CN106783569A - 一种改善欧姆接触电阻的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种改善欧姆接触电阻的方法,其包括实施电流退火,将GaN HEMT的S/D极接上探针,在自动探针测试台上就是用探针卡上的探针在整个晶圆上实施;如果这个接触是低电阻的良好接触,则移动到晶圆上的下一个器件;如果检测到高电阻的不良接触,则大于该器件额定值10倍、脉冲宽度达毫秒级的电流脉冲通过探针施加到不良接触上,脉冲重复数次直至接触变得良好。该方法能提高欧姆接触电阻的质量。该方法能提高产品良率,降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种改善欧姆接触电阻的方法。
背景技术
欧姆接触是指金属与半导体的接触,而其接触面的电阻值远小于半导体本身的电阻,使得组件操作时,大部分的电压降在活动区(Active region)而不在接触面。欧姆接触在金属处理中应用广泛,实现的主要措施是在半导体表面层进行高掺杂或者引入大量复合中心。
Si和GaAs器件及其IC的欧姆接触技术已经比较成熟,但是对于许多宽禁带半导体(如CdS、AlN、SiC、GaN)的欧姆接触,在技术上尚很不成熟,其原因是这种半导体的自补偿作用(即大量的晶体本征缺陷对于施主杂质或者对于受主杂质的自发补偿作用)很严重,它们是所谓单极半导体,从外面掺入再多的杂质也难以改变其电阻率,更难以改变其型号,所以想要利用高掺杂来获得欧姆接触是很困难的。
欧姆接触作为器件制备的关键工艺,决定着器件的许多主要参数,比如电流密度、外部增益、最高工作温度和大功率性能等。要制备高性能的氮化镓高电子迁移率晶体管(AlGaN/GaN HEMT),形成金属与AlGaN良好的欧姆接触是十分重要的。Ti/Al是最常用的欧姆接触结构,经过退火,Ti与AlGaN中的N反应形成TiN,同时使AlGaN中产生大量起施主作用的N空位,形成n+层,从而使电子易于隧穿,形成欧姆接触。Al能防止AlGaN中Ga的外扩散所导致的施主浓度降低,但是Ti和Al均容易被氧化而形成高阻氧化层,反而使接触电阻增大,所以通常在Ti/Al之上再覆盖一层Au加以保护,但是Au和Al很容易发生互扩散到达AlGaN表面,不利于形成良好的欧姆接触,因此在Al和Au中间加入Ni作为隔离,可以防止Au向AlGaN的扩散。以上金属体系在生产制作的过程中总会因为种种原因造成欧姆接触的缺陷。
通常用快速退火方式制作欧姆接触,快速退火技术分为传统快速退火技术RTP和激光辐照退火技术LTP。这两种退火技术在半导体制程中的实施方式都是以整个晶圆片为目标进行热处理。
专利申请公布号 CN104966667A一种III-V族化合物半导体器件及其欧姆接触电阻改善方法。该方法包括:在外延层上形成掩膜层,并采用光刻工艺在掩膜层上形成欧姆接触区域和非欧姆接触区域;对露出在欧姆接触区域内的外延层进行铟离子注入;在欧姆接触区域和非欧姆接触区域上沉积与外延层采用的半导体材料的功函数对应的欧姆接触金属层;采用湿法工艺剥离非欧姆接触区域上的掩膜层以及欧姆接触金属层;加热晶圆,使欧姆接触区域内的外延层、至少部分铟离子以及欧姆接触金属层形成合金化合物,进而实现欧姆接触。但是上述方法不适应于AlGaN/GaN HEMT。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种改善欧姆接触电阻的方法,采用电致发热方式选择性的对有缺陷的欧姆接触电阻实施局部退火。
为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种改善欧姆接触电阻的方法,包括电流退火,其具体步骤为:将GaN HEMT的S/D极接上探针,在自动探针测试台上就是用探针卡上的探针在整个晶圆上实施;如果这个接触是低电阻的良好接触,则移动到晶圆上的下一个器件;如果检测到高电阻的不良接触,则大于该器件额定值10倍、脉冲宽度达毫秒级的电流脉冲通过探针施加到不良接触上,脉冲重复数次直至接触变得良好。
优选地,在进行电流退火前,还需进行以下步骤:
第一步,对待加工器件进行清洗;
第二步,对待加工器件进行光刻,形成欧姆接触图形;
第三步,在待加工器件表面进行蒸镀,由上至下蒸镀钛、铝、镍、金四层金属层,其中,钛的厚度20-30nm;铝的厚度120-180nm;镍的厚度30-50nm;金的厚度60-80nm;
第四步,去胶;
第五步,采用RTP退火;
第六步;再次清洗;
优选地,以上第二步中,在光刻工艺前在GaN沟道层和AlGaN势垒层之间形成有二维电子气,在所述AlGaN层表面上覆盖掩膜层。
优选地,所述掩膜层的材料为光刻胶。
优选地,采用光刻工艺在掩膜层上形成欧姆接触区域和非欧姆接触区域,其中,所述欧姆接触区域位于所述非欧姆接触区域两侧。
优选地,以上第五步中,进行800℃的高温退火,退火时间30s。
电流能够提高退火质量与金属半导体接触相关。金属-半导体接触表面的杂质阻碍了金属与GaN之间形成分子键,从而导致金属-半导体接触的质量不好。本方法依赖于稀疏分布的金属-GaN分子键作为初始电流传导路径。由于路径的横截面是原子大小的尺寸,因此这条路径的电流密度非常高,这也是电流引起短时间高温的原因。
假设一个电流路径的横截面直径D为1nm,也就是约为一个分子的尺寸。电流I流过这个路径,则电流密度为:
J=I / [π( D / 2)2 ]
局部加热功率密度p与电流密度的平方成正比
p=ρ*J2
ρ为电流通道的电阻率。
在1ms或者更短的时间内,局部热源可以造成局部温度上升至1000℃,而与此同时二维电子气不受影响。众所周知,高温能够促进热源附近形成更良好的金属-半导体接触。然后,电流路径的直径将随着时间迅速增加。初始的高温只是瞬态的,加热以后接触变得良好,从而电流路径直径变大,加热功率密度减小,而这一切都是由起始状态的瞬态高温造成的。加热功率密度减小以后,就有一个冷却效果,这样的冷却效果可以防止局部高温扩散到器件的其他部分,尤其是二维电子气。
综上所述,本发明的一种改善欧姆接触电阻的方法具有以下有益效果:流过GaNHEMT S极、D极的受控大电流会使S、D极的欧姆接触发热,尤其是欧姆接触存在缺陷时,当温度达到一定程度,会破坏金属/半导体接触区域内污染物的原子键合,从而提高欧姆接触电阻的质量。该方法能提高产品良率,降低生产成本。
附图说明
图1为采用软件模拟改善欧姆接触电阻的方法所得到的结果。
图2为对有缺陷的AlGaN/GaN HEMT器件退火前的IV曲线。
图3为对有缺陷的AlGaN/GaN HEMT器件电致退火后的IV曲线。
图4为本发明涉及的GaN HEMT器件欧姆接触结构示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式,熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图4。须知,本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本发明可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时,本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用以限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当亦视为本发明可实施的范畴。
本发明提供一种改善欧姆接触电阻的方法,包括电流退火,其具体步骤为:将GaNHEMT的S/D极接上探针,在自动探针测试台上就是用探针卡上的探针在整个晶圆上实施;如果这个接触是低电阻的良好接触,则移动到晶圆上的下一个器件;如果检测到高电阻的不良接触,则大于该器件额定值10倍、脉冲宽度达毫秒级的电流脉冲通过探针施加到不良接触上,脉冲重复数次直至接触变得良好。
优选地,在进行电流退火前,还需进行以下步骤:
第一步,对待加工器件进行清洗;
第二步,对待加工器件进行光刻,形成欧姆接触图形;
第三步,在待加工器件表面进行蒸镀,由上至下蒸镀钛、铝、镍、金四层金属层,其中,钛的厚度20-30nm;铝的厚度120-180nm;镍的厚度30-50nm;金的厚度60-80nm;
第四步,去胶;
第五步,采用RTP退火;
第六步;再次清洗。
在本实施例中,以上第二步中,在光刻工艺前在GaN沟道层和AlGaN势垒层之间形成有二维电子气,在所述AlGaN层表面上覆盖掩膜层。
在本实施例中,所述掩膜层的材料为光刻胶。
在本实施例中,采用光刻工艺在掩膜层上形成欧姆接触区域和非欧姆接触区域,其中,所述欧姆接触区域位于所述非欧姆接触区域两侧。
在本实施例中,以上第五步中,进行800℃的高温退火,退火时间30s。
电流能够提高退火质量与金属半导体接触相关。金属-半导体接触表面的杂质阻碍了金属与GaN之间形成分子键,从而导致金属-半导体接触的质量不好。本方法依赖于稀疏分布的金属-GaN分子键作为初始电流传导路径。由于路径的横截面是原子大小的尺寸,因此这条路径的电流密度非常高,这也是电流引起短时间高温的原因。
假设一个电流路径的横截面直径D为1nm,也就是约为一个分子的尺寸。电流I流过这个路径,则电流密度为:
J=I / [π( D / 2)2 ]
局部加热功率密度p与电流密度的平方成正比
p=ρ*J2
ρ为电流通道的电阻率。
在1ms或者更短的时间内,局部热源可以造成局部温度上升至1000℃,而与此同时二维电子气不受影响。众所周知,高温能够促进热源附近形成更良好的金属-半导体接触。然后,电流路径的直径将随着时间迅速增加。初始的高温只是瞬态的,加热以后接触变得良好,从而电流路径直径变大,加热功率密度减小,而这一切都是由起始状态的瞬态高温造成的。加热功率密度减小以后,就有一个冷却效果,这样的冷却效果可以防止局部高温扩散到器件的其他部分,尤其是二维电子气。
采用加拿大Crosslight公司的Apsys光电子器件仿真软件对本方法进行验证。
仿真软件的条件设定为:
1. GaN thermal kappa=130Watt/m/K;
2.GaN resistivity=1.e-3Ω·m;
3.contact area=1nm*1nm;
4.contact 连接到一个热阻上,热阻=1W/K;
5.3D仿真;
6.源极的欧姆接触面积为0.5μm*5μm,漏极的欧姆接触面积为0.001μm *0.001μm。
其仿真结果如图1所示:在电压超过20.8V后,contact附近的GaN温度会急速上升到超过1000°C,这个温度会化合物的键合解开重新排列,因此会改善欧姆接触。
由图2和图3的比较可以看出:对有缺陷的AlGaN/GaN HEMT器件电致退火能更好的改善AlGaN/GaN HEMT的欧姆接触电阻。
如上所述,本发明提供的一种改善欧姆接触电阻的方法,流过GaN HEMT S极、D极的受控大电流会使S、D极的欧姆接触发热,尤其是欧姆接触存在缺陷时,当温度达到一定程度,会破坏金属/半导体接触区域内污染物的原子键合,从而提高欧姆接触电阻的质量。该方法能减少工艺步骤,降低工艺成本。所以,本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (6)
1.一种改善欧姆接触电阻的方法,其特征在于:包括电流退火,其具体步骤为:将GaNHEMT的S/D极接上探针,在自动探针测试台上就是用探针卡上的探针在整个晶圆上实施;如果这个接触是低电阻的良好接触,则移动到晶圆上的下一个器件;如果检测到高电阻的不良接触,则大于该器件额定值10倍、脉冲宽度达毫秒级的电流脉冲通过探针施加到不良接触上,脉冲重复数次直至接触变得良好。
2.根据权利要求1所述的一种改善欧姆接触电阻的方法,其特征在于:在进行电流退火前,还需进行以下步骤:
第一步,对待加工器件进行清洗;
第二步,对待加工器件进行光刻,形成欧姆接触图形;
第三步,在待加工器件表面进行蒸镀,由上至下蒸镀钛、铝、镍、金四层金属层,其中,钛的厚度20-30nm;铝的厚度120-180nm;镍的厚度30-50nm;金的厚度60-80nm;
第四步,去胶;
第五步,采用RTP退火;
第六步;再次清洗。
3.根据权利要求2所述的一种改善欧姆接触电阻的方法,其特征在于:以上第二步中,在光刻工艺前在GaN沟道层和AlGaN势垒层之间形成有二维电子气,在所述AlGaN层表面上覆盖掩膜层。
4.根据权利要求3所述的一种改善欧姆接触电阻的方法,其特征在于:所述掩膜层的材料为光刻胶。
5.根据权利要求4所述的一种改善欧姆接触电阻的方法,其特征在于:采用光刻工艺在掩膜层上形成欧姆接触区域和非欧姆接触区域。
6.根据权利要求2所述的一种改善欧姆接触电阻的方法,其特征在于:以上第五步中,进行800℃的高温退火,退火时间30s。
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