CN110518066B - 一种半导体欧姆接触结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体工艺技术领域，公开了一种半导体欧姆接触结构，包括n型GaAs的半导体基层，以及在基层的两侧面上氧化成型的氧化层，还包括金属层，所述金属层由内至外依次设有四层，分别包括第一金属层、第二金属层、第三金属层和第四金属层，其中所述第一金属层与第二金属层组合形成初始接触层，且初始接触层、第三金属层和第四金属层的厚度均由内至外依次增加；其中所述第三金属层至少包括一层结构层；本发明利用初始接触层、第三金属层和第四金属层的设置，实现提高欧姆接触结构氧化层附着力和减小金属接触电阻目的，其中初始接触层由第一金属层与第二金属层组合而成，形成部分扩散的效果，从而达到提高附着力的目的。
Description
技术领域
本发明属于半导体工艺技术领域，具体涉及一种半导体欧姆接触结构。
背景技术
在半导体科学中，不论是对半导体物理和材料的性能研究，还是半导体的器件制造，金属与半导体相互接触发挥着极其重要的作用，接触性能的好坏直接影响着器件的质量和材料、物理的研究。
金属-半导体接触一般分为两类：一类是具有整流作用的肖特结，又称为肖特基势垒接触；另一类是非整流作用的欧姆结，又称为欧姆接触。通常半导体器件以及用来测试半导体参数的样品都是采用欧姆接触来连接，欧姆接触质量的好坏、接触电阻的大小和物理粘着性直接影响到器件的效率、增益和开关速度等性能指标。金属的欧姆特性很大程度影响器件的电学特性好坏，衡量金属层接触质量优劣的指标一般有接触电阻大小和物理粘着性等。一般情况下金属电极与器件的接触电阻越小越好，这就需要实现良好的欧姆接触，欧姆接触性能越好，接触电阻率越低。因此为了实现良好的欧姆接触性能，选用金属的材料、所需材料厚度和制作方法都变得至关重要。
在现有技术中，以n型GaAs的欧姆接触为例，最常见的两种接触结构为合金金属类Ni/Au/Ge结构、以及非合金类金属Ti/Pt/Au结构：
(1)Ni/Au/Ge结构具有良好的附着性，但在制作的过程中存在热稳定性不足的问题，导致欧姆接触表面会形成尖状突出物，影响欧姆接触性能；
(2)Ti/Pt/Au结构在制作时，可通过TiAs层或PtAs层的成型来阻止Au的穿透，从而避免尖状突出物的形成，但是为了避免电流外流的问题，在GaAs的侧面通常镀一层氧化镓层，具体以图1所示的结构为例，由内至外依次为基层10、氧化层11、Ti、Pt和Au，而在氧化镓氧化成型的过程中氧化砷的蒸发导致可与Ti/Pt结合的As减少，从而使侧面上TiAs层或PtAs层的成型厚度降低，甚至于无法形成，大大降低了整体结构的附着效果，导致最外层Au所形成的金属层存在容易脱落的问题，影响欧姆接触性能。
发明内容
鉴于此，有必要提出一种基于一种半导体欧姆接触结构，以有效解决上述背景技术中提出的问题，并达到附着力强、接触电阻率低的接触效果。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种半导体欧姆接触结构，包括n型GaAs的半导体基层，以及在基层的两侧面上氧化成型的氧化层，还包括金属层，所述金属层由内至外依次设有四层，分别包括第一金属层、第二金属层、第三金属层和第四金属层，其中所述第一金属层与第二金属层组合形成初始接触层，且初始接触层、第三金属层和第四金属层的厚度均由内至外依次增加；其中所述第三金属层至少包括一层结构层。
优选的，所述初始接触层中的各层厚度均为30-100埃米。
优选的，所述第三金属层和第四金属层的厚度均为500-1000埃米。
优选的，所述第一金属层采用Ti、Pd或Pt中的一种。
优选的，所述第三金属层至少采用Ti、Pd或Pt中的一种。
优选的，所述第二金属层和第四金属层采用Au、Ti、Pt或Zn中的一种。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
通过第一金属层与第二金属层组合形成初始接触层，其中第一金属层在氧化层表面结合形成薄保护层，从而第二金属层具有部分扩散的效果；而基于部分扩散既能避免初始接触层在成型过程中产生尖状突出物，又能形成辅助附着层，有效提高初始接触层的附着强度，从而进一步保证了整体欧姆接触结构的附着效果；综上，使得本发明所公开的欧姆接触结构具有附着力强的优点；
另外，在初始接触层表面依次附着第三金属层和第四金属层，其中第三金属层的厚度大于初始接触层，保证了第三金属层具有完全阻隔的效果，进而提高了第四金属层的稳定性，并降低了整体欧姆接触结构的接触电阻率，使得应用本发明所提供的欧姆接触结构的器件的电学特性也被进一步提高。
附图说明
图1为现有欧姆接触结构的结构示意图；
图2为本发明中一优选实施例的结构示意图；
图3为本发明中另一优选实施例的结构示意图；
图中：基层10、氧化层11、第一金属层12、第二金属层13、第三金属层14、第四金属层15。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图2-图3所示，本发明提供如下技术方案：一种半导体欧姆接触结构，包括n型GaAs的半导体基层10，以及在基层10的两侧面上氧化成型的氧化层11，其中氧化层11中主要包含的氧化物有Ga2O3；
还包括由内至外依次设置的四层金属层，分别为第一金属层12、第二金属层13、第三金属层14和第四金属层15，其中第一金属层12与基层10顶面以及氧化层11表面均形成接触；
其中第一金属层12采用Ti、Pd或Pt中的一种，第三金属层14至少采用Ti、Pd或Pt中的一种，第二金属层13和第四金属层15采用Au、Ti、Pt、或Zn中的一种；
优选的，四层金属层在制作成型时均采用蒸发、溅射或电镀中的一种工艺进行制作。
第一实施例
参照图2所示，并依据上述提供的结构以及对应结构的构成材料，设定第二金属层13和第四金属层15均以Au为例，第一金属层12和第三金属层14均以Ti为例，即金属层在n型GaAs的半导体基层10上采用从由内至外依次镀钛金钛金(Ti/Au/Ti/Au)的多层三明治结构：
其中，第一金属层12(Ti)与第二金属层13(Au)的厚度均为30埃米，第三金属层14(Ti)与第四金属层15(Au)的厚度均为500埃米；
具体，第一金属层12与第二金属层13组合形成初始接触层，其中第一金属层12覆盖于基层10顶面以及氧化层11表面，与基层10顶面接触的部分直接渗透至基层10内，使得第一金属层12内的Ti在基层10内与As混合形成TiAs层；而第二金属层13则覆盖于第一金属层12表面，并通过第一金属层12对其形成隔离效果，在一定程度上阻止第二金属层13内Au的扩散，但不能形成完全阻断，以此使得第二金属层13内的Au能部分扩展至基层10内，在此过程中由于Au仅能进行部分扩散，由此保证初始接触层成型时，不会出现因Au的大量扩散而产生尖状突出物，影响结构性能的问题；另外，对于覆盖于氧化层11表面部分而言，第二金属层13内的Au同样产生部分扩散，以此渗透至氧化层11内，并于氧化层11中的Ga结合形成AuGa层，从而使基层10外壁的物理黏着性增强，有效保证了整体初始接触层与基层10之间的附着效果，并使后续覆盖所得整体结构均具有较强的附着力，避免出现金属层易脱落的问题；
在第二金属层13的表面依次覆盖厚度均为500埃米的第三金属层14与第四金属层15，其中第三金属层14的成型厚度能有效满足完全阻隔的需求，因而对第四金属层15中Au的扩散具有完全阻挡效果，保证第四金属层15具有完整且优良的接触性，同时第四金属层15本身的厚度也能有效满足接触需求；综上，即可充分利用第四金属层15中Au的优良电学特性，以达到降低整体欧姆接触结构的接触电阻率的效果，并使得应用本发明所提供的欧姆接触结构的器件的电学特性也被进一步提高。
第二实施例
依据第一实施例的相同结构及材料示例：
其中第一金属层12与第二金属层13的厚度均为100埃米，第三金属层14与第四金属层15的厚度均为1000埃米。
第三实施例
参照图3所示，并依据上述提供的结构以及对应结构的构成材料，设定第二金属层13和第四金属层15均以Au为例，第一金属层12以Ti为例，第三金属层14则以Ti和Pt的组合为例，即金属层在n型GaAs的半导体基层10上采用从由内至外依次镀钛金钛铂金(Ti/Au/Ti/Pt/Au)的多层三明治结构：
具体，图3中所示的第三金属层14包括a/b两个结构层，其中a层由Pt形成，b由Ti形成；
第一金属层12(Ti)与第二金属层13(Au)的厚度均为30埃米，第三金属层14(Ti/Pt)与第四金属层15(Au)的厚度均为500埃米。
第四实施例
依据第三实施例的相同结构及材料示例：
其中第一金属层12与第二金属层13的厚度均为100埃米，第三金属层14与第四金属层15的厚度均为1000埃米，且第三金属层14由a/b两个结构层组合形成。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种半导体欧姆接触结构，包括n型GaAs的半导体基层，以及在基层的第一侧面和第二侧面上氧化成型的氧化层，其特征在于：还包括金属层，所述金属层由内至外依次设有四层，分别包括第一金属层、第二金属层、第三金属层和第四金属层，其中所述第一金属层与第二金属层组合形成初始接触层，且初始接触层、第三金属层和第四金属层的厚度均由内至外依次增加；所述第一金属层覆盖于基层顶面以及氧化层表面，与基层顶面接触的部分直接渗透至基层内；
所述第一金属层采用Ti；第二金属层采用Au；所述氧化层中的氧化物至少包含有Ga2O3。
2.根据权利要求1所述的一种半导体欧姆接触结构，其特征在于：所述初始接触层中的各层厚度均为30-100埃米。
3.根据权利要求1所述的一种半导体欧姆接触结构，其特征在于：最外层的所述第三金属层和第四金属层的厚度均为500-1000埃米。
4.根据权利要求1所述的一种半导体欧姆接触结构，其特征在于：所述第三金属层至少采用Ti、Pd或Pt中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种半导体欧姆接触结构，其特征在于：第四金属层采用Au、Ti、Pt或Zn中的一种。
6.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的一种半导体欧姆接触结构，其特征在于：制作所述金属层时采用蒸发、溅射或电镀中的一种。
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