan/gan异质结结构的hemt(highelectronmobilitytransistors，高电子迁移率晶体管)具有诸多优点，例如高频、高功率密度以及高工作温度等，是固态微波功率器件和功率电子器件的发展方向。优异的欧姆接触是实现高性能gan器件的基础，优异的欧姆接触要求具有较低的欧姆接触电阻率和良好的欧姆接触形貌。ti/al/ni/au是目前应用最广泛的ganhemt欧姆接触金属结构之一，通过合金与gan基形成欧姆接触。但是，传统欧姆合金温度一般较高(>700℃)，铝金属在该环境下的合金过程中，处于熔融状态，容易与ti、au等金属聚合，形成欧姆接触金属的堆积及外扩，从而使得形成的欧姆金属表面粗糙，进而影响器件特性。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请的目的在于，提供一种氮化镓器件制作方法及氮化镓器件以改善上述问题。

本申请实施例提供一种氮化镓器件制作方法，所述方法包括：

提供一衬底；

在所述衬底上形成沟道层；

在所述沟道层远离所述衬底的一侧形成势垒层，在所述势垒层上形成欧姆接触区域；

在所述势垒层上蒸镀形成多层欧姆金属层，所述多层欧姆金属层沉积于所述势垒层的欧姆接触区域；

在所述多层欧姆金属层上形成一第一粘接层及至少一层阻挡层，其中，所述至少一层阻挡层通过所述第一粘接层粘接于所述多层欧姆金属层上，所述阻挡层的熔点大于对所述多层欧姆金属层进行退火处理所需的温度值，以在退火处理时通过所述阻挡层限制所述多层欧姆金属层堆积及外扩。

在上述实施例的氮化镓器件制作方法中，所述阻挡层为多层，相邻两层阻挡层通过第二粘接层粘接在一起。

在上述实施例的氮化镓器件制作方法中，所述在所述多层欧姆金属层上形成一第一粘接层及至少一层阻挡层的步骤，包括：

在所述多层欧姆金属层通过蒸镀形成第一粘接层；

基于所述第一粘接层依次蒸镀形成多层阻挡层以及至少一层第二粘接层，使所述阻挡层和所述第二粘接层交替间隔设置，且每个第二粘接层位于相邻的两层阻挡层之间。

在上述实施例的氮化镓器件制作方法中，所述阻挡层由铂金、钯金、钼中的任意一种材料制作形成，或者由铂金、钯金、钼中的两种或以上材料的组合制作形成。

在上述实施例的氮化镓器件制作方法中，所述粘接层由ti金属材料制作形成。

在上述实施例的氮化镓器件制作方法中，所述方法还包括：

以设定温度对所述多层欧姆金属层、所述第一粘接层以及所述至少一层阻挡层进行退火处理以形成欧姆接触，其中，所述设定温度为700℃～900℃。

在上述实施例的氮化镓器件制作方法中，沿所述势垒层至所述粘接层的方向，所述多层欧姆金属层依次包括ti金属层、al金属层、ni金属层以及au金属层，或者所述多层欧姆金属层依次包括ti金属层、al金属层、ti金属层以及au金属层，或者所述多层欧姆金属层依次包括ti金属层、al金属层、pd金属层以及au金属层，或者所述多层欧姆金属层依次包括ti金属层、al金属层、pt金属层以及au金属层。

在上述实施例的氮化镓器件制作方法中，所述al金属层的厚度为100～150nm、au金属层的厚度为5～50nm。

本申请另一实施例还提供一种氮化镓器件，所述氮化镓器件包括：

衬底；

位于所述衬底上的沟道层，所述沟道层由氮化镓材料制成；

位于所述沟道层远离所述衬底一侧的势垒层，所述势垒层上形成有欧姆接触区域；

形成于所述欧姆接触区域的多层欧姆金属层；以及

形成于所述多层欧姆金属层上的一第一粘接层及至少一层阻挡层，其中，所述至少一层阻挡层通过所述第一粘接层粘接于所述多层欧姆金属层上，所述阻挡层的熔点大于对所述多层欧姆金属层进行退火处理所需的温度值，以在退火处理时通过所述阻挡层限制所述多层欧姆金属层堆积及外扩。

在上述实施例的氮化镓器件中，所述阻挡层由铂金、钯金、钼中的任意一种材料制作形成，或者由铂金、钯金、钼中的两种或以上材料的组合制作形成。

本申请实施例提供的氮化镓器件制作方法及氮化镓器件，在提供的衬底上形成沟道层，并在沟道层上形成势垒层且基于势垒层形成欧姆接触区域。然后，在势垒层上蒸镀形成多层欧姆金属层，该多层欧姆金属层沉积于势垒层的欧姆接触区域。最后，在多层欧姆金属层上形成一第一粘接层及至少一层阻挡层，其中，该至少一层阻挡层通过第一粘接层粘接于多层欧姆金属层上，且阻挡层的熔点大于对欧姆金属层进行退火处理所需的温度值。如此，通过粘接层实现层级之间的粘接，以避免层级之间脱落，且通过在多层欧姆金属层上形成热稳定性好的阻挡层，可利用阻挡层限制因退火处理造成的欧姆金属层的堆积及外扩，进而改善最终形成的欧姆金属表面形貌。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的氮化镓器件制作方法的流程图。

图2-图4分别为上述制作方法中各对应步骤形成的器件结构示意图。

图5为本申请实施例提供的欧姆金属层、第一粘接层及阻挡层的层级结构示意图。

图6为本申请实施例提供的氮化镓器件的结构示意图。

图标：10-衬底；20-沟道层；30-势垒层；31-欧姆接触区域；40-光刻胶层；50-欧姆金属层；51-ti金属层；52-al金属层；53-ni金属层；54-au金属层；60-第一粘接层；70-阻挡层。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

传统欧姆接触金属通过合金与氮化镓形成欧姆接触时，合金所需温度较高，由于欧姆接触金属中部分金属熔点较低，因此在合金过程中，部分金属处于熔融状态，进而造成形成的欧姆金属表面粗糙。粗糙的金属表面会影响光刻标记识别，一般需要重新制作标记，从而加大了工艺复杂度，降低光刻对准精度，影响成品率。此外，粗糙的欧姆接触，对于功率电子器件，欧姆接触边缘不齐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。

为了提高欧姆接触质量，现有技术中有采用通过等离子体蚀刻减薄势垒层的厚度以改善欧姆接触表面形貌的方案。该方案通过减薄势垒层的厚度，以达到提升欧姆金属与氮化镓基底之间的隧穿效应，从而达到降低合金所需温度的目的。如此，可一定程度上减少欧姆金属在合金过程中的堆积及外扩，以改善欧姆接触表面形貌。但是此种方案需要精确控制等离子体的刻蚀功率和时间，在工艺重复性上较差，且工艺复杂。

基于上述研究发现，本申请实施例提供一种氮化镓器件制作方法及氮化镓器件，在提供的衬底上形成沟道层，并在沟道层上形成势垒层且基于势垒层形成欧姆接触区域。然后，在势垒层上蒸镀形成多层欧姆金属层，该多层欧姆金属层沉积于势垒层的欧姆接触区域。最后，在多层欧姆金属层上形成一第一粘接层及至少一层阻挡层，其中，该至少一层阻挡层通过第一粘接层粘接于多层欧姆金属层上，且阻挡层的热稳定性好，在工艺过程中不易与其他金属互溶或结晶或形变聚球。如此，通过粘接层实现层级之间的粘接，以避免脱落，且通过在多层欧姆金属层上形成熔点较高的阻挡层，可利用阻挡层限制因退火处理造成的欧姆金属层的堆积及外扩，进而改善最终形成的欧姆金属表面形貌。

图1示出了本申请实施例提供的氮化镓器件制作方法的流程示意图，应当理解，在其它实施例中，本实施例的制作方法中部分步骤的顺序可以根据实际需要相互交换，或者其中的部分步骤也可以省略或删除。该制作方法的详细步骤介绍如下。

步骤s110，提供一衬底10。请结合参阅图2，其中，衬底10可以是硅衬底、sic衬底、蓝宝石衬底或同质外延的氮化镓衬底等。

步骤s120，在所述衬底10上形成沟道层20。其中，该沟道层20可由氮化镓材料制成，沟道层20可用于提供载流子运动的沟道，本实施例中的沟道层20为非故意掺杂的氮化镓层。

步骤s130，在所述沟道层20远离所述衬底10的一侧形成势垒层30，在所述势垒层30上形成欧姆接触区域31。请结合参阅图3，其中，势垒层30起到势垒的作用，以阻挡沟道层20中的载流子流向势垒层30。本实施例中，势垒层30可以是algan或alinn的三元合金势垒层，也可以是alingan的四元合金势垒层。

在本实施例中，基于衬底10形成沟道层20及势垒层30，并在势垒层30上形成欧姆接触区域31之后的示意图如图3所示。在本实施例中，在衬底10上形成沟道层20以及在沟道层20上形成势垒层30的制作方式可以采用cvd(chemicalvapordeposition，化学气相沉积)、vpe(vapourphaseepitaxy，气相外延)、pld(pulsedlaseerdeposition，脉动激光沉积)、蒸发、原子层外延或者溅射等，具体本实施例不作限制。

本实施例中，在势垒层30上形成欧姆接触区域31可以通过如下方式实现：

首先，可利用n甲基吡咯烷酮或丙酮对势垒层30表面进行清洗，以去除势垒层30表面的有机物。再采用盐酸溶液或氨水溶液去除势垒层30表面的氧化层。其中，盐酸溶液的浓度可以为3％～30％，氨水溶液的浓度可以为3％～30％。

然后，在势垒层30远离沟道层20的一侧形成光刻胶层40，可通过涂覆光刻胶的方式在势垒层30上形成光刻胶层40，其中，采用的光刻胶可以是反转胶ae5214或反转胶spr220，涂覆的光刻胶的厚度可以大约为1微米，如此，形成的光刻胶层40边缘形状良好，且便于后续易于剥离。再使用掩膜版对势垒层30上的光刻胶层40进行光刻并显影，从而使势垒层30的部分区域暴露出，而势垒层30中暴露出的部分区域即为欧姆接触区域31。

请继续结合参阅图4和图5：

步骤s140，在所述势垒层30上蒸镀形成多层欧姆金属层50，所述多层欧姆金属层50沉积于所述势垒层30的欧姆接触区域31。

步骤s150，在所述多层欧姆金属层50上形成一第一粘接层60及至少一层阻挡层70，其中，所述至少一层阻挡层70通过所述第一粘接层60粘接于所述多层欧姆金属层50上，所述阻挡层70的熔点大于对所述多层欧姆金属层50进行退火处理所需的温度值，以在退火处理时通过所述阻挡层70限制所述多层欧姆金属层50堆积及外扩。

本实施例中，在势垒层30上开出欧姆接触区域31之后，可先对器件表面进行清洗，以保障器件表面的清洁度。可选地，在蒸镀金属之前先采用盐酸溶液或者氢氟酸溶液进行清洁。其中，可利用浓度比例为1:3-1:10的盐酸溶液以及浓度比例为1:3-1:10的氢氟酸溶液，进行15～120s的清洗，确保器件表面洁净度。

在完成清洗之后，在势垒层30上蒸镀形成多层欧姆金属层50，如图4中所示，该多层欧姆金属层50沉积于势垒层30上的欧姆接触区域31，同时蒸镀的多层欧姆金属也沉积于光刻胶层40上。

请结合参阅图5，本实施例中，蒸镀形成的多层欧姆金属层50可以依次包括ti金属层51、al金属层52、ni金属层53以及au金属层54。其中，金属al的熔点较低，而后续形成欧姆接触所需的合金温度较高，容易造成欧姆接触金属熔融，从而造成欧姆金属的堆积及外扩，并且，容易形成alau2或alau4等晶粒颗状物，从而影响欧姆金属表面形貌。

此外，本实施例中，蒸镀形成的多层欧姆金属层50的层级结构还可以是依次包括ti金属层51、al金属层52、ti金属层51以及au金属层54，或者所述多层欧姆金属层50依次包括ti金属层51、al金属层52、pd金属层以及au金属层54，或者所述多层欧姆金属层50依次包括ti金属层51、al金属层52、pt金属层以及au金属层54。在本实施例中，通过优化al金属层52以及au金属层54的厚度的方式，以一定程度上减少后续合金过程中多余金属堆积现象。本实施例中，al金属层52的厚度设置为100～150nm、au金属层54的厚度设置为5～50nm。此外，ti金属层51的厚度设置为10～20nm，ni金属层53的厚度设置为40～60nm。当然，应当理解，各层欧姆金属层50的具体厚度也可根据后续合金后的欧姆接触电阻值及欧姆形貌的反馈进行微调。

请结合参阅图5，在本实施例中，为了进一步改善欧姆形貌，在上述层级结构的基础上，在形成的多层欧姆金属层50上形成一第一粘接层60以及至少一层阻挡层70。其中，该阻挡层70的熔点大于对欧姆金属层50进行退火处理所需的温度值，该阻挡层70具有热稳定性的特点，如此，后续在合金过程中，在较高合金温度下，阻挡层70也不易形成熔融状态，可阻挡在欧姆金属层50表面，以限制欧姆金属层50在合金过程中的堆积以及外扩。其中，该至少一层阻挡层70可通过第一粘接层60粘接于多层欧姆金属层50上，通过第一粘接层60实现粘接作用，以避免阻挡层70与欧姆金属层50之间粘接不牢固的问题。

本实施例中，所述阻挡层70可由铂金、钯金、钼中的任意一种材料制作形成，或者由铂金、钯金、钼中的两种或以上材料的组合制作形成，第一粘接层60可由ti金属材料制作形成。

可选地，阻挡层70可为一层，第一粘接层60可用于将相邻的两侧的欧姆金属层50和阻挡层70粘接在一起。在这种情形下，多层欧姆金属层50、第一粘接层60以及阻挡层70的具体层级结构可以是：ti/al/ni/au/ti/pt，或者ti/al/ni/au/ti/pd，或者ti/al/ni/au/ti/mo。

可选地，阻挡层70也可为多层，在阻挡层70为多层的情况下，作为一种实施方式，可依次沉积多层欧姆金属层50、第一粘接层60以及多层阻挡层70。

作为另一种实施方式，还可包括第二粘接层，其中，第二粘接层同样可由ti金属材料制作形成。在该种实施方式下，可依次沉积多层欧姆金属层50、第一粘接层60、阻挡层70、第二粘接层、阻挡层70，即相邻两层阻挡层70通过第二粘接层粘接在一起，而第一粘接层60用于粘接欧姆金属层50和阻挡层70。

在上述情形下，多层欧姆金属层50、第一粘接层60、阻挡层70、第二粘接层以及阻挡层70的具体层级结构可以是：ti/al/ni/au/ti/pt/ti/pt，或者ti/al/ni/au/ti/pd/ti/pd，或者ti/al/ni/au/ti/mo/ti/mo。应当理解，本实施例中，上述的具体层级仅为列举说明，并不限定于此，且第一粘接层60和第二粘接层的层数并不限定为一层，可根据实际需求选择设置不同层数。

本实施例中，在形成上述层级结构的基础上，利用有机溶剂去除势垒层30上的光刻胶以及光刻胶上的欧姆金属层50、粘接层及阻挡层70等。可采用n甲基吡咯烷酮或丙酮对光刻胶及光刻胶上沉积的多层欧姆金属层50等进行去除处理。再利用氧气等离子体对去除处理后的器件进行再次滤除处理，以确保光刻胶被完全去除。去除光刻胶及其上的欧姆金属层50等之后，形成如图6所示的器件结构。

针对图6中所示的器件结构，以设定温度对多层欧姆金属层50、第一粘接层60以及至少一层阻挡层70进行退火处理以形成欧姆接触，以制作形成氮化镓器件。其中，该设定温度为700℃～900℃。可利用快速热退火炉(rta)在氮气(n2)保护气氛中以上述的设定温度，合金20～60s。应当理解，本实施例中，可根据现有的欧姆合金温度和时间曲线，以获得最小欧姆接触电阻为前提确定具体合金温度和时间。

本实施例中，通过在沉积的多层欧姆金属层50之上，增加粘接层及阻挡层70，由上述的多层欧姆金属层50、粘接层、阻挡层70共同形成一种新体系欧姆金属。利用阻挡层70高熔点、热稳定好、在工艺过程中不易与其它金属互溶或结晶或形变聚球等特性，以限制欧姆金属层50在合金过程中的金属堆积及外扩，并且利用粘接层实现层级之间的粘连，避免出现脱离的现象。并且，本实施例中，还通过调整欧姆金属层50的厚度，例如al金属层52及au金属层54的厚度，从而使得最终形成的欧姆金属表面形貌良好。

请继续参阅图6，本申请另一实施例还提供一种氮化镓器件，该氮化镓器件通过上述的制作方法制备而成，该氮化镓器件包括衬底10、位于衬底10上的沟道层20，该沟道层20由氮化镓材料制成。还包括位于沟道层20远离衬底10一侧的势垒层30，势垒层30上形成有欧姆接触区域31。所述欧姆接触区域31沉积有多层欧姆金属层50。此外，还包括形成于多层欧姆金属层50上的第一粘接层60及至少一层阻挡层70，其中，该至少一层阻挡层70通过第一粘接层60粘接于多层欧姆金属层50上，阻挡层70的熔点大于对多层欧姆金属层50进行退火处理所需的温度值，以在退火处理时通过所述阻挡层70限制所述多层欧姆金属层50堆积及外扩。

可以理解的是，本实施例中的氮化镓器件为通过上述制作方法制备而成，其中，关于该氮化镓器件的相关特征可参照上述实施例的制作方法的相关描述，本实施例在此不再赘述。

综上所述，本申请实施例提供的氮化镓器件制作方法及氮化镓器件，在提供的衬底10上形成沟道层20，并在沟道层20上形成势垒层30且基于势垒层30形成欧姆接触区域31。然后，在势垒层30上蒸镀形成多层欧姆金属层50，该多层欧姆金属层50沉积于势垒层30的欧姆接触区域31。最后，在多层欧姆金属层50上形成一第一粘接层60及至少一层阻挡层70，其中，该至少一层阻挡层70通过第一粘接层60粘接于多层欧姆金属层50上，且阻挡层70的熔点大于对欧姆金属层50进行退火处理所需的温度值。如此，通过粘接层实现层级之间的粘接，以避免层级之间脱落。且通过在多层欧姆金属层50上形成热稳定性好的阻挡层70，可利用阻挡层70限制因退火处理造成的欧姆金属层50的堆积及外扩，进而改善最终形成的欧姆金属表面形貌。在不影响欧姆接触电阻的同时，提高欧姆金属表面平整度以及边缘质量以提高工艺的成品率，提升器件的性能。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。