CN111226304A - 用于控制将由设置在半导体上的结构吸收的具有预定波长的辐射的量的方法 - Google Patents

用于控制将由设置在半导体上的结构吸收的具有预定波长的辐射的量的方法 Download PDF

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Abstract

一种提供与半导体的欧姆接触部的层堆叠体，该堆叠体的下部金属层被设置为与该半导体直接接触；以及被设置在下部层之上的辐射吸收控制层，该辐射吸收控制层用于在用于使所述堆叠体与所述半导体合金化以形成欧姆接触部的工艺期间，在使所述堆叠体暴露于辐射期间控制将在所述辐射吸收控制层中吸收的辐射能量的量。

Description

用于控制将由设置在半导体上的结构吸收的具有预定波长的 辐射的量的方法
技术领域
本公开总体上涉及用于在半导体上形成结构的方法，并且更具体地，涉及用于对这样的结构加热的方法。
背景技术
如本领域已知的，很多半导体器件需要对半导体上的各种机构加热。例如，场效应晶体管(FET)使用欧姆接触部作为源极接触部和漏极接触部。一种类型的FET是氮化镓高电子迁移率晶体管(HEMT)，其具有与氮化镓铝(AlGaN)半导体层欧姆接触的源电极和漏电极。GaN和AlGaN是宽带隙半导体。在这些宽带隙半导体上以良好的金属形貌做成可靠的欧姆接触部是困难的。已经用GaN和AlGaN上的各种金属混合物尝试了很多方式，所述金属混合物例如，Ti/Al/Ni/Au、Ti/Al/Ti/Au、Ti/Al/Mo/Au、Ti/Al/Ta/Au和Ta/Al/Ta。已经通过改变堆叠体中的每一层的厚度尝试了所述结构的变型。这些金属方案需要高合金化温度，例如，处于600℃到超过900℃的范围内的合金化温度，以形成欧姆接触部。
一种用于提供所需的高合金化温度的技术被称为快速热退火(RTA)工艺。在RTA合金化工艺当中，将具有很多有待处理的FET结构的晶圆置于RTA内，如图2所示。使用加热灯通过辐射对欧姆金属加热，例如，所述加热灯是卤钨加热灯，其辐射能量主要处于可见辐射波段中，并且在红外波段中延伸并且略微处于紫外波段中。
发明内容
根据本发明，提供了一种用于控制将由被设置在半导体上的结构吸收的具有预定波长的辐射的量的方法，其包括：(A)在所述结构之上提供材料层，这样的材料具有根据将由所述结构吸收的辐射的量而选择的反射率；以及(B)使所述结构与其上的所述材料层经受具有所述预定波长的辐射。
在一个实施例中，提供了一种用于半导体的欧姆接触部。所述欧姆接触部包括层堆叠体，所述层堆叠体包括：被设置为与所述半导体直接接触的下部金属层；以及被设置在所述下部层之上的辐射吸收控制层，所述辐射吸收控制层用于在用于使所述堆叠体与所述半导体合金化以形成欧姆接触部的工艺期间，在使所述堆叠体暴露于辐射期间控制将在所述辐射吸收控制层中吸收的辐射能量的量。
在一个实施例中，提供了一种用于半导体的欧姆接触部。所述欧姆接触部包括层堆叠体，所述层堆叠体包括：被设置为与所述半导体直接接触的下部金属层；被设置在所述下部金属层之上的中间层，所述中间层对具有预定波长的辐射能量具有预定能量吸收系数；以及被设置在所述中间层之上的辐射吸收层，上部层对该辐射能量具有的预定能量吸收系数比所述中间层对所述辐射能量的所述预定能量吸收系数高至少一个数量级。
在一个实施例中，所述中间层具有预定电阻率，并且其中，所述上部层具有的预定电阻率比所述中间层的所述预定电阻率低至少一个数量级。
在一个实施例中，辐射能量是红外辐射能量。
在一个实施例中，辐射能量包括波长的预定波段。
在一个实施例中，提供了一种使用具有预定波长的辐射来形成与半导体层的欧姆接触部的方法，包括：(A)提供欧姆接触堆叠体，所述欧姆接触堆叠体包括：顶层，所述顶层包括对具有预定波长的辐射能量具有预定能量吸收系数的金属层，所述顶层的预定能量吸收系数是根据将由用于形成欧姆接触部的欧姆接触堆叠体吸收的辐射能量的量而选择的；以及处于所述顶层下方并且与所述半导体层接触的导电层；以及(B)对所述欧姆接触堆叠体与所述半导体层进行退火以形成欧姆接触部，包括使所述堆叠体的顶层暴露于具有所述预定波长的所述辐射能量。
在一个实施例中，提供一种用于形成至半导体层的欧姆接触部的方法。所述方法包括：(A)提供欧姆接触堆叠体，所述欧姆接触堆叠体包括：对具有预定波长的辐射能量具有预定能量吸收系数并且具有预定电阻率的顶层；以及处于所述顶层下方的导电层，所述导电层对所述辐射能量具有的预定能量吸收系数比所述顶层的所述预定能量吸收系数低至少一个数量级，并且所述导电层具有的预定电阻率比所述顶层的所述预定电阻率高至少一个数量级；以及(B)使所述欧姆接触堆叠体与所述半导体层进行退火以形成欧姆接触部，包括使所述堆叠体的顶层暴露于具有预定波长的辐射能量，其中辐射能量的部分被顶层吸收。
具体而言，欧姆形貌取决于金属覆盖。合金化之后大面积的欧姆金属比小的隔离的欧姆结构更加平滑，小的隔离的欧姆结构具有粗糙形貌。本公开通过采用欧姆金属上的辐射吸收控制层解决了欧姆图案覆盖依赖性问题。本行业已经研究了一些替代解决方案，包括GaN欧姆再生长结构、基于Ta的欧姆结构以及其他低合金化温度结构。到目前为止，这些技术中的每者都有其自身的挑战，并因而尚未实施用于生产。尽管金是一种具有低电阻率的优秀的电导体，但是在欧姆金属上金将反射跨越可见光谱并且进入长波长区域的辐射。因此，大欧姆面积将反射更多的热量，并且变得局部更凉。因而，由于金具有高导电性和惰性，并且因而适用于将欧姆接触部连接至其他电子电路，因此金被用作所述上部层。本发明人已经认识到，尤其对于大欧姆接触部而言，由于Au的高反射率的原因，这些大欧姆接触面积将对辐射能量产生高水平反射，并且不期望地更凉。
上部辐射吸收层应当具有下述性质：1、在辐射光谱的长波长区域中的低反射率；2、这一层的添加不会干扰合金化工艺；3、不会使欧姆接触部劣化；4、稳定；5、能够易于蒸发；6、导电，因为这一层将变成欧姆金属的整体部分。一种用于上部辐射吸收层的这样的材料是钛，钛对长波长区域(800nm到超过1300nm)中的辐射能量具有大约50％-60％的反射率。
本发明同时解决了图案密度依赖性问题和粗糙形貌问题两者。本行业大多数人一般将努力的重点放在寻找不同的欧姆金属(例如，基于Ta的、基于NiO的以及欧姆再生长)上，而本公开则解决了欧姆密度依赖性的根本原因。上部辐射吸收层实际上是“辐射吸收控制”层，其辅助对合金化温度的控制，从而能够对通过辐射产生的加热的量进行调整。虽然在下文描述的实施例中使用薄钛(Ti)层，但是可以使用其他材料或材料组合。设置在欧姆金属之上的薄Ti层被用来降低Au的反射率，从而消除图案密度依赖性。
在附图和以下说明书中阐述了本公开的一个或多个实施例的细节。从所述说明书和附图以及权利要求，本公开的其他特征、目的和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是根据现有技术的半导体结构的截面的示意图；
图2是根据现有技术的用于半导体结构的布置的示意图；
图3是根据本公开的半导体结构的截面的示意图；
图4是用于形成图3的半导体结构的工艺的流程图；
图4A-图4F是根据本公开的在用于形成图3的半导体结构的工艺中使用的各种步骤处的半导体结构的截面的一系列示意图；
图5是根据本公开的在形成图3的半导体结构的工艺中使用的快速热退火设备的辐射发射光谱，该辐射发射光谱如图5所示在具有最大辐射的特定波长处归一化到峰值辐射水平；并且
图6是示出了图3的半导体结构中使用的包括钛在内的各种金属的反射率与波长之间的关系的曲线图。
各附图中的类似附图标记表示类似的元件。
具体实施方式
现在参考图3，其示出了半导体结构10，半导体结构10具有用于结构10的预退火的欧姆接触堆叠体11。更具体而言，衬底12(例如，这里是碳化硅(SiC)12)具有处于衬底12之上的氮化镓(GaN)半导体层14、处于GaN层14上的氮化镓铝(AlGaN)半导体层16以及处于AlGaN层16上的欧姆接触堆叠体17。欧姆接触堆叠体17包括：与AlGaN层16直接接触的底层，这里为钛(Ti)层18；处于Ti层18上的铝(Al)层20；处于Al层20上的铂(Pt)层22；以及处于Pt层22上的金(Au)层24，如图所示。欧姆接触堆叠体17设有处于堆叠体17上(更具体地处于Au层24上)的辐射吸收控制层26，例如，这里为钛(Ti)层，如图所示。应当指出，辐射吸收控制层26对用于对结构10加热的红外辐射能量具有预定能量吸收系数，其比Au层24对红外辐射能量的预定能量吸收系数大至少一个数量级。还应当指出，辐射吸收控制层26具有的预定电阻率比Au层24的预定电阻率高至少一个数量级。
现在参考图4，其示出了用于形成至半导体层16的欧姆接触部的工艺的流程图。在为绝缘衬底12提供半导体层14和层14上的半导体层16之后，该工艺开始并且包括：在半导体层16之上光刻形成光致抗蚀剂掩模30(图4A)，光致抗蚀剂掩模30具有位于其中的窗口32，以暴露半导体层16的表面的用于欧姆接触部的部分，如图所示；用掩模30使衬底12暴露于未示出的电子束蒸镀器(E束蒸镀器)，在E束蒸镀器中，使用电子束撞击E束蒸镀器中的金属源，从而使E束蒸镀器中的金属的部分熔化，并且然后使熔化后的金属蒸发，并且由此产生将沉积到蒸镀器中的靶上的金属蒸汽流量流。在本文中有时将蒸发的金属流称为“蒸发物”或“蒸发物流量”。这里，靶是绝缘衬底12与半导体层14和层14上的半导体层16，所形成的光致抗蚀剂掩模30具有位于其中的窗口32，以暴露半导体层16的表面的部分。第一金属源为钛，因而源中的钛金属被蒸发并且被作为钛金属层沉积到掩模30之上以及半导体层16的暴露部分之上，以形成钛层18，这里例如，钛层18具有处于100埃到400埃的范围内的厚度(图4B)；接下来，将金属源从钛改成铝，由此使掩模30暴露于蒸发的铝流量，以在掩模30之上和钛层18之上沉积铝金属，铝层具有处于800埃到2000埃的范围内的厚度，以提供层20(图4C)；接下来，将金属源从铝改为铂，由此使掩模30暴露于蒸发的铂流量，以在掩模30之上以及铝层20之上沉积铂金属，铂层这里例如具有处于50埃到150埃的范围内的厚度，以提供层22(图4D)；接下来，将源从铂改为金，由此使掩模30暴露于金的蒸发物流量，以在掩模30之上以及铂层22之上沉积金金属，金层这里例如具有处于200埃到100000埃的范围内的厚度，以提供金层24(图4E)；接下来，将源从金改为将充当辐射吸收材料的金属，由此使掩模30暴露于将充当掩模30之上以及金层24之上的辐射吸收材料的金属的蒸发物流量，例如，这里是具有处于50埃到150埃的范围内的厚度的钛层，以提供辐射吸收控制层26(图4F)；以及将光致抗蚀剂掩模30和钛层18、铝层20、铂层22、金层24和钛层26与掩模30同时剥离，从而留下预退火的欧姆接触堆叠体11(图3)。
接下来，该工艺包括使预退火的欧姆接触堆叠体11合金化，其包括使预合金化的堆叠体11的辐射吸收控制层26暴露于辐射，其中辐射的部分被辐射吸收控制层26吸收。更具体而言，将具有预退火的欧姆堆叠体11的结构10(图3)置于承受器(例如，石墨承受器)中。然后，将承受器置于RTA腔中，例如，所述RTA是由AG Associates制造并且由OEM Group,Inc.
Figure BDA0002455943880000061
(2120W.Guadalupe Road Gilbert,AZ 85233)销售的Heatpulse RTA，其包括辐射源，这里例如是如图5所示的在具有大约600nm的最大辐射的特定波长处归一化到峰值辐射水平的辐射发射光谱的源，例如，这里为卤钨灯。
应当指出，由以大约600nm到1000nm的波长辐射的能量，金具有大约99％的反射率(百分之一的吸收率)(图6)，并且Ti具有处于55％和60％之间的反射率(45％到40％的吸收率)的范围。因而，Ti的吸收率比金的吸收率大40到45倍。还应当指出，金的电阻率为2.2微欧姆厘米，并且Ti的电阻率为42微欧姆厘米。因而，由Ti辐射吸收控制层26构成的层26被暴露至具有从大约600nm到1200nm的波长的波段的红外辐射能量，其具有的预定能量吸收系数比金层对600到1200nm的区域内的红外辐射能量的预定能量吸收系数高至少一个数量级。
现在应当认识到，根据本公开的一种欧姆接触部包括提供与半导体的欧姆接触部的金属层堆叠体，所述金属层堆叠体包括：被设置为与所述半导体直接接触的下部层；以及被设置在所述下部层之上的辐射吸收控制层，所述辐射吸收控制层用于在用于对所述堆叠体连同所述半导体进行退火以形成欧姆接触部的工艺期间，在使所述堆叠体暴露于辐射期间控制将在所述辐射吸收控制层中吸收的辐射能量的量。
现在应当认识到，根据本公开的一种用于半导体的欧姆接触部包括提供与该半导体的欧姆接触的层堆叠体，所述层堆叠体包括：被设置为与半导体直接接触的下部金属层；被设置在下部层之上的中间层，所述中间层对具有预定波长的辐射能量具有预定能量吸收系数；以及被设置在所述中间层之上的辐射吸收层，所述辐射吸收层对所述辐射能量具有的预定能量吸收系数比所述中间层对所述辐射能量的预定能量吸收系数高至少一个数量级。所述欧姆接触部可以包括下述特征中的一者或多者(以单独或组合的形式)，以包括：其中，辐射能量为红外辐射能量；其中，辐射能量包括波长的预定波段；或者其中，中间层具有预定电阻率，并且其中，上部层具有的预定电阻率比中间层的预定电阻率低至少一个数量级。
现在应当认识到，根据本公开的一种使用具有预定波长的辐射来形成与半导体层的欧姆接触部的方法包括：(A)提供欧姆接触堆叠体，所述欧姆接触堆叠体包括：顶层，所述顶层包括对具有预定波长的辐射能量具有预定能量吸收系数的层，所述顶层的预定能量吸收系数是根据将由用于形成欧姆接触部的欧姆接触堆叠体吸收的辐射能量的量而选择的；以及处于所述顶层下方并且与所述半导体层接触的导电层；以及(B)对所述欧姆接触堆叠体与所述半导体层进行退火以形成欧姆接触部，包括使所述堆叠体的顶层暴露于具有预定波长的辐射能量。所述方法还包括其中辐射能量包括波长的预定波段的这一特征。
现在应当认识到，根据本公开的一种用于形成至半导体层的欧姆接触部的方法包括：(A)提供欧姆接触堆叠体，所述欧姆接触堆叠体包括：顶层，所述顶层包括对具有预定波长的辐射能量具有预定能量吸收系数并且具有预定电阻率的金属层；以及处于所述顶层下方的导电层，所述导电层对所述辐射能量具有的预定能量吸收系数比所述顶层的所述预定能量吸收系数低至少一个数量级，并且所述导电层具有的预定电阻率比所述顶层的所述预定电阻率高至少一个数量级；以及(B)使所述欧姆接触堆叠体与所述半导体层合金化以形成欧姆接触部，包括使所述堆叠体的顶层暴露于具有预定波长的辐射能量，其中辐射能量的部分被顶层吸收。所述方法还包括辐射能量包括波长的预定波段的这一特征。
现在还应当认识到，根据本公开的一种用于形成至半导体层的欧姆接触部的方法包括：在半导体层之上光刻形成光致抗蚀剂掩模，该掩模具有窗口，以暴露半导体层的表面的用于欧姆接触部的部分；使掩模暴露以在掩模之上和半导体的暴露部分之上沉积金属，以达到具有处于100埃到400埃的范围内的厚度的钛层；使掩模暴露以在掩模之上和铝层之上沉积金属，所述金属为具有处于800埃到2000埃的范围内的厚度的铝层；使掩模暴露以在掩模之上和铝层之上沉积金属，所述金属为具有处于50埃到150埃的范围内的厚度的铂层；使掩模暴露于蒸发物流量，从而在掩模之上和铂层之上沉积金属，所述金属为具有处于200埃到100000埃的范围内的厚度的金层；使掩模暴露以在掩模之上和金层之上沉积金属，所述金属为具有处于50埃到150埃的范围内的厚度的辐射吸收材料(例如，钛)层；将光致抗蚀剂掩模和钛层、铝层、铂层、金层和钛层剥离，从而留下预合金化的欧姆接触堆叠体；使欧姆接触堆叠体合金化，包括使堆叠体的辐射吸收材料暴露于辐射，辐射的部分被辐射吸收层吸收。
现在还应当认识到，根据本公开的一种用于控制将由被设置在半导体上的结构吸收的具有预定波长的辐射的量的方法包括：(A)在所述结构之上提供材料层，这样的材料具有根据将由所述结构吸收的辐射的量而选择的反射率；以及(B)使所述结构与其上的所述材料层经受具有所述预定波长的辐射。
现在还应当认识到，一种用于控制将由被设置在半导体上的结构吸收的具有波长的预定波段的辐射的量的方法包括：(A)在所述结构之上提供材料层，这样的材料具有根据将由所述结构吸收的辐射的量而选择的反射率；以及(B)使所述结构与其上的所述材料层经受具有所述波长的预定波段的辐射。
已描述了本公开的若干实施例。然而，应当理解，可以做出各种修改而不脱离本公开的精神和范围。例如，辐射吸收控制层26可以是合金化工艺期间的电介质材料，但是随后被去除，以与欧姆接触部发生电接触。此外，所述方法可以用于形成除了欧姆接触结构之外的其他结构。此外，所述方法可以用于其他堆叠体。此外，所述方法可以用于降低了堆叠体或结构吸收的辐射的量的辐射吸收控制层，例如，通过在该堆叠体或结构之上形成具有比下方的堆叠体或结构的反射率高的反射率的层。在另一应用当中，通过使用所具有的反射率比处于辐射吸收控制层下方的层的反射率高的辐射吸收控制层，可以使用辐射吸收控制层保护下方的结构。相应地，其他实施例也处于以下权利要求的范围内。

Claims (12)

1.一种欧姆接触部，包括：
提供与半导体的欧姆接触部的金属层的堆叠体，所述金属层的堆叠体包括：
下部层，所述下部层被设置为与所述半导体直接接触；以及
辐射吸收控制层，所述辐射吸收控制层被设置在所述下部层之上，所述辐射吸收控制层用于在用于对所述堆叠体与所述半导体进行退火以形成所述欧姆接触部的工艺期间，在使所述堆叠体暴露于辐射期间控制将在所述辐射吸收控制层中吸收的辐射能量的量。
2.一种用于半导体的欧姆接触部，包括：
提供与所述半导体的欧姆接触部的层堆叠体，所述层堆叠体包括：
下部金属层，所述下部金属层被设置为与所述半导体直接接触；
中间层，所述中间层被设置在所述下部层之上，所述中间层对具有预定波长的辐射能量具有预定能量吸收系数；以及
辐射吸收层，所述辐射吸收层被设置在所述中间层之上，所述辐射吸收层对所述辐射能量具有的预定能量吸收系数比所述中间层对所述辐射能量的所述预定能量吸收系数高至少一个数量级。
3.根据权利要求2所述的欧姆接触部，其中，所述辐射能量为红外辐射能量。
4.根据权利要求2所述的欧姆接触部，其中，所述辐射能量包括波长的预定波段。
5.根据权利要求2所述的欧姆接触部，其中，所述中间层具有预定电阻率，并且其中，所述上部层具有的预定电阻率比所述中间层的所述预定电阻率低至少一个数量级。
6.一种使用具有预定波长的辐射来形成与半导体层的欧姆接触部的方法，包括：
(A)提供欧姆接触堆叠体，所述欧姆接触堆叠体包括：
顶层，所述顶层包括对具有所述预定波长的辐射能量具有预定能量吸收系数的层，所述顶层的所述预定能量吸收系数是根据将由用于形成所述欧姆接触部的所述欧姆接触堆叠体吸收的所述辐射能量的量而选择的；以及
导电层，所述导电层处于所述顶层下方并且与所述半导体层接触；以及
(B)对所述欧姆接触堆叠体与所述半导体层进行退火以形成欧姆接触部，包括使所述堆叠体的所述顶层暴露于具有所述预定波长的所述辐射能量。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述辐射能量包括波长的预定波段。
8.一种用于形成至半导体层的欧姆接触部的方法，包括：
(A)提供欧姆接触堆叠体，所述欧姆接触堆叠体包括：
顶层，所述顶层包括对具有预定波长的辐射能量具有预定能量吸收系数并且具有预定电阻率的金属层；以及
导电层，所述导电层处于所述顶层下方，所述导电层对所述辐射能量具有的预定能量吸收系数比所述顶层的所述预定能量吸收系数低至少一个数量级，并且所述导电层具有的预定电阻率比所述顶层的所述预定电阻率高至少一个数量级；以及
(B)使所述欧姆接触堆叠体与所述半导体层合金化以形成所述欧姆接触部，包括使所述堆叠体的所述顶层暴露于具有所述预定波长的所述辐射能量，其中所述辐射能量的部分被所述顶层吸收。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述辐射能量包括波长的预定波段。
10.一种用于形成至半导体层的欧姆接触部的方法，包括：
在半导体层之上光刻形成光致抗蚀剂掩模，所述光致抗蚀剂掩模具有窗口，以暴露所述半导体层的表面的用于所述欧姆接触部的部分；
使所述掩模暴露以在掩模之上和所述半导体的暴露部分之上沉积金属，以达到具有处于100埃到400埃的范围内的厚度的钛层；
使所述掩模暴露以在掩模之上和铝层之上沉积金属，以达到具有处于800埃到2000埃的范围内的厚度的铝层；
使所述掩模暴露以在掩模之上和铝层之上沉积金属，以达到具有处于50埃到150埃的范围内的厚度的铂层；
使所述掩模暴露于蒸发物流量，以在掩模之上和铂层之上沉积金属，以达到具有处于200埃到100000埃的范围内的厚度的金层；
使所述掩模暴露以在掩模之上和金层之上沉积金属，以达到具有处于50埃到150埃的范围内的厚度的辐射吸收材料层，例如，所述辐射吸收材料为钛；
将所述光致抗蚀剂掩模以及所述钛层、所述铝层、所述铂层、所述金层和所述钛层剥离，并且留下预合金化的欧姆接触堆叠体；
使所述欧姆接触堆叠体合金化，包括使所述堆叠体的所述辐射吸收材料暴露于所述辐射，其中，所述辐射的部分被所述辐射吸收层吸收。
11.一种用于控制将由被设置在半导体上的结构吸收的具有预定波长的辐射的量的方法，包括：
(A)在所述结构之上提供材料层，这样的材料具有根据将由所述结构吸收的所述辐射的量而选择的反射率；以及
(B)使所述结构与其上的所述材料层经受具有所述预定波长的辐射。
12.一种用于控制将由被设置在半导体上的结构吸收的具有波长的预定波段的辐射的量的方法，包括：
(A)在所述结构之上提供材料层，这样的材料具有根据将由所述结构吸收的所述辐射的量而选择的反射率；以及
(B)使所述结构与其上的所述材料层经受具有所述波长的预定波段的辐射。
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