CN100481346C - 适用于氮化镓器件的铝/钛/铝/镍/金欧姆接触系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体技术领域，特别是一种适用于AlGaN/GaN HEMT器件的新型欧姆接触Al/Ti/Al/Ni/Au的合金系统。新型结构的欧姆接触Al/Ti/Al/Ni/Au，具有很大的工艺宽容度，可以在较低680℃-760℃的情况，获得满意的欧姆接触特性。该技术的合金温度、合金时间有很大的选择范围，降低了工艺难度，扩大了工艺宽容度，提高了工艺的重复性。获得比较理想的合金形貌。这些优势是现有其它欧姆接触技术所不具备的。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是一种适用于AlGaN/GaN HEMT器件的新型欧姆接触Al/Ti/Al/Ni/Au的欧姆接触系统。
背景技术
当前，GaN器件的研制已经成为化合物器件电路领域的研究热点，欧姆接触是AlGaN/GaN器件的关键技术，其原理是在半导体材料表面与金属界面处产生的Ga、Ti和Al的氮化物的三元或四元合金可能是低势垒的接触材料，另外金属和AlGaN间的固态反应也导致了金属/GaN界面的重掺杂；同时GaN中N的溢出扩散使界面处起施主作用的N空位增加，更加重了这一区域的电子浓度，因此能形成良好的隧道接触。形成良好的欧姆接触。由于GaN的带隙较宽，通常实现低阻欧姆接触比较困难，早期的研究采用单种金属(Au、A1)获得欧姆接触，在n-GaN上的接触电阻率为10-3～10-4Ωcm2，后来又出现了几种新方法可以得到极低接触电阻率，在GaN欧姆接触中，一种方法是采用多层金属使界面形成低势垒的多元合金或高的掺杂浓度。
在GaN器件的研制中，欧姆接触技术是关键技术之一，它直接影响器件和电路的直流特性高频特性。对于HEMT(HEMT全称是“高电子迁移率晶体管”(high electronic migrate transistor))结构而言，欧姆接触的金属蒸发在AlGaN上，通过高温合金得到欧姆接触。对于n-AlGaN欧姆接触而言，广泛研究的是Ti/Al或Ti/Al为基础的改进(如Al，Ti/Al，Ti/Au，Ti/Al/Ni/Au和Pd/Al)。采用这些欧姆接触技术实现了比较低接触电阻。现有技术方法对于不同结构的HEMT材料，往往采用不同的金属厚度和合金条件，而且对于合金条件的限制非常苛刻。时间过长过短、温度过高过低都将大大影响欧姆接触的性能。文献报道基本上都是Ti/Al/Ti/Au或Ti/Al/Ni/Au，合金温度高达800—950℃甚至更高，导致工艺难度增加，而且从现有结果来看，合金后形貌往往并不理想，有待改进，这是GaN器件研制中普遍存在的问题。
目前欧姆接触的发展进程如下：
1.Ti/Al:(Ti/Al＝0.3合金温度900℃ 15S 10-4Ωcm2)Ti与N的反应，Al扩散进金/半界面，由于Ti/Al易于氧化，并不实用，并且形貌不好，需要改进。
2.Ti/Al/Au(600/1000/
)外层覆盖Au，阻止Ti、Al的氧化。
3.Ti/Al/Ni/Au(150/2200/400/)由于温度升高之后Al/Au之间反应，加入Ni(或Pt)，起阻挡层的作用。(900度30S，电阻率10-8Ωcm2)
4.Ti/Al/Ti/Au由于多余的Al可能外溢，将Ni改成Ti，与多余的Al反应，形成Ti—Al。
从文献的报道结果来看，欧姆接触的合金温度、合金时间对于欧姆接触特性的形成具有很大的影响。
发明内容
本发明是关于一种新结构的欧姆接触技术-五层金属欧姆接触技术，是GaN器件制作中的一项关键技术，本发明是在完成中国科学院重大创新项目微波器件与电路过程中形成的新的技术方法。具体地说本发明属于AlGaN/GaN HEMT器件的欧姆接触技术，是一种新型的多层金属结构的欧姆接触。
本发明提供了一种新结构的欧姆接触合金技术，能在680—760度之间获得可获得比较理想一致的欧姆接触。并且合金后金属的形貌比较平整，并且有了更大的工艺选择范围，降低了对工艺设备的要求。为此提供一种适用于AlGaN/GaN HEMT器件的新型欧姆接触Al/Ti/Al/Ni/Au的欧姆接触系统。
为实现上述目的，本欧姆合金系统由Al/Ti/Al/Ni/Au，金属采用热蒸发、电子束蒸发都可以，在与AlGaN接触的部分依次是Al/Ti/Al/Ni/Au，为五层结构，区别于传统的四层结构。
欧姆接触系统在680——760℃范围内，20—60S范围获得理想的一致的欧姆接触。合金温度、合金时间有较大的的选择范围，降低了工艺难度，提高了工艺的重复性。
一种新结构的欧姆接触系统，欧姆接触金属蒸发时采用五层结构的的AlTiAlNiAu结构，与AlGaN组成金属半导体界面的是Al，不同于Al/Pt/Au，也不同于Ti/Al/Ti/Au。
与AlGaN接触的蒸发顺序依次为Al/Ti/Al/Ni/Au，采用这一结构，合金形貌明显改善。
合金温度的范围为660℃—760℃，合金时间在20---60S的范围内。
附图说明
图1是AlGaN/GaN HEMT的一般结构示意图。
图2是涂光刻胶显影的结果图。
图3为蒸发源漏金属后的结果图。
图4为蒸发的金属的顺序和组份图。
图5为剥离光刻胶后的示意图。
图6为合金蒸发后的结果图。
图7是Ti/Al/Ti/Au在不同合金条件下的欧姆接触测试结果图。
图8是本发明Al/Ti/Al/Ni/Au的欧姆接触测试结果图。
图9是本发明在不同合金温度下的I-V特性图。
图10是合金后的形貌图。
具体实施方式
以下结合附图通过对具体实施例的描述，进一步详细说明本发明结构、优点和性能，其中：
图1是AlGaN/GaN HEMT的一般结构示意图，欧姆接触要做在图中所示的AlGaN表面。
图2是涂光刻胶显影的结果。
图3为蒸发源漏金属后的结果，蒸发Al/Ti/Al/Ni/Au。传统的为Ti/Al/Ni/Au。 (300/200/900/400/
)
图4为蒸发的金属的顺序和组份，采用五层Al/Ti/Al/Ni/Au金属结构。对于传统的Ti/Al/Ti/Au结构，蒸发的次序是Ti、Al、Ti、Au。
左面是传统欧姆接触的合金结构。右面是本发明的欧姆接触的合金结构。
图5为剥离后的示意图。
图6为合金后的结果。
图7是Ti/Al/Ti/Au不同条件下的欧姆接触测试结果。700——830℃Ti/Al/Ti/Au合金后的I-V测试结果，可以看到有明显的势垒。
图8是本发明Al/Ti/Al/Ni/Au的欧姆接触测试结果，730℃。
可以看出其具有良好的I—V曲线。
图9本发明的不同合金温度下的I-V特性。
在680℃——760℃范围内可以获得相同的I-V特性。因此具有较大的温度选择范围，给出了大范围内的测试结果，可以看出，测试结果表明本发明的具有大的温度变化范围，这是现有欧姆接触技术所不具有的优势。
图10合金后的形貌(左图为：Ti/Al/Ti/Au右图为：Al/Ti/Al/Ni/Au)有很大的改进。
传统结构，合金温度高达780℃甚至800℃，但其合金后的欧姆接触I-V特性并不好，小电压范围内有势垒。并且合金的形貌并不理想。
本发明采用的五层欧姆接触合金，在680℃——770℃范围内有比较一致的欧姆接触特性；在选定730℃合金温度，可以看出20———60秒范围内，可以得到比较一致的I-V特性，，其欧姆接触的特性测试已经非常理想。本发明所提出的Al/Ti/Al/Ni/Au结构，降低了欧姆接触所需要的合金温度，改善了性能，保证了欧姆接触后的合金形貌。
Claims (2)
1.一种用于AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管器件的欧姆接触系统，其特征在于，欧姆接触金属蒸发并形成五层结构的AlTiAlNiAu结构，与AlGaN组成金属半导体界面的欧姆接触金属是Al，合金温度的范围为680℃—760℃，合金时间在20---60S的范围内。
2.根据权利要求1所述的欧姆接触系统，其特征在于，与AlGaN接触的欧姆接触金属的蒸发顺序依次为Al/Ti/Al/Ni/Au。
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