CN100485886C - 适用于氮化镓器件的铝/钛/铝/钛/铂/金的欧姆接触系统 - Google Patents

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/Ti/Pt/Au的欧姆接触系统。新型结构的欧姆接触Al/Ti/Al/Ti/Pt/Au，欧姆接触系统在680℃-760℃的合金温度范围内，20-60S的合金时间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。获得到比较理想的合金形貌，降低了器件研制对设备的要求。这些技术方面的优势是现有其它欧姆接触技术所不具备的。

Description

适用于氮化镓器件的铝/钛/铝/钛/铂/金的欧姆接触系统

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/Ti/Pt/Au的欧姆接触系统。

背景技术

1.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/AlGaN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，因此能形成良好的欧姆接触。

欧姆接触技术是AlGaN/GaN HEMT(HEMT全称是“高电子迁移率晶体管”(highel ectronic migrate transistor))结构关键技术之一，它直接影响器件和电路的直流特性、高频特性。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，Ti/Al，Ti/Au，Ti/Al/Ni/Au和Pd/Al)。

目前欧姆接触的发展进程如下：

1.Ti/Al：(Ti/Al＝0.3合金温度为900℃，合金时间为15S，合金电阻率为10^-4Ωcm²)Ti与N的反应，Al扩散进金属半导体界面，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℃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合金。

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要求非常苛刻。合金时间过长过短、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，合金温度范围高达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。现有文献普遍认为，对于Ti/Al/Ti/Au结构而言，第一层Ti与AlGaN中的N在高温时发生反应，从而萃取N，这样在AlGaN的表面上形成N空位，相当于重掺杂，而同时TiN是导体，Al起阻挡层的作用，第三层Ti阻止Al、Au之间的反应，以保证形貌。但是，我们通过试验发现，这一理论有待商榷。

发明内容

本发明是关于一种新结构的欧姆接触技术-六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系统，能在680℃—760℃的合金温度范围获得理想一致的欧姆接触。并且合金后金属的形貌比较平整，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/Ti/Pt/Au的合金系统。

为实现上述目的，本欧姆合金系统由Al/Ti/Al/Ti/Pt/Au(300/200/900/400/500/

)构成，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/Ti/Pt/Au，为六层结构，区别于传统的四层结构。

基于大量的实验事实，我们认为：

1第一层Al与AlGaN之间存在合金反应，其机理有待进一步研究，另外Al也阻挡了AlGaN中Ga在高温合金时的外溢。相当于阻挡层Al的下移，保证了合金时的AlGaN晶格结构的稳定。

2.加入Ti后，可以形成更高温度的低势垒Ti_xAl_(1-x)合金，避免了Al在高温下的外溢，并形成了低势垒的合金，有利于欧姆接触的形成。

3.由于AltiAlTi之间成为双夹层的结构，保证了高温合金时Al能与Ti充分反应，防止上层铝的外溢，获得更为理想的金属形貌。

4.同时，Pt的加入更好的阻止了高阻值的AlAu合金的形成，保证了合金形貌。

5.本结构对于掺杂和未掺杂两种结构的AlGaN/GaN HEMT(如图12示)，都能取得理想的欧姆接触。

欧姆接触系统在680℃—760℃的合金温度范围内，20—60S的合金时间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。这些技术方面的优势是现有其它欧姆接触技术所不具备的。

一种新结构的欧姆接触系统，欧姆接触金属蒸发时采用六层结构的AlTiAlTiPtAu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。Al/Ti/Al/Ti/Pt/Au各层的厚度具有一定的变化范围。

与AlGaN接触的蒸发顺序依次为Al/Ti/Al/Ti/Pt/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是剥离光刻胶后的示意图。

图6为合金蒸发后的结果示意图.

图7是Ti/Al/Ti/Au不同条件下的欧姆接触测试结果图。

图8是本发明的欧姆接触测试结果图。

图9是在680———760度范围内可以获得一致的I-V特性图。

图10是固定730℃时合金时间对源漏之间I-V特性的影响。

图11是合金后的金属形貌比较图。

图12两种不同结构的AlGaN/GaN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。

图4为蒸发的金属的顺序和组份，采用六层Al/Ti/Al/Ti/Pt/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。

图5是剥离光刻胶后的示意图。

图6为合金蒸发后的结果示意图。

图7为Ti/Al/Ti/Au结构欧姆接触的I-V测试结果，Ti/Al/Ti/Au在不同合金条件下的欧姆接触测试结果。(合金温度范围为700℃—830℃)

图8是本发明Al/Ti/Al/Ti/Pt/Au的欧姆接触测试结果(合金温度为730℃)。

由此可以看出图7与图8本发明所示的测试结果相比I-V特性要差，存在势垒。

图9给出了本发明在大温度范围内的测试结果，由图9可以看出，在680℃—760℃的合金温度范围内本发明所测试的结果都比较理想。

图10给出了合金时间的变化范围，由此可以看出，在730℃，20-60秒的合金时间范围内本发明的测试结果一致，优于现有的欧姆接触技术。在选定的730℃

情况下，20—60S的合金时间范围内获得理想的I-V特性。本发明的合金时间有较大的选择范围，优于一般报道的现有合金系统。

图11给出了合金后的金属形貌比较，可以看出Al/Ti/Al/Ti/Pt/Au的合金形貌优于Ti/Al/Ti/Au合金后的形貌。(左图：Ti/Al/Ti/Au右图：Al/Ti/Al/Ti/Pt/Au)

图12两种不同结构的AlGaN/GaN.

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。

本发明采用的六层欧姆接触合金，在680℃—760℃的合金温度范围内有比较一致的欧姆接触特性，在选定730℃的合金温度，可以看出20—60秒的合金时间范围内，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Al/Ti/Al/Ti/Pt/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六层结构的AlTiAlTiPtAu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/Ti/Pt/Au。

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