專利名稱：：氮化鎵基器件的歐姆接觸及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明是關(guān)于半導體
技術(shù)領(lǐng)域：
中的氮化鎵基器件，具體涉及一種氮化鎵基器件的歐姆接觸及其制備方法。
背景技術(shù)：
：以AlGaN/GaN為材料基礎(chǔ)的器件統(tǒng)稱為氮化鎵基器件，例如AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)管(heterostructurefieldeffecttransistors,HFET)，異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(heterostructurebipolartransistor,HBT)等。氮化鎵基器件具有工作溫度高、擊穿場強大、截止頻率高、功率密度大等優(yōu)點，是未來微波大功率領(lǐng)域的首選，更成為近十多年來微波功率器件領(lǐng)域的研究重點。不同于傳統(tǒng)的Si器件，GaN系統(tǒng)，氮化鎵基器件不能通過對半導體材料進行重摻雜來形成歐姆接觸，具體過程為首先在半導體的表面通過磁控濺射或者電子束蒸發(fā)淀積需要的金屬，然后對它們進行快速熱退火(溫度集中于750°C900°C，時間為30S60S)，之后才能形成合乎要求的歐姆接觸。因此，在氮化鎵基器件的構(gòu)成中，歐姆接觸會影響器件的膝電壓、總跨導，以至總輸出功率，以及歐姆接觸的形貌進一步還會影響器件的后續(xù)光刻工藝、器件的微波噪聲特性，故氮化鎵基器件歐姆接觸的可靠性直接決定了器件的可靠性。目前，現(xiàn)已報道的氮化鎵基器件的歐姆接觸包括1、最早期的研究是利用Ti/Al或A1/Ti這樣的雙層結(jié)構(gòu)——先在半導體表面淀積金屬，然后在氮氣氣氛下快速熱退火。這種技術(shù)并不能獲得較小的比接觸電阻率，因為金屬容易氧化。2、技術(shù)逐步發(fā)展，出現(xiàn)Ti/Al/Au三層結(jié)構(gòu)，最表層的Au用于保護歐姆金屬不受氧化。但并沒有取得理想的比接觸電阻率(1E-6Q.cm2)。3、隨后，氮化鎵基器件歐姆接觸技術(shù)多采用四層金屬結(jié)構(gòu)Ti/Al/Ni(Pt、Mo、Ti、Ir等)/Au。其中以Ti/Al/Ni/Au和Ti/Al/Mo/Au為最廣泛。該歐姆接觸制備機理為和AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)最接近的Ti，在快速熱退火的過程中，和AlGaN/GaN發(fā)生反應(yīng)，從GaN體系中奪取N元素，反應(yīng)生成TiN并在GaN體系中造成N空位。TiN是一種低功函數(shù)(3.7ev)的物質(zhì)，有利于形成好的歐姆金屬；而N空位是GaN體系中的n型摻雜，也有利形成好的歐姆金屬。為了輔助Ti和GaN系統(tǒng)的反應(yīng)，在Ti上覆蓋A1，為了保護Ti，Al兩種易氧化的金屬不被氧化，需要在最上面覆蓋足夠厚度的Au，為了阻擋Au的下沉，需要在Au和Al之間加一層阻擋層金屬，如Ni、Pt、Mo、Ti、Ir等，構(gòu)成Ti/Al/Ni/Au體系的歐姆接觸。目前，研究者的精力多集中在尋找最優(yōu)的Ti/Al比例和最優(yōu)的退火條件上。但在實際結(jié)果中，發(fā)現(xiàn)上述Ti/Al/Ni/Au體系的歐姆接觸中的Al的作用不僅如上述所言，其作用還需要進一步研究；而做為阻擋層金屬的Ni，也并不能完全阻擋金屬間的互擴散，這些金屬具體所起的作用還要進一步研究。這是因為，在快速熱退火的過程中，Ti和A1在250'C時首先反應(yīng)生成TiAl3這種熱穩(wěn)定性好的物質(zhì)，它的量多少決定了剩余的能和GaN體系反應(yīng)的Ti-Al(合金或單純兩種金屬)的量，決定了歐姆接觸的優(yōu)劣。因此，AlGaN/GaNHFET等氮化鎵基器件的歐姆接觸極大地吸引了研究者的注意力。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供了一種氮化鎵基器件的歐姆接觸及其制備方法，該歐姆接觸的電學性能和熱穩(wěn)定性好，其表面的突起尺寸變小，平整度高。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種氮化鎵基器件的歐姆接觸，由鈦金屬層、鋁金屬層、阻擋金屬層和金金屬層組成，其中，與氮化鎵基器件歐姆接觸的是鈦金屬層，鈦金屬層上覆蓋鋁金屬層，在鈦金屬層和鋁金屬層上依次覆蓋阻擋金屬層和金金屬層，其特征在于，上述鈦金屬層和鋁金屬層重疊排列210個周期。所述鈦金屬層總厚度為2050nm。所述鈦金屬層和鋁金屬層的厚度比為1:21:12。所述阻擋金屬層采用鎳、鉑、鉬、鈦和銥中的一種。一種氮化鎵基器件的歐姆接觸的制備方法，其步驟包括1)在氮化鎵基器件的表面分別淀積如權(quán)利要求1所述的鈦金屬層、鋁金屬層、阻擋金屬層和金金屬層；2)對上述金屬層進行快速熱退火，形成歐姆接觸。步驟l)中采用磁控濺射或電子束蒸發(fā)技術(shù)淀積金屬層。步驟l)之后，將已淀積金屬層的氮化鎵基器件在丙酮中超聲，形成歐姆圖形。步驟2)中采用二次退火方式，即第一次退火的溫度范圍為80090(TC，時間為2045秒；第二次退火的溫度范圍為400600°C，時間為60180秒。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用了基于多層Ti/Al結(jié)構(gòu)的歐姆接觸，其在保持Ti和Al的總厚度及比例不變的情況下，將Ti/Al分拆成幾份，然后再覆蓋Ni/Au結(jié)構(gòu)。它很好地解決了傳統(tǒng)四層結(jié)構(gòu)歐姆接觸中存在的問題。理由如下1、增加了Ti/Al的接觸界面，使它們反應(yīng)更均勻，且形成分布更廣的TiAl,，從而提高了歐姆接觸熱穩(wěn)定性。同時，多層結(jié)構(gòu)充分固定了Al的側(cè)流。2、減小了最接近GaN體系的Ti/Al的絕對厚度，使反應(yīng)的劇烈程度減輕，提高了熱穩(wěn)定性。相比于傳統(tǒng)歐姆接觸結(jié)構(gòu)，本發(fā)明基于多層Ti/Al結(jié)構(gòu)的歐姆接觸能夠兼顧低比歐姆接觸率(單位接觸面積能獲得的接觸電阻，比接觸電阻率越低，總歐姆電阻越小)、好的表面形貌和高可靠性指標，提高歐姆接觸的綜合性能，進一步提高氮化鎵HFET器件的實用化，對于實現(xiàn)高性能、高可靠性的氮化鎵基器件具有重要意義。圖l為常規(guī)結(jié)構(gòu)Ti/Al/Ni/Au歐姆接觸結(jié)構(gòu)示意圖；其中，l一金金屬層；2—阻擋金屬層；3—鋁金屬層；4—鈦金屬層；5—氮化鎵基器件。圖2為本發(fā)明歐姆接觸結(jié)構(gòu)示意圖；其中，1—金金屬層；2—阻擋金屬層；3—鋁金屬層；4一鈦金屬層；5—氮化鎵基器件。圖3為本發(fā)明與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)歐姆接觸的形貌比較圖。具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細描述以AlGaN/GaNHFET器件為例，具體技術(shù)方案如下(1)光刻器件歐姆金屬結(jié)構(gòu)版(2)金屬層結(jié)構(gòu)的淀積，采用磁控濺射依次淀積Ti5nm，Al30nm，Ti5nm，Al30皿，Ti5nm，Al30nm，Ti5nm，Al30nm,Ni50nm，Au200nm。(3)剝離將已淀積金屬的器件樣片在丙酮中超聲，形成歐姆圖形。(4)快速熱退火將器件樣片清洗好然后放入快速退火爐，采用兩次退火方案第一次退火的溫度范圍為800900°C,時間為30S;第二次退火的溫度范圍為40060(TC，時間為120S。本實施例的歐姆接觸與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)歐姆接觸的電阻率比較:<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>本實施例歐姆接觸與傳統(tǒng)歐姆接觸的形貌比較在圖3中，(a)(b)為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)歐姆接觸的表面形貌，可見其形貌較差，且在高倍下，可見在表面突起上有裂縫，這將大大影響器件的高頻特性；在圖3中，(c)(d)為本發(fā)明歐姆接觸的表面形貌。可見表面的突起大大減小(可由照片中比例尺量得出)，而且在高倍下可見突起上沒有裂縫，這會大大提高器件的高頻特性。本實施例歐姆接觸與傳統(tǒng)歐姆接觸的高溫熱穩(wěn)定性比較通過實驗發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的歐姆接觸在40(TC高溫下可老化8小時而使比接觸電阻率變化很?。欢鴤鹘y(tǒng)結(jié)構(gòu)歐姆接觸經(jīng)過2小時已經(jīng)嚴重退化。上述實施例所涉及的器件不局限于本例說明，不但可以是AlGaN/GaNHFET器件，還可以是AlGaN/GaNHBT，GaN基LED、激光器，GaN基紫外光探測器等氮化鎵基器件。本發(fā)明中，上述實施例提供了一種優(yōu)化了氮化鎵基器件歐姆接觸結(jié)構(gòu)和制備方案，本發(fā)明不僅局限于此實施例，可以根據(jù)實際需要和設(shè)計要求做出相應(yīng)的修改，例如實施例中提供了鈦金屬層和鋁金屬層的排列周期是4，但相應(yīng)的鈦金屬層和鋁金屬層的排列可以是2—10周期。所述鈦金屬層總厚度為2050nm，所述鈦金屬層和鋁金屬層的厚度比為1:21:12。且阻擋金屬層可以是鎳、鉑、鉬、鈦和銥中的任意一種。另外，實施例中提供了磁控濺射淀積金屬層的方法，但相應(yīng)的結(jié)構(gòu)也可通過電子束蒸發(fā)技術(shù)實現(xiàn)。此外，二次退火方案的第一次退火溫度范圍為800900°C，時間為2045S;第二次退火溫度范圍為400600°C，時間為60180秒。以上通過詳細實施例描述了本發(fā)明氮化鎵基器件的歐姆接觸，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解，在不脫離本發(fā)明實質(zhì)的范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明做一定的變形或修改；其制備方法也不限于實施例中所公開的內(nèi)容。權(quán)利要求1.一種氮化鎵基器件的歐姆接觸，由鈦金屬層、鋁金屬層、阻擋金屬層和金金屬層組成，其中，與氮化鎵基器件歐姆接觸的是鈦金屬層，鈦金屬層上覆蓋鋁金屬層，在鈦金屬層和鋁金屬層上依次覆蓋阻擋金屬層和金金屬層，其特征在于，上述鈦金屬層和鋁金屬層重疊排列2～10周期。2、如權(quán)利要求1所述的氮化鎵基器件的歐姆接觸，其特征在于，所述鈦金屬層總厚度為2050咖。3、如權(quán)利要求1或2所述的氮化鎵基器件的歐姆接觸，其特征在于，所述鈦金屬層和鋁金屬層的厚度比為1:21:12。4、如權(quán)利要求1所述的氮化鎵基器件的歐姆接觸，其特征在于，所述阻擋金屬層采用鎳、鉑、鉬、釹和銥中的一種。5、一種氮化鎵基器件的歐姆接觸的制備方法，其步驟包括1)在氮化鎵基器件的表面分別淀積如權(quán)利要求1所述的鈦金屬層、鋁金屬層、阻擋金屬層和金金屬層；2)對上述金屬層進行快速熱退火，形成歐姆接觸。6、如權(quán)利要求5所述的氮化鎵基器件的歐姆接觸的制備方法，其特征在于，步驟l)中釆用磁控濺射或電子束蒸發(fā)技術(shù)淀積金屬層。7、如權(quán)利要求5或6所述的氮化鎵基器件的歐姆接觸的制備方法，其特征在于，步驟l)之后，將己淀積金屬層的氮化鎵基器件在丙酮中超聲，形成歐姆圖形。8、如權(quán)利要求5或6所述的氮化鎵基器件的歐姆接觸的制備方法，其特征在于，步驟2)采用二次退火方式，即第一次退火的溫度范圍為8009(XTC，時間為2045秒；第二次退火的溫度范圍為400600°C，時間為60180秒。全文摘要本發(fā)明公開了一種氮化鎵基器件的歐姆接觸及其制備方法，屬于半導體
技術(shù)領(lǐng)域：
。該氮化鎵基器件的歐姆接觸，由鈦金屬層、鋁金屬層、阻擋金屬層和金金屬層組成，與氮化鎵基器件歐姆接觸的是鈦金屬層，鈦金屬層上覆蓋鋁金屬層，在鈦金屬層和鋁金屬層上依次覆蓋阻擋金屬層和金金屬層，其中，鈦金屬層和鋁金屬層重疊排列2-10個周期。與傳統(tǒng)歐姆接觸結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明基于多層Ti/Al結(jié)構(gòu)的歐姆接觸能夠兼顧低比歐姆接觸率，且具有好的表面形貌和高可靠性，能夠提高歐姆接觸的綜合性能。對于實現(xiàn)高性能、高可靠性的氮化鎵基器件具有重要意義。文檔編號H01L29/772GK101369599SQ20081021205公開日2009年2月18日申請日期2008年9月16日優(yōu)先權(quán)日2008年7月11日發(fā)明者正文,王金延,王陽元,董志華,郝一龍申請人:北京大學