CN106373874A - 基于AlGaN/GaN HEMT的欧姆接触电极的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于AlGaN/GaN HEMT的欧姆接触电极的制造方法，该方法包括：在铝镓氮势垒层上方依次沉积氮化硅钝化层和四乙氧基硅烷氧化层；对左右两侧区域的氮化硅钝化层和四乙氧基硅烷氧化层分别进行刻蚀，形成欧姆刻蚀孔；依次采用DHF溶液，SC1溶液和SC2溶液对欧姆刻蚀孔下方的铝镓氮势垒层表面进行清洗处理；在欧姆刻蚀孔中，欧姆刻蚀孔上方及四乙氧基硅烷氧化层上方沉积欧姆电极金属层，对沉积了欧姆电极金属层的AlGaN/GaN HEMT进行退火处理；对四乙氧基硅烷氧化层上方的中间区域的欧姆电极金属层进行光刻，刻蚀，形成欧姆接触电极。使欧姆电极金属层与铝镓氮势垒层之间形成了良好的欧姆接触，有效降低器件的欧姆接触电阻。
Description
技术领域
本发明实施例涉及半导体器件制造技术领域，尤其涉及一种基于AlGaN/GaN HEMT的欧姆接触电极的制造方法。
背景技术
AlGaN/GaN是国际上广泛关注的新型宽禁带化合物半导体材料，由于其具有较宽的禁带宽度，高电子饱和漂移速率，较高的击穿场强，良好的热稳定性，耐腐蚀和抗辐射性能，所以在高压、高频、高温、大功率和抗辐照环境条件下具有较强的优势。凭借其优良的材料特性，AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(简称：AlGaN/GaN HEMT)被广泛使用。
但由于AlGaN/GaN HEMT中GaN材料的带隙较宽和AlGaN非掺杂本征材料的使用，使得AlGaN/GaN HEMT器件中的欧姆接触电阻较高。
为了能降低AlGaN/GaN HEMT器件的欧姆接触电阻，现有技术中采用在沉积欧姆电极金属层前，使用氯化氢溶液清除AlGaN势垒层表面原子和离子杂质的方法来降低欧姆接触电阻，但由于在AlGaN势垒层表面其他物质的存在，并不能形成较好的欧姆接触，致使AlGaN/GaN HEMT器件的欧姆接触电阻仍然较高，进而使得AlGaN/GaN HEMT器件产生较高的热量，可靠性较低。
发明内容
本发明实施例提供一种基于AlGaN/GaN HEMT的欧姆接触电极的制造方法，使欧姆电极金属层与铝镓氮势垒层之间形成了良好的欧姆接触，有效降低AlGaN/GaN HEMT器件的欧姆接触电阻，使器件产生较低的热量，提高了器件的可靠性。
本发明实施例提供一种基于AlGaN/GaN HEMT的欧姆接触电极的制造方法，包括：
在铝镓氮势垒层上方依次沉积氮化硅钝化层和四乙氧基硅烷氧化层；
对左右两侧区域的氮化硅钝化层和四乙氧基硅烷氧化层分别进行刻蚀，形成欧姆刻蚀孔；
依次采用DHF溶液，SC1溶液和SC2溶液对所述欧姆刻蚀孔下方的AlGaN势垒层表面进行清洗处理；
在所述欧姆刻蚀孔中，所述欧姆刻蚀孔上方及所述四乙氧基硅烷氧化层上方沉积欧姆电极金属层，
对沉积了所述欧姆电极金属层的所述AlGaN/GaN HEMT进行退火处理；
对所述四乙氧基硅烷氧化层上方的中间区域的欧姆电极金属层进行光刻，刻蚀，形成欧姆接触电极。
进一步地，如上所述的方法，所述在所述欧姆刻蚀孔中，所述欧姆刻蚀孔上方及所述四乙氧基硅烷氧化层上方沉积欧姆电极金属层具体包括：
在所述欧姆刻蚀孔中，所述欧姆刻蚀孔上方及所述四乙氧基硅烷氧化层上方采用磁控溅射镀膜工艺依次沉积第一钛层，铝层，第二钛层及氮化钛层。
进一步地，如上所述的方法，所述第一钛层的厚度为200埃，所述铝层的厚度为1200埃，所述第二钛层的厚度为200埃，所述氮化钛层的厚度为200埃。
进一步地，如上所述的方法，所述SC1溶液包括：氢氧化氨、过氧化氢和水，所述SC1溶液中的所述氢氧化氨、所述过氧化氢、所述水的比例为1:2:10。
进一步地，如上所述的方法，所述SC2溶液包括：氯化氢、过氧化氢和水，所述SC2溶液中的所述氯化氢、所述过氧化氢、所述水的比例为1:2:10。
进一步地，如上所述的方法，所述退火处理的温度为840度，所述退火处理的时间为30秒，所述退火处理在氮气氛围中。
进一步地，如上所述的方法，所述在铝镓氮势垒层上方依次沉积氮化硅钝化层和四乙氧基硅烷氧化层具体包括：
在所述铝镓氮势垒层上方采用化学气相沉积工艺沉积所述氮化硅钝化层；
在所述氮化硅钝化层上方采用物理气相沉积工艺沉积所述四乙氧基硅烷氧化层。
进一步地，如上所述的方法，所述对左右两侧区域的氮化硅钝化层和四乙氧基硅烷氧化层分别进行刻蚀，形成欧姆刻蚀孔具体包括：
采用干法刻蚀工艺对左右两侧区域的氮化硅钝化层和四乙氧基硅烷氧化层分别进行刻蚀，形成第一欧姆刻蚀孔及第二欧姆刻蚀孔；
相应地，所述第一欧姆刻蚀孔对应的欧姆接触电极为源电极，所述第二欧姆刻蚀孔对应的欧姆接触电极为漏电极。
本发明实施例提供一种基于AlGaN/GaN HEMT的欧姆接触电极的制造方法，通过在铝镓氮势垒层上方依次沉积氮化硅钝化层和四乙氧基硅烷氧化层；对左右两侧区域的氮化硅钝化层和四乙氧基硅烷氧化层分别进行刻蚀，形成欧姆刻蚀孔；依次采用DHF溶液，SC1溶液和SC2溶液对欧姆刻蚀孔下方的AlGaN势垒层表面进行清洗处理；在欧姆刻蚀孔中，欧姆刻蚀孔上方及四乙氧基硅烷氧化层上方沉积欧姆电极金属层，对沉积了欧姆电极金属层的AlGaN/GaN HEMT进行退火处理；对四乙氧基硅烷氧化层上方的中间区域的欧姆电极金属层进行光刻，刻蚀，形成欧姆接触电极，使欧姆电极金属层与铝镓氮势垒层之间形成了良好的欧姆接触，有效降低AlGaN/GaN HEMT器件的欧姆接触电阻，使器件产生较低的热量，提高了器件的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于AlGaN/GaN HEMT的欧姆接触电极的制造方法实施例一的流程图；
图2为本发明实施例一提供的基于AlGaN/GaN HEMT的欧姆接触电极的制造方法中在铝镓氮势垒层上方依次沉积氮化硅钝化层和四乙氧基硅烷氧化层后的结构示意图；
图3为本发明实施例一提供的基于AlGaN/GaN HEMT的欧姆接触电极的制造方法中对左右两侧区域的氮化硅钝化层和四乙氧基硅烷氧化层分别进行刻蚀，形成欧姆刻蚀孔后的结构示意图；
图4为本发明实施例一提供的基于AlGaN/GaN HEMT的欧姆接触电极的制造方法中在欧姆刻蚀孔中，欧姆刻蚀孔上方及四乙氧基硅烷氧化层上方沉积欧姆电极金属层后的结构示意图；
图5为本发明实施例一提供的基于AlGaN/GaN HEMT的欧姆接触电极的制造方法中对四乙氧基硅烷氧化层上方的中间区域的欧姆电极金属层进行光刻，刻蚀，形成欧姆接触电极的结构示意图。
附图标记：
1-硅衬底 2-氮化镓外延层 3-铝镓氮势垒层
4-氮化硅钝化层 5-四乙氧基硅 6-欧姆刻蚀孔
烷氧化层
7-欧姆电极金属层 8-欧姆接触电极
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。
实施例一
图1为本发明基于AlGaN/GaN HEMT的欧姆接触电极的制造方法实施例一的流程图，如图1所示，本实施例提供的基于AlGaN/GaN HEMT的欧姆接触电极的制造方法包括：
步骤101，在铝镓氮势垒层3上方依次沉积氮化硅钝化层4和四乙氧基硅烷氧化层5。
本实施例中，图2为本发明实施例一提供的基于AlGaN/GaN HEMT的欧姆接触电极的制造方法中在铝镓氮势垒层上方依次沉积氮化硅钝化层和四乙氧基硅烷氧化层后的结构示意图，如图2所示，在铝镓氮势垒层(简称：AlGaN势垒层)3上方依次沉积氮化硅钝化层(简称：SiN钝化层)4和四乙氧基硅烷氧化层(简称：TEOS氧化层)5之前，首先在硅衬底(简称：Si衬底)1上方外延生长氮化镓外延层(简称：GaN外延层)2，然后在GaN外延层2上方形成AlGaN势垒层3。
本实施例中，在AlGaN势垒层3上方依次沉积SiN钝化层4和TEOS氧化层5时，首先在AlGaN势垒层3上方沉积SiN钝化层4，然后在SiN钝化层4上方沉积TEOS氧化层5，其中，沉积的SiN钝化层4的厚度和沉积的TEOS氧化层5的厚度，本实施例中不做限定。
本实施例中，在AlGaN势垒层3上方采用化学气相沉积工艺沉积SiN钝化层4，在SiN钝化层4上方采用物理气相沉积工艺沉积TEOS氧化层5。
步骤102，对左右两侧区域的氮化硅钝化层4和四乙氧基硅烷氧化层5分别进行刻蚀，形成欧姆刻蚀孔6。
本实施例中，图3为本发明实施例一提供的基于AlGaN/GaN HEMT的欧姆接触电极的制造方法中对左右两侧区域的氮化硅钝化层和四乙氧基硅烷氧化层分别进行刻蚀，形成欧姆刻蚀孔后的结构示意图，如图3所示，本实施例中，首先对左侧区域的SiN钝化层4和TEOS氧化层5进行刻蚀，形成左侧的欧姆刻蚀孔6。然后对右侧区域的SiN钝化层4和TEOS氧化层5进行刻蚀，形成右侧的欧姆刻蚀孔6。
其中，左侧的欧姆刻蚀孔6为第一欧姆刻蚀孔，右侧的欧姆刻蚀孔6为第一欧姆刻蚀孔为第二欧姆刻蚀孔。
本实施例中，左侧的欧姆刻蚀孔6及右侧的欧姆刻蚀孔6对称设置，左侧的欧姆刻蚀孔6及右侧的欧姆刻蚀孔6的尺寸相同，欧姆刻蚀孔6的截面为矩形，在欧姆刻蚀孔6的底部为AlGaN势垫层3的上表面。
本实施例中，对左右两侧区域的SiN钝化层4和TEOS氧化层5分别进行刻蚀，形成第一欧姆刻蚀孔及第二欧姆刻蚀孔时，采用干法刻蚀工艺。
步骤103，依次采用DHF溶液，SC1溶液和SC2溶液对欧姆刻蚀孔6下方的铝镓氮势垒层3表面进行清洗处理。
本实施例中，DHF溶液为稀释的氢氟酸溶液。首先采用DHF溶液对欧姆刻蚀孔下方的AlGaN势垒层3表面进行清洗处理，DHF溶液与AlGaN势垒层3表面的自然氧化膜反应，以腐蚀掉AlGaN势垒层3表面的自然氧化膜。
其中，AlGaN势垒层3表面的自然氧化膜可以为氧化铝，氧化镓等氧化膜。
然后，采用SC1溶液对欧姆刻蚀孔6下方的AlGaN势垒层3表面进行清洗处理。
本实施例中，SC1溶液为由氢氧化氨、过氧化氢和水混合而成的溶液。SC1溶液与AlGaN势垒层3表面的颗粒、有机物和金属杂质反应，以去除掉AlGaN势垒层3表面的颗粒、有机物和金属杂质。
最后，采用SC2溶液对欧姆刻蚀孔6下方的AlGaN势垒层3表面进行清洗处理。
本实施例中，SC2溶液为由氯化氢、过氧化氢和水混合而成的溶液。SC2溶液与AlGaN势垒层3表面的原子和离子杂质反应，以去除掉AlGaN势垒层3表面的原子和离子杂质。
步骤104，在欧姆刻蚀孔6中，欧姆刻蚀孔6上方及四乙氧基硅烷氧化层5上方沉积欧姆电极金属层7。
本实施例中，图4为本发明基于AlGaN/GaN HEMT的欧姆接触电极的制造方法中在欧姆刻蚀孔中，欧姆刻蚀孔上方及四乙氧基硅烷氧化层上方沉积欧姆电极金属层后的结构示意图，如图4所示，在左右两侧的欧姆刻蚀孔6中，左右两侧的欧姆刻蚀孔6上方，TEOS氧化层5上方沉积欧姆电极金属层7，使欧姆刻蚀孔6上方及TEOS氧化层5上方沉积的欧姆电极金属层7的上表面在同一平面上。
本实施例中，欧姆电极金属层7由下至上可以依次为钛层，铝层，氮化钛层，也可以由下至上依次为：第一钛层，铝层，第二钛层，氮化钛层，还可以由下至上依次为：第一钛层，铝层，第二钛层，铝层，第三钛层，氮化钛层，本实施例中对可实施的欧姆电极金属层7的金属层数和金属种类不做限定。
步骤105，对沉积了欧姆电极金属层7的AlGaN/GaN HEMT进行退火处理。
本实施例中，对沉积了欧姆电极金属层7的AlGaN/GaN HEMT进行退火处理时，欧姆电极金属层7中的金属向AlGaN势垒层扩散，与AlGaN发生反应，AlGaN势垒层中的氮向欧姆电极金属层扩散，形成大量N空位，在退火温度和退火时间达到形成欧姆接触要求时，在AlGaN势垒层3和欧姆电极金属层7之间形成欧姆接触。
本实施例中，退火处理的温度和时间为达到形成欧姆接触要求的温度和时间。
步骤106，对四乙氧基硅烷氧化层5上方的中间区域的欧姆电极金属层7进行光刻，刻蚀，形成欧姆接触电极。
本实施例中，对TEOS氧化层5上方的中间区域的欧姆电极金属层7进行光刻，刻蚀后，使欧姆刻蚀孔6上方左右两侧保留的欧姆电极金属层7关于欧姆刻蚀孔的中心轴线对称。在TEOS氧化层5上方左侧保留的欧姆电极金属层7与左侧的欧姆刻蚀孔6、左侧的欧姆刻蚀孔中的欧姆电极金属层及相应的AlGaN势垒层形成左侧的欧姆接触电极，在TEOS氧化层5上方右侧保留的欧姆电极金属层7与右侧的欧姆刻蚀孔6、右侧的欧姆刻蚀孔中的欧姆电极金属层及相应的AlGaN势垒层形成右侧的欧姆接触电极。
其中，左侧的欧姆接触电极为源电极，右侧的欧姆接触电极为漏电极。
本实施例提供的中基于AlGaN/GaN HEMT的欧姆接触电极的制造方法，在铝镓氮势垒层上方依次沉积氮化硅钝化层和四乙氧基硅烷氧化层；对左右两侧区域的氮化硅钝化层和四乙氧基硅烷氧化层分别进行刻蚀，形成欧姆刻蚀孔；依次采用DHF溶液，SC1溶液和SC2溶液对欧姆刻蚀孔下方的AlGaN势垒层表面进行清洗处理；在欧姆刻蚀孔中，欧姆刻蚀孔上方及四乙氧基硅烷氧化层上方沉积欧姆电极金属层，对沉积了欧姆电极金属层的AlGaN/GaN HEMT进行退火处理；对四乙氧基硅烷氧化层上方的中间区域的欧姆电极金属层进行光刻，刻蚀，形成欧姆接触电极。由于在对欧姆刻蚀孔下方的AlGaN势垒层表面进行清洗处理时采用了DHF溶液，SC1溶液和SC2溶液，分别去除了欧姆刻蚀孔下方的AlGaN势垒层表面的自然氧化膜；颗粒，有机物，金属杂质；原子和离子杂质，使欧姆电极金属层与铝镓氮势垒层之间形成了良好的欧姆接触，有效降低AlGaN/GaN HEMT器件的欧姆接触电阻，使AlGaN/GaN HEMT器件产生较低的热量，提高了器件的可靠性。
优选地，本实施例中，步骤103中依次采用DHF溶液，SC1溶液和SC2溶液对欧姆刻蚀孔6下方的铝镓氮势垒层3表面进行清洗处理，在采用SC1溶液对欧姆刻蚀孔6下方的铝镓氮势垒层3表面进行清洗处理时，SC1溶液中的氢氧化氨、过氧化氢、水的比例为1:2:10，即NH4OH：H2O2：H2O＝1：2：10。在采用SC2溶液对欧姆刻蚀孔6下方的铝镓氮势垒层3表面进行清洗处理时，SC2溶液中的氯化氢、过氧化氢、水的比例为1:2:10，即HCL：H2O2：H2O＝1：2：10。
本实施例中，在采用SC1溶液和SC2溶液对欧姆刻蚀孔下方的铝镓氮势垒层表面进行清洗处理时，将SC1溶液中的氢氧化氨、过氧化氢、水的比例设置为1:2:10，更有效地清理欧姆刻蚀孔下方的AlGaN势垒层表面的颗粒、有机物和金属杂质。将SC2溶液中的氯化氢、过氧化氢、水的比例设置为1:2:10，更有效地清理欧姆刻蚀孔下方的AlGaN势垒层表面的原子和离子杂质。
进一步地，本实施例中，步骤104中在欧姆刻蚀孔6中，欧姆刻蚀孔6上方及四乙氧基硅烷氧化层5上方沉积欧姆电极金属层7具体包括：
在欧姆刻蚀孔6中，欧姆刻蚀孔6上方及四乙氧基硅烷氧化层5上方采用磁控溅射镀膜工艺依次沉积第一钛层，铝层，第二钛层及氮化钛层。
具体地，本实施例中，首先在在欧姆刻蚀孔6中，欧姆刻蚀孔6上方及四乙氧基硅烷氧化层5上方沉积第一钛层，第一钛层的厚度为200埃，第一钛层分别与四乙氧基硅烷氧化层5的上表面，欧姆刻蚀孔6的侧壁及欧姆刻蚀孔6的底部AlGaN势垒层3上表面贴合；其次在第一钛层上沉积铝层，铝层的厚度为1200埃，然后在铝层上沉积第二钛层，第二钛层的厚度为200埃，最后在第二钛层上沉积氮化钛层，氮化钛层的厚度为200埃。
本实施例中，在欧姆刻蚀孔中，欧姆刻蚀孔上方及四乙氧基硅烷氧化层上方采用磁控溅射镀膜工艺依次沉积第一钛层，铝层，第二钛层及氮化钛层，并且第一钛层的厚度为200埃，铝层的厚度为1200埃，第二钛层的厚度为200埃，氮化钛层的厚度为200埃，能够加速铝和钛向AlGaN势垒层扩散。
优选地，本实施例中，步骤105中对沉积了欧姆电极金属层7的AlGaN/GaN HEMT进行退火处理时，退火处理的温度为840度，退火处理的时间为30秒，退火处理在氮气氛围中。
本实施例中，将退火处理的温度为840度，退火处理的时间为30秒，退火处理在氮气氛围中，可进一步加速铝和钛向AlGaN势垒层扩散，并加速AlGaN势垒层中的氮向欧姆电极金属层扩散，使欧姆电极金属层与铝镓氮势垒层之间形成性能更好的欧姆接触，进一步降低了AlGaN/GaN HEMT器件的欧姆接触电阻。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种基于AlGaN/GaN HEMT的欧姆接触电极的制造方法，其特征在于，包括：
在铝镓氮势垒层上方依次沉积氮化硅钝化层和四乙氧基硅烷氧化层；
对左右两侧区域的氮化硅钝化层和四乙氧基硅烷氧化层分别进行刻蚀，形成欧姆刻蚀孔；
依次采用DHF溶液，SC1溶液和SC2溶液对所述欧姆刻蚀孔下方的铝镓氮势垒层表面进行清洗处理；
在所述欧姆刻蚀孔中，所述欧姆刻蚀孔上方及所述四乙氧基硅烷氧化层上方沉积欧姆电极金属层；
对沉积了所述欧姆电极金属层的所述AlGaN/GaN HEMT进行退火处理；
对所述四乙氧基硅烷氧化层上方的中间区域的欧姆电极金属层进行光刻，刻蚀，形成欧姆接触电极。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述欧姆刻蚀孔中，所述欧姆刻蚀孔上方及所述四乙氧基硅烷氧化层上方沉积欧姆电极金属层具体包括：
在所述欧姆刻蚀孔中，所述欧姆刻蚀孔上方及所述四乙氧基硅烷氧化层上方采用磁控溅射镀膜工艺依次沉积第一钛层，铝层，第二钛层及氮化钛层。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一钛层的厚度为200埃，所述铝层的厚度为1200埃，所述第二钛层的厚度为200埃，所述氮化钛层的厚度为200埃。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述SC1溶液包括：氢氧化氨、过氧化氢和水，所述SC1溶液中的所述氢氧化氨、所述过氧化氢、所述水的比例为1:2:10。
5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述SC2溶液包括：氯化氢、过氧化氢和水，所述SC2溶液中的所述氯化氢、所述过氧化氢、所述水的比例为1:2:10。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述退火处理的温度为840度，所述退火处理的时间为30秒，所述退火处理在氮气氛围中。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述在铝镓氮势垒层上方依次沉积氮化硅钝化层和四乙氧基硅烷氧化层具体包括：
在所述铝镓氮势垒层上方采用化学气相沉积工艺沉积所述氮化硅钝化层；
在所述氮化硅钝化层上方采用物理气相沉积工艺沉积所述四乙氧基硅烷氧化层。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对左右两侧区域的氮化硅钝化层和四乙氧基硅烷氧化层分别进行刻蚀，形成欧姆刻蚀孔具体包括：
采用干法刻蚀工艺对左右两侧区域的氮化硅钝化层和四乙氧基硅烷氧化层分别进行刻蚀，形成第一欧姆刻蚀孔及第二欧姆刻蚀孔；
相应地，所述第一欧姆刻蚀孔对应的欧姆接触电极为源电极，所述第二欧姆刻蚀孔对应的欧姆接触电极为漏电极。
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