本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，尤其是指一種制作階梯型源漏極歐姆接觸氮化鎵場(chǎng)效應(yīng)管的方法。

背景技術(shù)：

作為第三代半導(dǎo)體材料的典型代表,寬禁帶半導(dǎo)體氮化鎵(GaN)具有許多硅材料所不具備的優(yōu)異性能,是高頻、高壓、高溫和大功率應(yīng)用的優(yōu)良半導(dǎo)體材料,在民用和軍事領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著GaN技術(shù)的進(jìn)步,特別是大直徑硅(Si)基GaN外延技術(shù)的逐步成熟并商用化,GaN功率半導(dǎo)體技術(shù)有望成為高性能低成本功率技術(shù)解決方案,在理論上，利用這些材料制作的高電子遷移率晶體管HEMT、發(fā)光二極管LED、激光二極管LD等器件比現(xiàn)有器件具有明顯的優(yōu)越特性，因此其受到國(guó)際著名半導(dǎo)體廠商和研究單位的關(guān)注。

GaN場(chǎng)效應(yīng)晶體管的典型結(jié)構(gòu)如圖1，為經(jīng)典GaN MESFET剖面圖。在襯底材料101表面外延生長(zhǎng)過渡層102，過渡層102表面外延生長(zhǎng)GaN層103，GaN層103表面外延生長(zhǎng)AlGaN層104；AlGaN層104和GaN層103之間，由于壓電效應(yīng)和自發(fā)極化，形成一層二維電子氣105。在AlGaN層104的表面沉積金屬并進(jìn)行高溫退火，形成源極108和漏極106。在AlGaN層104的表面沉積金屬，形成柵極107。當(dāng)漏極106和源極108之間施加固定電壓時(shí)，通過調(diào)節(jié)柵極107和源極108之間的偏壓，可以控制二維電子氣105的電子濃度，從而控制晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)。

近年來GaN基器件的研究取得了巨大進(jìn)展，但仍面臨許多難題，其中獲得良好歐姆接觸是制備高性能GaN基器件的關(guān)鍵之一，特別是大工作電流密度的半導(dǎo)體激光器及高溫大功率器件更需要良好的歐姆接觸。目前，形成歐姆接觸普遍采用的方法是用低功函數(shù)的金屬Ti與材料表面經(jīng)退火形成合金效應(yīng)，增加隧穿幾率，利用隧穿效應(yīng)來減小接觸電阻，形成低附加阻抗的歐姆接觸。但隨著器件特性要求不斷提高的情況下，AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)上的歐姆接觸工藝也需要不斷改進(jìn)，以減小串聯(lián)電阻，減小寄生效應(yīng)，增大器件的放大能力和效率。目前，有采用離子注入的方法對(duì)源漏極電極區(qū)進(jìn)行N型注入摻雜，增加接觸層的摻雜濃度，提高隧穿幾率，從而減小歐姆接觸電阻，但這種工藝較為復(fù)雜，成本較高，注入的離子需要1000攝氏度以上溫度才能激活，這種高溫可能會(huì)影響材料其他性能。除此之外，還有源漏區(qū)刻蝕再生長(zhǎng)、采用Ti/Al/Ti/Al/Ti/Al超晶格結(jié)構(gòu)制作歐姆接觸等方法，但這些技術(shù)目前還處于工藝較復(fù)雜，成熟度不高，穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種制作階梯型源漏極歐姆接觸氮化鎵場(chǎng)效應(yīng)管的方法，以減小歐姆接觸電阻和工藝復(fù)雜度，降低成本，與目前的硅器件生產(chǎn)線相兼容，避免了金屬剝離造成污染影響器件性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：一種制作階梯型源漏極歐姆接觸氮化鎵場(chǎng)效應(yīng)管的方法，首先，提供襯底，在所述襯底外延生長(zhǎng)過渡層，在所述過渡層表面外延生長(zhǎng)氮化鎵層，在所述氮化鎵層表面外延生長(zhǎng)未摻雜鋁鎵氮層作為隔離層，在所述未摻雜鋁鎵氮層表面外延生長(zhǎng)N型摻雜鋁鎵氮層，所述氮化鎵層與未摻雜鋁鎵氮層由于自發(fā)極化和壓電效應(yīng)，在氮化鎵層和隔離層之間形成一層二維電子氣；其次，用等離子體方法刻蝕所述N型摻雜鋁鎵氮層、未摻雜鋁鎵氮層、氮化鎵層，形成工作區(qū)域，所述工作區(qū)域用于在后續(xù)工藝中形成氮化鎵場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)電通道；接著，在所述工作區(qū)域的邊緣刻蝕部分厚度的工作區(qū)域，形成具有階梯形狀的側(cè)壁，在所述工作區(qū)域包括側(cè)壁在內(nèi)鍍上并覆蓋工作區(qū)域的第一層多金屬薄膜結(jié)構(gòu)；接著，采用等離子體刻蝕工藝刻蝕所述第一層多金屬薄膜結(jié)構(gòu)，并在高溫下退火，在所述側(cè)壁表面形成源極和漏極；最后，在所述工作區(qū)域表面形成第二層多金屬薄膜結(jié)構(gòu)，刻蝕所述第二層多金屬薄膜結(jié)構(gòu)，并在高溫下退火，形成柵極結(jié)構(gòu)。

第一次等離子體刻蝕的刻蝕深度與氮化鎵層表面距離為2nm至5nm，第二次等離子體刻蝕的刻蝕深度為30nm至50nm。

在制作源極和漏極之前，所述多金屬薄膜結(jié)構(gòu)在側(cè)壁與導(dǎo)電通道形成歐姆接觸。

形成源極和漏極的多金屬薄膜結(jié)構(gòu)為Ti/Al/Ni/Au、AuGeNi/Ag/Au、Au/Ag/Au中的一種；當(dāng)為Ti/Al/Ni/Au時(shí)，所述多層金屬薄膜結(jié)構(gòu)自下而上依次為Ti、Al、Ni、Au，Ti層厚度為20nm至30nm，Al層厚度為150nm至250nm，Ni層厚度為40至60nm，Au層厚度為60至100nm；形成源極和漏極的等離子體刻蝕使用如下混合氣體：刻蝕Au使用的混合氣體為Ar和O₂的混合氣體，刻蝕Ni使用的混合氣體為SF₆和O₂的混合氣體，刻蝕Al使用的混合氣體為BCl₃和Cl₂的混合氣體，刻蝕Ti使用氣體CF₄。

所述源極和漏極形成后要在800攝氏度至870攝氏度的溫度范圍，氮?dú)夥諊M(jìn)行時(shí)間范圍30秒至60秒的退火處理。

形成所述柵極的第二層多金屬薄膜結(jié)構(gòu)為Ti/Al/Ni/Au、Ti/Al/W、Ni/Al/W、Ti/W、Ni/W、Ti/Al/Pt、Ni/Al/Pt、Ti/Pt和Ni/Pt中的一種；形成所述柵極的等離子體刻蝕使用如下混合氣體：刻蝕W使用的混合氣體為SF₆和O₂的混合氣體；刻蝕Ni使用的混合氣體為SF₆和O₂的混合氣體；刻蝕Al使用的混合氣體為BCl₃和Cl₂的混合氣體；刻蝕Ti使用氣體CF₄。

所述柵極形成后要在400攝氏度至600攝氏度溫度范圍，氮?dú)夥諊?，進(jìn)行時(shí)間范圍800秒至1200秒的退火處理。

形成工作區(qū)域的等離子體刻蝕使用BCl₃和Cl₂的混合氣體。

所述過渡層厚度為5nm至10nm；所述氮化鎵層的厚度為1000nm至5000nm；所述未摻雜鋁鎵氮層的厚度為7nm至10nm，鋁的摩爾組分為10％至50％；所述N型摻雜鋁鎵氮層的厚度為20nm至100nm，鋁的摩爾組分為10％至50％。

所述襯底的材料為硅、碳化硅、氮化鎵和氧化鋁中的一種；所述過渡層的材料為氮化鋁。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果：

1、本發(fā)明在于源極和漏極在側(cè)壁形成階梯形狀，這種形狀增加了歐姆金屬材料與半導(dǎo)體的接觸面積，影響勢(shì)壘形狀，增大隧穿效應(yīng)幾率。且刻蝕深度非常接近二維電子氣，使金屬與二維電子氣距離減小，可減小歐姆接觸電阻。

2、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案可以與現(xiàn)有硅器件生產(chǎn)線兼容，簡(jiǎn)化了工藝流程，避免金屬剝離所造成的污染，能提高生產(chǎn)產(chǎn)品良率。

附圖說明

圖1為經(jīng)典GaN MESFET剖面圖。

圖2至圖8是制作本發(fā)明階梯型源漏極歐姆接觸氮化鎵場(chǎng)效應(yīng)管的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖2所示，在襯底201表面外延生長(zhǎng)過渡層202，所述襯底201的材料選擇有硅、碳化硅、氮化鎵或氧化鋁，而在本實(shí)施例優(yōu)選碳化硅，所述過渡層202的材料是氮化鋁，所述過渡層202的厚度為5nm至10nm，而在本實(shí)施例優(yōu)選5nm；過渡層202表面外延生長(zhǎng)氮化鎵層203，其厚度為1000nm至5000nm，在本實(shí)施例優(yōu)選1000nm；氮化鎵層203表面外延生長(zhǎng)未摻雜鋁鎵氮層204作為隔離層，厚度為7nm至10nm，鋁的摩爾組分為10％至50％，而在本實(shí)施例優(yōu)選Al的摩爾組分為25％，厚度為8nm；未摻雜鋁鎵氮層204表面外延生長(zhǎng)N型摻雜鋁鎵氮層205，其厚度為20nm至100nm，鋁的摩爾組分為10％至50％，而在本實(shí)施例優(yōu)選Al的摩爾組分為25％，厚度為50nm；氮化鎵層203與未摻雜鋁鎵氮層205由于自發(fā)極化和壓電效應(yīng)，在氮化鎵層203和隔離層204之間形成一層二維電子氣206。

如圖3所示，在所述N型摻雜鋁鎵氮層205表面通過第一次光刻和第一次等離子刻蝕，形成工作區(qū)域A-A’，所述工作區(qū)域用于在后續(xù)工藝中形成氮化鎵場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)電通道。以所述第一次光刻出的工作區(qū)域圖形，通過使用BCl₃和Cl₂的混合氣體依次對(duì)N型摻雜鋁鎵氮層205、未摻雜鋁鎵氮層204和氮化鎵層203進(jìn)行第一次等離子體刻蝕，刻蝕深度與氮化鎵層203表面距離d1為2nm至5nm，在本實(shí)施例優(yōu)選2nm，通過刻蝕時(shí)間和刻蝕功率控制該刻蝕深度。

如圖4所示，在所述工作區(qū)域表面進(jìn)行第二次光刻和第二次等離子體刻蝕，以形成源極和漏極歐姆接觸區(qū)域。以所述第二次光刻出的圖形，通過使用BCl₃和Cl₂的混合氣體依次對(duì)所述工作區(qū)域進(jìn)行第二次等離子體刻蝕，刻蝕深度d2為30nm至50nm，在本實(shí)施例優(yōu)選30nm，形成源極和漏極歐姆接觸區(qū)域。通過刻蝕時(shí)間和刻蝕功率控制該刻蝕深度。

如圖5所示，在完成圖4所示過程后，在圖4所示的結(jié)構(gòu)表面沉積第一層多金屬薄膜結(jié)構(gòu)210，所述第一層多金屬薄膜結(jié)構(gòu)210為Ti/Al/Ni/Au、AuGeNi/Ag/Au、Au/Ag/Au中的一種，而在本實(shí)施例優(yōu)選Ti/Al/Ni/Au，此時(shí)第一層多金屬薄膜結(jié)構(gòu)210自下而上依次為Ti、Al、Ni、Au，Ti層厚度為20nm至30nm，優(yōu)選20nm，Al層厚度為150nm至250nm，優(yōu)選150nm，Ni層厚度為40至60nm，優(yōu)選40nm，Au層厚度為60至100nm，優(yōu)選60nm。所述第一層多金屬薄膜結(jié)構(gòu)210在側(cè)壁與二維電子氣層206接觸。

如圖6所示，在所述第一層多金屬薄膜結(jié)構(gòu)210表面進(jìn)行第三次光刻和第三次等離子體刻蝕，并進(jìn)行高溫退火，形成源極209和漏極207，所形成的源極209和漏極207覆蓋所述工作區(qū)域和歐姆接觸區(qū)域的側(cè)壁，具有圖6中示出的階梯形狀；刻蝕Au使用的混合氣體為Ar和O₂的混合氣體；刻蝕Ni使用的混合氣體為SF₆和O₂的混合氣體；刻蝕Al使用的混合氣體為BCl₃和Cl₂的混合氣體；刻蝕Ti使用氣體CF₄。隨后進(jìn)行高溫退火，退火溫度為800攝氏度至870攝氏度，退火氛圍為氮?dú)?，退火時(shí)間為30秒至60秒。

如圖7所示，在圖6所示的結(jié)構(gòu)表面沉積第二層多金屬薄膜結(jié)構(gòu)211，該第二層多金屬薄膜結(jié)構(gòu)211為Ti/Al/Ni/Au、Ti/Al/W、Ni/Al/W、Ti/W、Ni/W、Ti/Al/Pt、Ni/Al/Pt、Ti/Pt和Ni/Pt中的一種。在本實(shí)施例優(yōu)選第二層多金屬薄膜結(jié)構(gòu)211為Ti/Al/Ni/Au，其沉積順序和厚度依次為Ti(20nm)、Al(150nm)、Ni(40nm)、Au(60nm)。

如圖8所示，在第二層多金屬薄膜結(jié)構(gòu)211表面進(jìn)行第四次光刻和等離子體刻蝕，形成柵極結(jié)構(gòu)的區(qū)域。對(duì)圖7所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行光刻得到的圖形，通過對(duì)所述第二層多金屬薄膜結(jié)構(gòu)211進(jìn)行等離子體刻蝕，形成肖特基型柵極結(jié)構(gòu)208，其中，形成所述柵極的等離子體刻蝕可以使用如下混合氣體：刻蝕W使用的混合氣體為SF₆和O₂的混合氣體，刻蝕Ni使用的混合氣體為SF₆和O₂的混合氣體，刻蝕Al使用的混合氣體為BCl₃和Cl₂的混合氣體，刻蝕Ti使用氣體CF₄。而在本實(shí)施例刻蝕Au使用的混合氣體為Ar和O₂的混合氣體，刻蝕Ni使用的混合氣體為SF₆和O₂的混合氣體，刻蝕Al使用的混合氣體為BCl₃和Cl₂的混合氣體；刻蝕Ti使用氣體CF₄。隨后進(jìn)行高溫退火，退火溫度為400攝氏度至600攝氏度，退火氛圍為氮?dú)?，退火時(shí)間800秒至1200秒。至此，便可制得所需的階梯型源漏極歐姆接觸氮化鎵場(chǎng)效應(yīng)管。

以上所述實(shí)施例只為本發(fā)明之較佳實(shí)施例，并非以此限制本發(fā)明的實(shí)施范圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。