一种适用于氮化镓器件的欧姆接触系统的利记博彩app
【专利摘要】本发明公开了一种适用于氮化镓器件的欧姆接触系统，涉及半导体器件【技术领域】。GaN基HEMT器件上表面从下到上依次为Si和/或Ge、Al、Ti、Metal和Au五层金属；所述Metal为Ti、Ni、Pt或Mo中的一种；并在氮气氛围中进行合金退火制成的。本发明能够在700～870℃之间，20～60s范围内获得理想一致的欧姆接触，合金温度和时间范围比传统的欧姆接触体系要大，提高了工艺重复性，并且合金后的形貌比较平整，边缘比较整齐。
【专利说明】一种适用于氮化镓器件的欧姆接触系统
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及晶体管器件【技术领域】。
【背景技术】
[0002]GaN材料作为第三代半导体的代表,是继S1、GaAs材料之后的一种重要半导体材料，由于具有大禁带宽度、高临界场强、高载流子饱和速度以及耐高温抗辐照等优良特性，受到人们的广泛关注。其中GaN基异质结(如AlGaN/GaN和InAl/GaN等)高电子迁移率场效应晶体管(HEMT)在微波及毫米波领域所展示出来的优异性能，使得国内外对其进行了广泛而深入的研究。经过近些年来的努力，GaN基HEMT器件性能和稳定性得到了巨大提升。
[0003]在GaN基HEMT器件的制造工艺过程中，源漏欧姆接触工艺是关键技术之一，直接影响着器件的频率和功率性能。源漏欧姆接触工艺广泛采用真空蒸发、溅射沉积等方法在GaN基异质结材料表面堆叠钛/铝/耐熔金属/金(Ti/Al/Metal/Au)多层金属体系，而后高温合金形成欧姆接触。在高温退火过程中，金属与氮化物发生反应，生成氮化钛(TiN)和铝钛氮(AlTi2N),从而获得了低的欧姆接触电阻率，同时Ti和Al之间也形成了 TiAl3金相的钛招合金,进一步降低了欧姆接触电阻率。Ti/Al/Metal/Au多层金属体系中的Metal被称为“阻挡层”，多采用钛(Ti)、镍(Ni)、钼(Pt)和钥(Mo)等耐熔金属。对于被广泛采用的Ti/Al/Metal/Au多层金属体系,其金属比例、金属层厚度、合金温度和时间等对欧姆接触影响很大，退火温度过高过低、时间过长过短都会大大影响欧姆接触的性能。目前，文献报道基本都是采用Ti/Al/Ni/Au、Ti/Al/Pt/Au和Ti/Al/Ti/Au等，其合金温度一般高达700-950°C甚至更高，导致工艺难度增大，而且，从现有结果来看，合金后的表面形貌和边缘整齐度并不理想，有待改进。
[0004]与此同时，与GaN直接接触的Ti金属层也有被复合金属层(如Ti/Al/Ti/Al/Ti/Al等多层金属)替代的相关研究，此外，还有关于欧姆接触区二次外延生长n+GaN的欧姆接触研究，所有这些努力都是致力于降低欧姆接触电阻率和提高合金表面形貌及边缘整齐度，以提高器件的稳定性。但很明显，采用复合金属层和欧姆接触区二次外延生长n+GaN都无疑增加了器件的制造成本和工艺复杂度，这对器件的工艺的稳定性是不利的。因此，从GaN器件实用推广的角度来讲，在保证欧姆接触性能的前提下，尽量减小金属系的层数和金属种类应该是人们努力的方向。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种适用于氮化镓器件的欧姆接触系统，能够在700?870°C之间，20?60s范围内获得理想一致的欧姆接触，合金温度和时间范围比传统的欧姆接触体系要大，提高了工艺重复性，并且合金后的形貌比较平整，边缘比较整齐。
[0006]本发明所采取的技术方案是:一种适用于氮化镓器件的欧姆接触系统，GaN基HEMT器件上表面从下到上上依次为Si和/或Ge、Al、T1、Metal和Au五层金属
为T1、N1、Pt或Mo中的一种；并在氮气氛围中进行合金退火制成的。[0007]五层金属通过热蒸发、电子束蒸发或溅射形成。
[0008]GaN 基材料为 AlGaN/GaN、InAlN/GaN 或 AlN/GaN 异质结材料。
[0009]Metal为耐熔金属。
[0010]本发明欧姆接触系统中硅/铝/钛/耐熔金属/金(Si/Al/Ti/Metal/Au)五层欧姆接触金属技术，是GaN器件中的一项关键工艺技术。本发明的欧姆接触金属系统由Si/Al/Ti/Metal/Au五层金属构成,可采用热蒸发、电子束蒸发或派射来实现，与GaN材料接触的部分依次为Si和/或Ge、Al、T1、Metal、Au五层结构，其中“Metal ”为钛(Ti )、镍(Ni )、钼(Pt)或钥(Mo)四种耐熔金属中的一种。区别于传统的Ti/Al/Ni/Au金属体系，本发明中与GaN材料接触的第一层为娃层,娃在合金过程中会扩散至GaN材料,利于形成良好的欧姆接触，有效降低欧姆接触，同时降低了欧姆合金温度，改善了合金后的表面形貌；此外，该发明中Al置于Ti金属层下，有效地扩大了合金温度范围，同时Ti金属在Al之上，加大了对Al的阻挡作用，有效防止了合金过程中Al的外溢，改善了合金后的欧姆接触形貌。
[0011]本发明的新结构欧姆接触合金技术，能在700?870°C之间，20S?60S范围内获得比较理想一致的欧姆接触，合金温度会随着欧姆金属体系的不同导致合金温度的不同，合金温度一般都在700?950°C内，但是对于某一种欧姆接触体系，其合金范围一般为100°C左右，本发明所用的金属体系，合金范围大约为200°C，大大提高了合金温度范围；合金温度和时间有较大的工艺选择范围，降低了工艺难度，提高了工艺重复性，并且合金后的形貌比较平整，边缘比较整齐。
[0012]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明能够在700?870°C之间，20?60s范围内获得理想一致的欧姆接触，合金温度和时间范围比传统的欧姆接触体系要大，提高了工艺重复性，并且合金后的形貌比较平整，边缘比较整齐。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0014]图1是实施例1的结构示意图；
图2是传统的欧姆接触系统结构示意图；
图3是GaN基材料(AlGaN/GaN)和衬底的一般结构示意图；
图4是实施例1的工艺步骤(I)的示意图；
图5是实施例1的工艺步骤(2)的示意图；
图6是实施例1的工艺步骤(3)的示意图；
图7是本发明不同温度下合金后的欧姆接触电阻曲线图；
图8是传统的Ti/Al/Ni/Au金属体系不同温度下合金后的欧姆接触电阻曲线图。
【具体实施方式】
[0015]实施例1
适用于氮化镓器件的欧姆接触系统，AlGaN/GaN基HEMT器件上表面上依次为S1、Al、T1、Metal和Au五层金属；所述Metal为T1、N1、Pt或Mo中的一种。
[0016]制备方法为:(I)在AlGaN/GaN材料表面悬涂光刻胶，经过光刻显影工艺获得良好的光刻图形；(2)利用热蒸发、电子束蒸发或溅射在有光刻图形的AlGaN/GaN材料表面上依次蒸发Si,Al,Ti,Metal和Au五层金属；(3)通过剥离工艺获得Si,Al,Ti,Metal和Au五层新型欧姆接触金属；在氮气氛围中，在680?870°C之间的温度范围内进行合金退火，合金时间为20?60s。
[0017]图7和图8分别为采用Si/Al/Ti/Metal/Au新型金属体系和传统的Ti/Al/Ni/Au金属体系不同温度下合金后的欧姆接触电阻，其合金时间都为40S。对比图7和图8可以看到，采用Si/Al/Ti/Metal/Au新型金属体系获得的欧姆接触电阻小于采用传统的Ti/Al/Ni/Au金属体系获得的欧姆接触电阻，而且其合金范围较大。
[0018]此外，利用原子力显微镜测试Si/Al/Ti/Metal/Au新型金属体系和传统的Ti/Al/Ni/Au金属体系在800°C下合金40S后的表面粗糙度。发现，采用Si/Al/Ti/Metal/Au新型金属体系获得的欧姆接触表面的粗糙度(60.5nm)远小于采用传统的Ti/Al/Ni/Au金属体系获得的欧姆接触的粗糙度(IlOnm),也就是说明采用Si/Al/Ti/Metal/Au新型金属体系可以获得良好的合金形貌。
[0019]实施例2
适用于氮化镓器件的欧姆接触系统，AlGaN/GaN基HEMT器件上表面上依次为Ge、Al、T1、Metal和Au五层金属；所述Metal为T1、N1、Pt或Mo中的一种。
[0020]制备方法为:(I)在AlGaN/GaN材料表面悬涂光刻胶，经过光刻显影工艺获得良好的光刻图形；(2)利用热蒸发、电子束蒸发或溅射在有光刻图形的AlGaN/GaN材料表面上依次蒸发Si,Al,Ti,Metal和Au五层金属；(3)通过剥离工艺获得Si,Al,Ti,Metal和Au五层新型欧姆接触金属；在氮气氛围中，在680?870°C之间的温度范围内进行合金退火，合金时间为20?60s。
[0021]实施例3
适用于氮化镓器件的欧姆接触系统，AlGaN/GaN基HEMT器件上表面上依次为Si与Ge合金、Al、T1、Metal和Au五层金属；所述Metal为T1、N1、Pt或Mo中的一种。
[0022]制备方法为:(I)在AlGaN/GaN材料表面悬涂光刻胶，经过光刻显影工艺获得良好的光刻图形；(2)利用热蒸发、电子束蒸发或溅射在有光刻图形的AlGaN/GaN材料表面上依次蒸发Si,Al,Ti,Metal和Au五层金属；(3)通过剥离工艺获得Si,Al,Ti,Metal和Au五层新型欧姆接触金属；在氮气氛围中，在680?870°C之间的温度范围内进行合金退火，合金时间为20?60s。
[0023]实施例4
适用于氮化镓器件的欧姆接触系统，InAlN/GaN基HEMT器件上表面上依次为S1、Al、T1、Metal和Au五层金属；所述Metal为T1、N1、Pt或Mo中的一种。
[0024]制备方法为:(I)在AlGaN/GaN材料表面悬涂光刻胶，经过光刻显影工艺获得良好的光刻图形；(2)利用热蒸发、电子束蒸发或溅射在有光刻图形的AlGaN/GaN材料表面上依次蒸发Si,Al,Ti,Metal和Au五层金属；(3)通过剥离工艺获得Si,Al,Ti,Metal和Au五层新型欧姆接触金属；在氮气氛围中，在680?870°C之间的温度范围内进行合金退火，合金时间为20?60s。
[0025]实施例5
适用于氮化镓器件的欧姆接触系统，AlN/GaN基HEMT器件上表面上依次为Ge、Al、T1、Metal和Au五层金属；所述Metal为T1、N1、Pt或Mo中的一种。[0026]制备方法为:(I)在AlGaN/GaN材料表面悬涂光刻胶，经过光刻显影工艺获得良好的光刻图形；(2)利用热蒸发、电子束蒸发或溅射在有光刻图形的AlGaN/GaN材料表面上依次蒸发Si,Al,Ti,Metal和Au五层金属；(3)通过剥离工艺获得Si,Al,Ti,Metal和Au五层新型欧姆接触金属；在氮气氛围中，在680?870°C之间的温度范围内进行合金退火，合金时间为20?60s。
[0027]实施例6
适用于氮化镓器件的欧姆接触系统，AlN/GaN基HEMT器件上表面上依次为S1、Al、T1、Metal和Au五层金属；所述Metal为T1、N1、Pt或Mo中的一种。
[0028]制备方法为:(I)在AlGaN/GaN材料表面悬涂光刻胶，经过光刻显影工艺获得良好的光刻图形；(2)利用热蒸发、电子束蒸发或溅射在有光刻图形的AlGaN/GaN材料表面上依次蒸发Si,Al,Ti,Metal和Au五层金属；(3)通过剥离工艺获得Si,Al,Ti,Metal和Au五层新型欧姆接触金属；在氮气氛围中，在680?870°C之间的温度范围内进行合金退火，合金时间为20?60s。
【权利要求】
1.一种适用于氮化镓器件的欧姆接触系统，其特征在于:GaN基HEMT器件上表面从下到上依次为Si和/或Ge、Al、T1、Metal和Au五层金属；所述Metal为T1、N1、Pt或Mo中的一种；并在氮气氛围中进行合金退火制成的。
2.根据权利要求1所述的适用于氮化镓器件的欧姆接触系统，其特征在于:五层金属通过热蒸发、电子束蒸发或溅射形成。
3.根据权利要求1所述的适用于氮化镓器件的欧姆接触系统，其特征在于:GaN基材料为 AlGaN/GaN、InAlN/GaN 或 AlN/GaN 异质结材料。
【文档编号】H01L29/45GK103928511SQ201410153078
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月16日 优先权日:2014年4月16日
【发明者】吕元杰, 冯志红, 顾国栋, 韩婷婷, 郭红雨, 王元刚 申请人:中国电子科技集团公司第十三研究所