一種降低寬禁帶半導體器件歐姆接觸電阻的方法
2023-04-29 10:41:26 1
一種降低寬禁帶半導體器件歐姆接觸電阻的方法
【專利摘要】本發明涉及半導體【技術領域】，特別是一種基於離子注入/雷射退火降低寬禁帶半導體器件歐姆接觸電阻的方法。本發明主要包括在GaN(氮化鎵)襯底材料上面PECVD30～100nmSi3N4；注入1015～1016cm-2的28Si離子；用雷射對GaN材料進行退火；電子束蒸發或者磁控濺射多層金屬Ti/Al/X/Au。利用本發明，可以有效的降低GaN器件的源漏歐姆接觸電阻，保持歐姆接觸金屬形貌，降低器件熱噪聲，防止高溫熱退火帶來的材料性能惡化以及器件的可靠性問題。本發明可以和傳統的Si工藝以及LED工藝相兼容，對GaN器件的大規模產業化具有重要意義。
【專利說明】一種降低寬禁帶半導體器件歐姆接觸電阻的方法
【技術領域】
[0001]本發明專利涉及一種基於離子注入和雷射退火降低寬禁帶半導體器件歐姆接觸電阻的方法。
【背景技術】
[0002]GaN是第三代半導體材料的代表，具有高電子遷移率，高擊穿電壓，和耐高溫等優點，在新一代移動通信，雷達技術和電力電子領域有著廣闊的應用前景。但是，GaN材料還有一些問題沒有解決。最主要的一個難題就是GaN的歐姆接觸製備。由於GaN材料功函數過小以及材料本身存在極強的自發極化和壓電極化，導致器件的歐姆接觸電阻過大，對跨導、微波噪聲、飽和電流以及可靠性影響極大。性能優良的歐姆接觸需要具備接觸電阻小、表面形貌好、輪廓清晰和可靠穩定等特點。為了降低GaN的歐姆接觸電阻，世界上的研究者提出了一些方法:(I)在歐姆接觸區蒸發Ti/Al/Ni/Au或Ti/Al/Mo/Au等多層金屬，在850°C環境中快速熱退火30s形成合金；(2)向歐姆接觸區中注入28Si離子，在高溫中激活雜質；(3)向歐姆接觸區中注入28Si離子，用AlN或SiN做保護層，在100個大氣壓、1500°C的N2環境中快速熱退火；(4)用MOCVD生長AlGaN/GaN全結構，並將歐姆接觸區刻蝕掉，然後用MBE在歐姆區再生長高摻雜的GaN。對於大規模生產來講，前人發明的方法並不能滿足生產的要求。快速熱退火雖然能形成低阻合金，但是合金的表面形貌很差，這直接制約了 GaN特徵尺寸的進一步縮小。MBE再生長高摻雜GaN技術雖能規避熱退火帶來的問題，但是效率很低。此外，1500°C的高溫雖能激活離子並修復注入損傷，但是GaN會劇烈分解，導致電子遷移率急劇下降，器件柵漏電急劇增加。
【發明內容】
[0003]本發明專利的目的在於克服上述已有技術的缺點，提出一種製備GaN歐姆接觸的簡便且有效的方法，以降低GaN器件的源漏歐姆接觸電阻，保持源漏電極金屬形貌，降低器件熱噪聲，防止高溫熱退火帶來的材料性能惡化以及器件的可靠性問題。
[0004]為了實現上述目的，本發明提出一種基於離子注入/雷射退火降低寬禁帶半導體器件歐姆接觸電阻的方法，其特徵在於所述器件為GaN材料，該材料由下至上依次包括襯底、緩衝層、AlN(氮化鋁)插入層和勢壘層，該方法包括以下步驟:
[0005]步驟一,沉積Si3N4
[0006]採用PECVD (等離子體增強化學氣相沉積)在GaN材料上沉積一層Si3N4注入犧牲層，腔體壓強為600mT，溫度為250°C，功率為22W，沉積時間為6min，沉積Si3N4所需氣體流量分別為:SiH4流量為4sccm, N2流量為196sccm, NH3流量為2sccm, He流量為200sccm。
[0007]步驟二，塗覆光刻膠，並光刻顯影去除非注入區光刻膠
[0008]在步驟一所沉積的Si3N4層上塗覆光刻膠，光刻膠為負膠AZ5214E，塗覆厚度約為Ιμπι，前烘90s，溫度100°C。用Ero100顯影，時間90s，顯影可去除非離子注入區的光刻膠。
[0009]步驟三，沉積Ni金屬
[0010]採用電子束蒸發儀器VPC-1100在步驟二的掩膜圖形上表面沉積200nm Ni金屬，蒸發腔體內真空度彡2.0X 10_6Torr，Ni的蒸發速率是0.lnm/s。
[0011]步驟四，掩膜金屬Ni剝離
[0012]將沉積完Ni金屬的襯底放入丙酮中浸泡30?40min,緊接著再超聲3min,然後用無水乙醇超聲2min，最後用超純水衝洗並用N2吹乾，以實現離子注入區域的Ni金屬剝離，非離子注入區的Ni金屬未被剝離以實現注入阻擋，同時襯底上面的光刻膠全部被被剝離掉。
[0013]步驟五，注入28Si離子
[0014]採用LC-4型離子注入機，對勢壘層和緩衝層進行28Si離子注入。
[0015]步驟六，對離子注入後的GaN襯底進行雷射退火
[0016]採用KrF雷射器或ArF準分子雷射器對離子注入後的GaN襯底進行雷射退火以便激活28Si。
[0017]步驟七，腐蝕掉Ni金屬掩膜
[0018]用20%稀硫酸腐蝕掉襯底上的全部Ni金屬掩膜，時間為30min。
[0019]步驟八，腐蝕Si3N4層
[0020]用2%氫氟酸腐蝕掉襯底上面全部的Si3N4犧牲層，時間為60s。
[0021]步驟九，在GaN材料上塗覆光刻膠，並光刻顯影去除離子注入區光刻膠
[0022]先在GaN材料上塗覆0.35 μ m的光刻膠PMGISF6，前烘5min，溫度200°C，然後再塗覆0.77 μ m的光刻膠EPI621，前烘lmin，溫度90°C。曝光時間為90s,顯影液為EPD1000,顯影時間為90s。顯影之後，離子注入區的光刻膠被去除。
[0023]步驟十，在GaN材料上電子束蒸發四層金屬Ti/Al/X/Au
[0024]採用電子束蒸發儀器VPC-1100在顯影后的GaN材料上蒸發四層金屬Ti/Al/X/Au,離子注入區的金屬Ti/Al/X/Au直接和GaN材料接觸形成歐姆接觸，蒸發腔體內真空度^ 2.0 X 10 6Torr,蒸發速率為 0.lnm/s。
[0025]步驟^^一，歐姆接觸金屬Ti/Al/X/Au剝離
[0026]將沉積完歐姆接觸金屬Ti/Al/X/Au的襯底放入丙酮中浸泡30?40min，緊接著再超聲3min,然後用無水乙醇超聲2min,最後用超純水衝洗,非離子注入區上方的金屬Ti/Al/X/Au被剝離掉，離子注入區上方的金屬未被剝離，並和襯底直接接觸形成歐姆接觸。
[0027]其特徵在於所述襯底層為SiC襯底、藍寶石襯底、Si襯底、AlN襯底或同質外延的GaN襯底，緩衝層為GaN緩衝層、摻鐵的GaN緩衝層、AlGaN(鋁鎵氮)緩衝層或GaN和AlGaN混合的緩衝層，插入層為A1N，勢壘層為AlGaN、AIN、InAlN(銦鋁氮)或InAlGaN(銦鋁鎵氮)四元合金勢魚層。
[0028]其特徵在於步驟一中所述Si3N4的厚度為30?lOOnm。
[0029]步驟五中所述的注入離子為28Si,注入劑量為115?1016cm_2，注入角度為7°，注入能量為10?150keV，襯底溫度為200?600°C。
[0030]步驟六中雷射器為波長248nm的KrF雷射器或波長為193nm的ArF準分子雷射器，雷射脈衝寬度為20?100ns，能量密度為100?1500mJ/cm2。
[0031]步驟十中歐姆接觸金屬Ti/Al/X/Au中的阻擋層X可以是T1、N1、Ir、Pt或Mo，四層金屬厚度依次為20nm/120nm/45nm/55nm。
[0032]有益效果:
[0033]1、方法簡單，工藝兼容:
[0034]本發明所採用的離子注入和雷射退火工藝能夠和大規模集成電路製造工藝以及LED (light-emitting d1de)製造工藝相兼容。離子注入技術是傳統集成電路製造最重要和最常見的技術之一，能夠非常便捷有效的應用於GaN器件的大規模製備中。LED製造工藝中的雷射剝離所用的KrF雷射器能夠滿足雷射退火的要求，而且LED本身就是一種GaN器件，所以本發明所提出的雷射退火工藝完全可以和現有的GaN器件製備工藝相兼容。
[0035]2、避免器件其他性能退化，提高器件可靠性:
[0036]本發明所採用的離子注入和雷射退火技術不需要用高溫高壓來修復注入損傷，激活注入雜質。該技術可以有效的避免由歐姆接觸金屬毛刺造成的短路以及其他可靠性問題。雷射退火既可以有效的激活注入區域的雜質，修復注入損傷，又可以避免對溝道區的破壞，防止由於高溫造成的GaN材料的分解，從而有效的抑制了器件柵漏電惡化，保持了載流子的高遷移率。
[0037]3、GaN器件具有高電流密度
[0038]本發明對AlGaN勢壘層和GaN緩衝層中注入了大量28Si離子，雷射退火可以有效激活注入的28Si離子並使其釋放大量電子，從而有效的提高GaN器件的電流密度，對於大功率器件的製備具有極為重要的價值。
[0039]4、GaN器件具有高擊穿電壓
[0040]傳統的GaN器件的歐姆接觸需要在850°C高溫退火的條件下獲得，在此溫度下，器件的源漏金屬電極穿刺進入AlGaN勢壘層直接和二維電子氣(2DEG)接觸從而實現低接觸電阻。穿刺金屬周邊的電場強度過大也造成了 GaN器件的擊穿電壓的急劇惡化。本發明不需要高溫退火即可實現低阻歐姆接觸，有效的保持了器件的高擊穿電壓。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0041]下面結合附圖及實施方式對本發明作進一步詳細的說明:
[0042]圖1是是本發明實施方式的工藝流程圖。
[0043]圖2是生長30nmSi3N4後的結果。
[0044]圖3是塗覆負光刻膠並光刻顯影去除非注入區光刻膠後的結果。
[0045]圖4是蒸發注入掩膜層Ni金屬後的結果。
[0046]圖5是金屬剝離後的示意圖。
[0047]圖6是離子注入後的示意圖。
[0048]圖7是雷射退火裝置示意圖。
[0049]圖8是塗覆正光刻膠並光刻顯影去除離子注入區光刻膠後的結果。
[0050]圖9是蒸發源漏歐姆接觸金屬Ti/Al/Ni/Au後的結果。
[0051]圖10是金屬剝離後的結果。
【具體實施方式】
[0052]下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。
[0053]實施例1
[0054]步驟一，沉積Si3N4
[0055]對GaN材料進行清洗。丙酮超聲3min,再用無水乙醇超聲2min,然後用去離子水衝洗2min,最後用N2吹乾GaN材料；
[0056]採用PECVD (等離子體增強化學氣相沉積)在GaN材料上沉積一層Si3N4注入犧牲層，腔體壓強為600mT，溫度為250°C，功率為22W，沉積時間為6min，沉積Si3N4所需氣體流量分別為:SiH4流量為4sccm, N2流量為196sccm, NH3流量為2sccm, He流量為200sccm,所沉積Si3N4的厚度為30nm。
[0057]步驟二，塗覆光刻膠，並光刻顯影去除非注入區光刻膠
[0058]在步驟一所沉積的Si3N4層上塗覆光刻膠，光刻膠為負膠AZ5214E，塗覆厚度約為I μ m，前烘90s，溫度100°C。用ΕΗΗΟΟΟ顯影，時間90s，顯影可去除非離子注入區的光刻膠，並保留離子注入區的光刻膠以便在步驟四中做金屬剝離。
[0059]步驟三,沉積Ni金屬
[0060]採用DQ-500等離子去膠機去除步驟二中非注入區未顯影乾淨的光刻膠薄層，以便提高後續金屬剝離的成品率。去膠機功率200W，刻蝕氣體O2流量為3L/min，去膠時間為25s0
[0061]採用電子束蒸發儀器VPC-1100在步驟二的掩膜圖形上表面沉積200nm Ni金屬，蒸發腔體內真空度彡2.0X 10_6Torr，Ni的蒸發速率是0.lnm/s。
[0062]步驟四，掩膜金屬Ni剝離
[0063]將沉積完Ni金屬的襯底放入丙酮中浸泡30?40min,緊接著再超聲3min,然後用無水乙醇超聲2min，最後用超純水衝洗，以實現離子注入區域的Ni金屬剝離，留下非注入區域的Ni金屬最為28Si離子注入的掩膜層。
[0064]步驟五，注入28Si離子
[0065]採用LC-4型離子注入機，對AlGaN勢壘層和GaN緩衝層進行28Si離子注入，注入劑量為1015cm_2，注入角度為7°，注入能量為1keV,襯底溫度為200°C。
[0066]步驟六，對離子注入後的GaN襯底進行雷射退火
[0067]採用波長為248nm的KrF雷射器對離子注入後的GaN襯底進行雷射退火以便激活28Si。雷射脈衝寬度為20ns，能量密度為lOOmJ/cm2。
[0068]步驟七，腐蝕掉Ni金屬掩膜
[0069]用20%稀硫酸腐蝕掉襯底上的全部Ni金屬掩膜，時間為30min。
[0070]步驟八，腐蝕Si3N4層
[0071]用2%氫氟酸腐蝕掉襯底上面全部的Si3N4犧牲層，時間為60s。
[0072]步驟九，在GaN材料上塗覆光刻膠，並光刻顯影去除離子注入區光刻膠。
[0073]對GaN材料進行清洗。丙酮超聲3min,再用無水乙醇超聲2min,然後用去離子水衝洗2min,最後用N2吹乾GaN材料；
[0074]先在GaN材料上塗覆0.35 μ m的光刻膠PMGISF6，前烘5min，溫度200°C，然後再塗覆0.77 μ m的正光刻膠EPI621，前烘lmin，溫度90°C。曝光時間為90s，顯影液為EPD1000，顯影時間為90s。顯影之後，離子注入區光刻膠被去除。
[0075]步驟十，在GaN材料上電子束蒸發四層金屬Ti/Al/Ni/Au。
[0076]採用DQ-500等離子去膠機去除步驟九中注入區未顯影乾淨的光刻膠薄層，以便提高後續金屬剝離的成品率。去膠機功率200W，刻蝕氣體O2流量為3L/min，去膠時間為25s0
[0077]採用電子束蒸發儀器VPC-1100在顯影后的GaN材料上蒸發四層金屬Ti/Al/Ni/Au，離子注入區上方的金屬Ti/Al/Ni/Au直接和GaN材料接觸形成歐姆接觸，四層金屬厚度依次為20nm/120nm/45nm/55nm,蒸發腔體內真空度< 2.0 X KT6Torr,蒸發速率為0.lnm/s。
[0078]步驟^^一，歐姆接觸金屬Ti/Al/Ni/Au剝離
[0079]將沉積完歐姆接觸金屬Ti/Al/Ni/Au的襯底放入丙酮中浸泡30?40min，緊接著再超聲3min,然後用無水乙醇超聲2min,最後用超純水衝洗,非離子注入區上方的金屬Ti/Al/Ni/Au被剝離掉，離子注入區上方的金屬未被剝離，並和襯底直接接觸形成源漏歐姆接觸。
[0080]實施例2
[0081]步驟一,沉積Si3N4
[0082]對GaN材料進行清洗。丙酮超聲3min,再用無水乙醇超聲2min,然後用去離子水衝洗2min,最後用N2吹乾GaN材料；
[0083]採用PECVD (等離子體增強化學氣相沉積)在GaN材料上沉積一層Si3N4注入犧牲層，腔體壓強為600mT，溫度為250°C，功率為22W，沉積時間為6min，沉積Si3N4所需氣體流量分別為:SiH4流量為4sccm, N2流量為196sccm, NH3流量為2sccm, He流量為200sccm,所沉積Si3N4的厚度為65nm。
[0084]步驟二，塗覆光刻膠，並光刻顯影去除非注入區光刻膠
[0085]在步驟一所沉積的Si3N4層上塗覆光刻膠，光刻膠為負膠AZ5214E，塗覆厚度約為I μ m，前烘90s，溫度100°C。用ΕΗΗΟΟΟ顯影，時間90s，顯影可去除非離子注入區的光刻膠，並保留離子注入區的光刻膠以便在步驟四中做金屬剝離。
[0086]步驟三,沉積Ni金屬
[0087]採用DQ-500等離子去膠機去除步驟二中非注入區未顯影乾淨的光刻膠薄層，以便提高後續金屬剝離的成品率。去膠機功率200W，刻蝕氣體O2流量為3L/min，去膠時間為25s0
[0088]採用電子束蒸發儀器VPC-1100在步驟二的掩膜圖形上表面沉積200nm Ni金屬，蒸發腔體內真空度彡2.0X 10_6Torr，Ni的蒸發速率是0.lnm/s。
[0089]步驟四，掩膜金屬Ni剝離
[0090]將沉積完Ni金屬的襯底放入丙酮中浸泡30?40min,緊接著再超聲3min,然後用無水乙醇超聲2min，最後用超純水衝洗，以實現離子注入區域的Ni金屬剝離，留下非注入區域的Ni金屬最為28Si離子注入的掩膜層。
[0091]步驟五，注入28Si離子
[0092]採用LC-4型離子注入機，對AlGaN勢壘層和GaN緩衝層進行28Si離子注入，注入劑量為5X1015cm_2，注入角度為7°，注入能量為80keV，襯底溫度為400°C。
[0093]步驟六，對離子注入後的GaN襯底進行雷射退火
[0094]採用波長為193nm的ArF雷射器對離子注入後的GaN襯底進行雷射退火以便激活28Si。雷射脈衝寬度為60ns，能量密度為800mJ/cm2。
[0095]步驟七，腐蝕掉Ni金屬掩膜
[0096]用20%稀硫酸腐蝕掉襯底上的全部Ni金屬掩膜，時間為30min。
[0097]步驟八，腐蝕Si3N4層
[0098]用2%氫氟酸腐蝕掉襯底上面全部的Si3N4犧牲層，時間為60s。
[0099]步驟九，在GaN材料上塗覆光刻膠，並光刻顯影去除離子注入區光刻膠。
[0100]對GaN材料進行清洗。丙酮超聲3min,再用無水乙醇超聲2min,然後用去離子水衝洗2min,最後用N2吹乾GaN材料；
[0101 ] 先在GaN材料上塗覆0.35 μ m的光刻膠PMGISF6，前烘5min，溫度200°C，然後再塗覆0.77 μ m的正光刻膠EPI621，前烘lmin，溫度90°C。曝光時間為90s，顯影液為EPD1000，顯影時間為90s。顯影之後，離子注入區的光刻膠被去除。
[0102]步驟十，在GaN材料上電子束蒸發四層金屬Ti/Al/Mo/Au。
[0103]採用DQ-500等離子去膠機去除步驟九中注入區未顯影乾淨的光刻膠薄層，以便提高後續金屬剝離的成品率。去膠機功率200W，刻蝕氣體O2流量為3L/min，去膠時間為25s0
[0104]採用電子束蒸發儀器VPC-1100在顯影后的GaN材料上蒸發四層金屬Ti/Al/Mo/Au，離子注入區上方的金屬Ti/Al/Mo/Au直接和GaN材料接觸形成歐姆接觸，四層金屬厚度依次為20nm/120nm/45nm/55nm,蒸發腔體內真空度< 2.0 X KT6Torr,蒸發速率為0.lnm/s。
[0105]步驟^--,歐姆接觸金屬Ti/Al/Mo/Au剝離
[0106]將沉積完歐姆接觸金屬Ti/Al/Mo/Au的襯底放入丙酮中浸泡30?40min，緊接著再超聲3min,然後用無水乙醇超聲2min,最後用超純水衝洗,非離子注入區上方的金屬Ti/Al/Mo/Au被剝離掉，離子注入區上方的金屬未被剝離，並和襯底直接接觸形成源漏歐姆接觸。
[0107]實施例3
[0108]步驟一,沉積Si3N4
[0109]對GaN材料進行清洗。丙酮超聲3min,再用無水乙醇超聲2min,然後用去離子水衝洗2min,最後用N2吹乾GaN材料；
[0110]採用PECVD (等離子體增強化學氣相沉積)在GaN材料上沉積一層Si3N4注入犧牲層，腔體壓強為600mT，溫度為250°C，功率為22W，沉積時間為6min，沉積Si3N4所需氣體流量分別為:SiH4流量為4sccm, N2流量為196sccm, NH3流量為2sccm, He流量為200sccm,所沉積Si3N4的厚度為100nm。
[0111]步驟二，塗覆光刻膠，並光刻顯影去除非注入區光刻膠
[0112]在步驟一所沉積的Si3N4層上塗覆光刻膠，光刻膠為負膠AZ5214E，塗覆厚度約為I μ m，前烘90s，溫度100°C。用ΕΗΗΟΟΟ顯影，時間90s，顯影可去除非離子注入區的光刻膠，並保留離子注入區的光刻膠以便在步驟四中做金屬剝離。
[0113]步驟三，沉積Ni金屬
[0114]採用DQ-500等離子去膠機去除步驟二中非注入區未顯影乾淨的光刻膠薄層，以便提高後續金屬剝離的成品率。去膠機功率200W，刻蝕氣體O2流量為3L/min，去膠時間為25s0
[0115]採用電子束蒸發儀器VPC-1100在步驟二的掩膜圖形上表面沉積200nm Ni金屬，蒸發腔體內真空度彡2.0X 10_6Torr，Ni的蒸發速率是0.lnm/s。
[0116]步驟四，掩膜金屬Ni剝離
[0117]將沉積完Ni金屬的襯底放入丙酮中浸泡30?40min，緊接著再超聲3min，然後用無水乙醇超聲2min，最後用超純水衝洗，以實現離子注入區域的Ni金屬剝離，留下非注入區域的Ni金屬最為28Si離子注入的掩膜層。
[0118]步驟五，注入28Si離子用LC-4型離子注入機,對AlGaN勢壘層和GaN緩衝層進行28Si離子注入，注入劑量為1016cm_2，注入角度為7°，注入能量為150keV，襯底溫度為600。。。
[0119]步驟六，對離子注入後的GaN襯底進行雷射退火
[0120]採用波長為193nm的ArF雷射器對離子注入後的GaN襯底進行雷射退火以便激活28Si。雷射脈衝寬度為100ns，能量密度為1500mJ/cm2。
[0121]步驟七，腐蝕掉Ni金屬掩膜
[0122]用20%稀硫酸腐蝕掉襯底上的全部Ni金屬掩膜，時間為30min。
[0123]步驟八，腐蝕Si3N4層
[0124]用2%氫氟酸腐蝕掉襯底上面全部的Si3N4犧牲層，時間為60s。
[0125]步驟九，在GaN材料上塗覆光刻膠，並光刻顯影去除離子注入區光刻膠。
[0126]對GaN材料進行清洗。丙酮超聲3min,再用無水乙醇超聲2min,然後用去離子水衝洗2min,最後用N2吹乾GaN材料；
[0127]先在GaN材料上塗覆0.35 μ m的光刻膠PMGISF6，前烘5min，溫度200°C，然後再塗覆0.77 μ m的正光刻膠EPI621，前烘lmin，溫度90°C。曝光時間為90s，顯影液為EPD1000，顯影時間為90s。顯影之後，離子注入區的光刻膠被去除。
[0128]步驟十，在GaN材料上電子束蒸發四層金屬Ti/Al/Ti/Au。
[0129]採用DQ-500等離子去膠機去除步驟九中注入區未顯影乾淨的光刻膠薄層，以便提高後續金屬剝離的成品率。去膠機功率200W，刻蝕氣體O2流量為3L/min，去膠時間為25s0
[0130]採用電子束蒸發儀器VPC-1100在顯影后的GaN材料上蒸發四層金屬Ti/Al/Ti/Au，離子注入區上方的金屬Ti/Al/Ti/Au直接和GaN材料接觸形成歐姆接觸，四層金屬厚度依次為20nm/120nm/45nm/55nm,蒸發腔體內真空度< 2.0 X KT6Torr,蒸發速率為0.lnm/s。
[0131]步驟^^一，歐姆接觸金屬Ti/Al/Ti/Au剝離
[0132]將沉積完歐姆接觸金屬Ti/Al/Ti/Au的襯底放入丙酮中浸泡30?40min，緊接著再超聲3min,然後用無水乙醇超聲2min,最後用超純水衝洗,非離子注入區上方的金屬Ti/Al/Ti/Au被剝離掉，離子注入區上方的金屬未被剝離，並和襯底直接接觸形成源漏歐姆接觸。
[0133]應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。
【權利要求】
1.一種基於離子注入/雷射退火降低寬禁帶半導體器件歐姆接觸電阻的方法，其特徵在於所述器件為GaN材料，該材料由下至上依次包括襯底、緩衝層、A1N(氮化鋁)插入層和勢壘層，該方法包括以下步驟: 步驟一,沉積Si3N4 採用PECVD (等離子體增強化學氣相沉積)在GaN材料上沉積一層Si3N4注入犧牲層，腔體壓強為600mT，溫度為250°C，功率為22W，沉積時間為6min，沉積Si3N4所需氣體流量分別為:SiH4流量為4sccm, N2流量為196sccm, NH3流量為2sccm, He流量為200sccm ；步驟二，塗覆光刻膠，並光刻顯影去除非注入區光刻膠 在步驟一所沉積的Si3N4層上塗覆光刻膠，光刻膠為負膠AZ5214E，塗覆厚度約為I μ m,前烘90s，溫度100°C，用Ero100顯影，時間90s，顯影可去除非離子注入區的光刻膠；步驟三,沉積Ni金屬 採用電子束蒸發儀器VPC-1100在步驟二的掩膜圖形上表面沉積200nmNi金屬，蒸發腔體內真空度彡2.0X 10_6Torr，Ni的蒸發速率是0.lnm/s ； 步驟四，掩膜金屬Ni剝離 將沉積完Ni金屬的襯底放入丙酮中浸泡30?40min,緊接著再超聲3min,然後用無水乙醇超聲2min，最後用超純水衝洗並用N2吹乾，以實現離子注入區域的Ni金屬剝離，非離子注入區的Ni金屬未被剝離以實現注入阻擋，同時襯底上面的光刻膠全部被被剝離掉；步驟五，注入28Si離子 採用LC-4型離子注入機，對勢壘層和緩衝層進行28Si離子注入； 步驟六，對離子注入後的GaN襯底進行雷射退火 採用KrF雷射器或ArF準分子雷射器對離子注入後的GaN襯底進行雷射退火以便激活28Si ； 步驟七，腐蝕掉Ni金屬掩膜 用20%稀硫酸腐蝕掉襯底上的全部Ni金屬掩膜，時間為30min ； 步驟八，腐蝕Si3N4層 用2%氫氟酸腐蝕掉襯底上面全部的Si3N4犧牲層，時間為60s ； 步驟九，在GaN材料上塗覆光刻膠，並光刻顯影去除離子注入區光刻膠 先在GaN材料上塗覆0.35 μ m的光刻膠PMGISF6，前烘5min，溫度200°C，然後再塗覆0.77μπι的光刻膠EPI621，前烘lmin，溫度90°C，曝光時間為90s，顯影液為EPD1000，顯影時間為90s，顯影之後，離子注入區的光刻膠被去除； 步驟十，在GaN材料上電子束蒸發四層金屬Ti/Al/X/Au 採用電子束蒸發儀器VPC-1100在顯影后的GaN材料上蒸發四層金屬Ti/Al/X/Au，離子注入區的金屬Ti/Al/X/Au直接和GaN材料接觸形成歐姆接觸，蒸發腔體內真空度< 2.0 X ICT6Torr,蒸發速率為 0.lnm/s ； 步驟十一，歐姆接觸金屬Ti/Al/X/Au剝離 將沉積完歐姆接觸金屬Ti/Al/X/Au的襯底放入丙酮中浸泡30?40min，緊接著再超聲3min,然後用無水乙醇超聲2min,最後用超純水衝洗,非離子注入區上方的金屬Ti/Al/X/Au被剝離掉，離子注入區上方的金屬未被剝離，並和襯底直接接觸形成歐姆接觸。
2.如權利要求1所述的一種基於離子注入/雷射退火降低寬禁帶半導體器件歐姆接觸電阻的方法，其特徵在於所述襯底層為SiC襯底、藍寶石襯底、Si襯底、AlN襯底或同質外延的GaN襯底，緩衝層為GaN緩衝層、摻鐵的GaN緩衝層、AlGaN(鋁鎵氮)緩衝層或GaN和AlGaN混合的緩衝層，插入層為A1N，勢壘層為AlGaN、AIN、InAlN (銦鋁氮)或InAlGaN (銦鋁鎵氮)四元合金勢壘層。
3.如權利要求1所述的一種基於離子注入/雷射退火降低寬禁帶半導體器件歐姆接觸電阻的方法，其特徵在於步驟一中所述Si3N4的厚度為30?lOOnm。
4.如權利要求1所述的一種基於離子注入/雷射退火降低寬禁帶半導體器件歐姆接觸電阻的方法，其特徵在於步驟五中所述的注入離子為28Si,注入劑量為115?1016cm_2，注入角度為?。，注入能量為10?150keV，襯底溫度為200?600°C。
5.如權利要求1所述的一種基於離子注入/雷射退火降低寬禁帶半導體器件歐姆接觸電阻的方法，其特徵在於步驟六中雷射器為波長248nm的KrF雷射器或波長為193nm的ArF準分子雷射器，雷射脈衝寬度為20?100ns，能量密度為100?1500mJ/cm2。
6.如權利要求1所述的一種基於離子注入/雷射退火降低寬禁帶半導體器件歐姆接觸電阻的方法，其特徵在於步驟十中歐姆接觸金屬Ti/Al/X/Au中的阻擋層X可以是T1、N1、Ir、Pt或Mo,四層金屬厚度依次為20nm/120nm/45nm/55nm。
【文檔編號】H01L33/40GK104269469SQ201410479905
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月19日 優先權日:2014年9月19日
【發明者】張進成, 李祥東, 江海清, 郝躍 申請人:西安電子科技大學