CN111129127A - 一种提高N极性面GaN欧姆接触热稳定性及可靠性的结构及其方法 - Google Patents

一种提高N极性面GaN欧姆接触热稳定性及可靠性的结构及其方法 Download PDF

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丘秋凌
李柳暗
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Abstract

本发明为一种提高N极性面GaN欧姆接触性能的结构,所述结构包括GaN材料,覆盖于所述GaN材料的N极性面GaN的外延层(1)的TiN薄层(2),以及覆盖于所述TiN薄层(2)的金属叠层(3)。本发明的有益效果在于,TiN薄层具有高熔点、低功函数等优点,在高温情况下能与N极性面GaN形成稳定的接触界面,有效抑制欧姆接触金属与N极性面GaN材料反应,可以使得欧姆金属层在保护性气体的氛围中进行退火后,不仅不会导致欧姆接触劣化,还能能够形成更好的欧姆接触特性。本发明提高了N极性面GaN的欧姆接触的热稳定性,降低了N极性面GaN欧姆接触的比接触电阻率,从而提高器件的整体性能。本发明工艺简单、重复性和可靠性较高。

Description

一种提高N极性面GaN欧姆接触热稳定性及可靠性的结构及其 方法
技术领域
本发明涉及GaN半导体器件工艺领域,具体涉及一种采用热稳定良好的TiN作为N极性面GaN欧姆接触电极以提升其稳定性的方法。
背景技术
氮化镓(GaN)作为第三代半导体材料,由于其具有禁带宽度大、电子饱和速率高、击穿电场大等优点,成为近年来半导体领域的研究热点。Ga面的GaN横向器件已经逐步实现产业化,并在高频、高功率电力电子开关器件中具有极大的应用前景。N面的GaN器件的研究也并未落下,利用极化效应,N面AlGaN/GaN异质结可形成2DHG,从而制造p沟器件,可与n沟器件集成形成CMOS器件。除此之外,由于垂直器件可以有效地避免横向器件中的电场集边效应,提高器件耐压,并且同时提高晶圆的利用率,降低器件成本,使得GaN垂直器件也成为人们研究的重点。在这些研究中,不可避免地都会涉及到N极性面GaN材料与金属间形成欧姆接触的问题。目前,N极性面GaN材料与金属间形成的欧姆接触仍存在一些技术难题没有完全解决,主要存在以下问题或不足:
1、N极性GaN表面悬挂键密度高吸附了大量的氧或者氢氧根,在退火过程中会与传统的金属电极材料形成金属氧化物,增大金属与GaN接触接触势垒,劣化欧姆接触的质量,影响器件的可靠性(王现彬,王颖莉,赵正平.Ti/Al/Ni/Au在N-polar GaN上的欧姆接触[J].材料导报,2017,31(04):14-16.)。
2、通常采用Ti/Al/Ni/Au的组合金属来制作欧姆接触电极,其中金属Al在高温熔融状态下与GaN反应形成AlN,对于Ga极性面GaN来说,AlN与GaN界面会形成高浓度的二维电子气,这有利于提高Ga面GaN的欧姆特性,但对于N面GaN来说,,由于极性相反,高温反应形成的AlN与GaN界面会形成二维空穴气,从而使得欧姆接触特性变差(Zhi-Hong F,Xian-BinW,Li W,et al.Ti/Al based ohmic contact to as-grown N-polar GaN[J].ChinesePhysics Letters,2015,32(8):087102.)。
3、常用的欧姆接触电极Ti/Al/Ni/Au在高温退火后,表面形貌变差,这不仅会影响到欧姆接触特性,还会对后续工艺产生不良的影响,例如接触式曝光时由于表面粗糙会导致光刻出现较大偏差。(王现彬,赵正平.Ti/Al/Ni/Au金属体系在N-polar GaN上的欧姆接触特性[J].半导体光电(3期):366-369.)。
这些问题导致了N极性面GaN欧姆接触热稳定性较差,并且容易会受到器件后续制备流程的影响,例如:器件后退火等,使得器件性能下降,可靠性降低。
发明内容
本发明为克服上述N极性面GaN欧姆接触存在的问题,优化N极性面GaN欧姆接触的热稳定性,提高器件的可靠性,提供一种能够有效地抑制界面形成金属氧化物和AlN的提高N极性面GaN欧姆接触性能的结构及其制备方法。具体表现在:
1、生在TiN之前对N极性面GaN表面进行有机与无机清洗,去除了GaN表面的有机物和无机物(主要是Ga-O),可以减少退火过程中生成金属氧化物。
2、TiN的功函数为3.74eV,小于n型GaN的金属功函数,能够与其形成很好的欧姆接触,并且其常用于CMOS无金工艺材料,有利于后续器件的应用。
3、TiN的熔点为2950℃,其在高温下仍能保持稳定状态,从而可以很好地隔绝Al金属与GaN反应形成AlN,避免AlN/GaN形成二维空穴气。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种提高N极性面GaN欧姆接触性能的结构,所述结构包括GaN材料,覆盖于所述GaN材料的N极性面GaN的外延层(1)的TiN薄层(2),以及覆盖于所述TiN薄层(2)的金属叠层(3)。
优选地,所述的GaN外延层(1)为N极性面、非故意掺杂的GaN外延层(1),GaN外延层(1)的厚度为10nm~500μm
优选地,所述的TiN薄层的厚度为1~100nm。
优选地,所述金属叠层(3)中的金属为与硅基CMOS工艺兼容的非Au金属,包括Ti、Al、Ni、Cu中的任意一种或两种以上的组合。
针对本发明的结构还提供一种制备的方法,所述方法包括以下步骤:
S1使用丙酮、异丙醇洗去GaN表面的有机物;
S2使用稀盐酸洗去GaN表面的无机物;
S3在清洗完后的N极性面GaN的外延层(1)上形成TiN薄层(2);
S4在所述TiN薄层(2)上制备无金Au的金属叠层(3)。需要说明的是,所述金属叠层(3)与TiN薄层粘附性良好,用于降低欧姆电极总电阻。
需要说明的是,所述步骤S2中的无机物主要为Ga-O。
需要进一步说明的是,所述金属叠层(3)采用电子束蒸发或磁控溅射方式在TiN薄层(2)上沉积金属而形成,之后在保护性气体的氛围中进行退火处理,形成欧姆接触。
需要说明的是,所述退火处理的温度为50~900℃,时间为30s~20min。
优选地,所述结构其比接触电阻率在1.0×10-6~5.0×10-5Ω·cm2
需要进一步说明的是,所述步骤S2中的稀硫酸,也可以使用其余可以除去无机物的溶液;如稀硫酸,稀硫酸,氢氟酸,稀硝酸等一种或两种混合溶液。
本发明的有益效果在于,TiN薄层具有高熔点、低功函数等优点,在高温情况下能与N极性面GaN形成稳定的接触界面,有效抑制欧姆接触金属与N极性面GaN材料反应,可以使得欧姆金属层在保护性气体的氛围中进行退火后,不仅不会导致欧姆接触劣化,还能能够形成更好的欧姆接触特性。本发明提高了N极性面GaN的欧姆接触的热稳定性,降低了N极性面GaN欧姆接触的比接触电阻率,从而提高器件的整体性能。本发明工艺简单、重复性和可靠性较高。
附图说明
图1为本发明的提高N极性面GaN欧姆接触性能的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的描述,需要说明的是,以下实施例以本技术方案为前提,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围并不限于本实施例。
如图1所示,本发明为一种提高N极性面GaN欧姆接触性能的结构,所述结构包括GaN材料,覆盖于所述GaN材料的N极性面GaN的外延层(1)的TiN薄层(2),以及覆盖于所述TiN薄层(2)的金属叠层(3)。
优选地,所述的GaN外延层(1)为N极性面、非故意掺杂的GaN外延层(1),GaN外延层(1)的厚度为10nm~500μm
优选地,所述的TiN薄层的厚度为1~100nm。
优选地,所述金属叠层(3)中的金属为与硅基CMOS工艺兼容的非Au金属,包括Ti、Al、Ni、Cu中的任意一种或两种以上的组合。
如图1所示,针对本发明的结构还提供一种制备的方法,所述方法包括以下步骤:
S1使用丙酮、异丙醇洗去GaN表面的有机物;
S2使用稀盐酸洗去GaN表面的无机物;
S3在清洗完后的N极性面GaN的外延层(1)上形成TiN薄层(2);
S4在所述TiN薄层(2)上制备无金Au的金属叠层(3)。需要说明的是,所述金属叠层(3)与TiN薄层粘附性良好,用于降低欧姆电极总电阻。
需要说明的是,所述步骤S2中的无机物主要为Ga-O。
需要进一步说明的是,所述步骤S2中的稀硫酸,也可以使用其余可以除去无机物的溶液;如稀硫酸,稀硫酸,氢氟酸,稀硝酸等一种或两种混合溶液。
需要进一步说明的是,所述金属叠层(3)采用电子束蒸发或磁控溅射方式在TiN薄层(2)上沉积金属而形成,之后在保护性气体的氛围中进行退火处理,形成欧姆接触。
需要说明的是,所述退火处理的温度为50~900℃,时间为30s~20min。
优选地,所述结构其比接触电阻率在1.0×10-6~5.0×10-5Ω·cm2
对于本领域的技术人员来说,可以根据以上的技术方案和构思,给出各种相应的改变和变形,而所有的这些改变和变形,都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种提高N极性面GaN欧姆接触热稳定性及可靠性的结构,其特征在于,所述结构包括GaN材料,覆盖于所述GaN材料的N极性面GaN的外延层(1)的TiN薄层(2),以及覆盖于所述TiN薄层(2)的金属叠层(3)。
2.根据权利要求1所述的提高N极性面GaN欧姆接触热稳定性及可靠性的结构,其特征在于,所述的GaN外延层(1)为N极性面、非故意掺杂的GaN外延层(1),GaN外延层(1)的厚度为10nm~500μm。
3.根据权利要求1提高N极性面GaN欧姆接触热稳定性及可靠性的结构,其特征在于,所述的TiN薄层的厚度为1~100nm。
4.根据权利要求1所述的提高N极性面GaN欧姆接触热稳定性及可靠性的结构,其特征在于,所述金属叠层(3)中的金属为与硅基CMOS工艺兼容的非Au金属,包括Ti、Al、Ni、Cu中的任意一种或两种以上的组合。
5.一种制备如权利要求1所述的提高N极性面GaN欧姆接触热稳定性及可靠性结构的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
S1使用丙酮、异丙醇洗去GaN表面的有机物;
S2使用稀盐酸洗去GaN表面的无机物;
S3在清洗完后的N极性面GaN的外延层(1)上形成TiN薄层(2);
S4在所述TiN薄层(2)上制备无金Au的金属叠层(3)。
6.根据权利要求5所述的制备提高N极性面GaN欧姆接触热稳定性及可靠性结构的方法,其特征在于,所述金属叠层(3)与TiN 薄层粘附性良好,用于降低欧姆电极总电阻。
7.根据权利要求5所述的提高N极性面GaN欧姆接触热稳定性及可靠性结构的方法,其特征在于,所述金属叠层(3)采用电子束蒸发或磁控溅射方式在TiN薄层(2)上沉积金属而形成,之后在保护性气体的氛围中进行退火处理,形成欧姆接触。
8.根据权利要求7所述的提高N极性面GaN欧姆接触热稳定性及可靠性结构的方法,其特征在于,所述退火处理的温度为50~900℃,时间为30s~20min。
9.根据权利要求8所述的提高N极性面GaN欧姆接触热稳定性及可靠性结构的方法,其特征在于,所述结构其比接触电阻率在1.0×10-6~5.0×10-5Ω·cm2
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150126022A1 (en) * 2013-11-07 2015-05-07 Tae Hun Kim Method for forming electrode of n-type nitride semiconductor, nitride semiconductor device, and manufacturing method thereof
US20150228493A1 (en) * 2014-02-12 2015-08-13 Toyoda Gosei Co., Ltd. Manufacturing Method Of Semiconductor Device
CN105789281A (zh) * 2016-03-17 2016-07-20 石家庄学院 混合极性的GaN器件

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150126022A1 (en) * 2013-11-07 2015-05-07 Tae Hun Kim Method for forming electrode of n-type nitride semiconductor, nitride semiconductor device, and manufacturing method thereof
US20150228493A1 (en) * 2014-02-12 2015-08-13 Toyoda Gosei Co., Ltd. Manufacturing Method Of Semiconductor Device
CN105789281A (zh) * 2016-03-17 2016-07-20 石家庄学院 混合极性的GaN器件

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JOON-WOO JEON ET AL: ""Highly Reliable Ohmic Contacts to N-Polar n-Type GaN for High-Power Vertical Light-Emitting Diodes"", 《IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS》 *
JOON-WOO JEON ET AL: ""TiN/Al Ohmic contacts to N-face n-type GaN for high-performance vertical light-emitting diodes"", 《APPLIED PHYSICS LETTERS》 *
SU JIN KIM ET AL: ""Low-Resistance Nonalloyed Ti/Al Ohmic Contacts on N-Face n-Type GaN via an O2 Plasma Treatment"", 《IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS》 *

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