CN1734731A - 适用于氮化镓器件的钛/铝/钛/铂/金欧姆接触系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体技术领域，特别是一种适用于AlGaN/GaN HEMT器件的欧姆接触Ti/Al/Ti/Pt/Au的合金系统。新型结构的欧姆接触Ti/Al/Ti/Pt/Au，具有很大的工艺宽容度，可以在较低780℃的情况，获得满意的欧姆接触特性，并得到理想的合金形貌，降低了器件研制的难度。这一技术对于掺杂和非掺杂样品同样适用。
Description
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器件的欧姆接触Ti/Al/Ti/Pt/Au欧姆接触系统。
背景技术
当前，GaN器件的研制已经成为热点，欧姆接触是AlGaN/GaN器件的关键技术。由于GaN的带隙较宽，通常实现低阻欧姆接触比较困难，早期的研究采用单种金属(Au、Al)获得欧姆接触，在n-GaN上的接触电阻率为10-3～10-4Ωcm-2，后来又出现了几种新方法可以得到极低接触电阻率。在GaN欧姆接触中，一种方法是采用多层金属使界面形成低势垒的多元合金或高的掺杂浓度。
在GaN器件的研制中，欧姆接触技术是关键技术之一，它直接影响器件和电路的直流特性高频特性。对于HEMT(HEMT全称是“高电子迁移率晶体管”(high electronic migrate transistor))结构而言，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，Tl Ti/Al，Ti/Au，Ti/Al/Ni/Au和Pd/Al)。采用这些欧姆接触技术实现了约10-5～10-8Ωcm2的低接触电阻。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限制非常苛刻。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。文献报道的合金温度高达Ti/Al/Ti/Au合金温度800-950℃甚至更高，而且从现有结果来看，合金后形貌往往并不理想，有待改进。
文献中公布的基本上都是Ti/Al/Ti/Au Ti/Al/Ni/Au，其合金温度往往超过800度甚至更高。升高合金温度后，导致工艺难度增加，形貌变差，这是GaN器件研制中普遍存在的问题。
目前欧姆接触的发展进程如下
1.Ti/Al：(Ti/Al＝0.3合金温度900℃15S 10-4Ωcm2)Ti与N的反应，Al扩散进金/半界面，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(600/1000/500)外层覆盖Au，阻止Ti、Al的氧化。
3.Ti/Al/Ni/Au(150/2200/400/500)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。(700℃30S电阻率10-6Ωcm2)
发明内容
本发明是关于用于半导体器件制作工艺中的一种新结构的欧姆接触技术-多层金属欧姆接触，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GaN器件的欧姆接触技术，是一种新型的五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结构，能在的780℃之间可以获得可获得比较理想的欧姆接触。并且可以获得比较理想的金属形貌，有了更大的工艺选择范围。为此提供一种适用于AlGaN/GaN HEMT器件的欧姆接触Ti/Al/Ti/Pt/Au的欧姆接触系统。
为实现上述目的，本欧姆合金系统由Ti/Al/Ti/Pt/Au，金属采用热蒸发、电子束蒸发都可即，在与AlGaN接触的部分依次是Ti/Al/Ti/Pt/Au层结构。区别于传统的四层结构。
加入Pt后，金属的电阻有所减小，Pt与上层Ti更好的阻止了Au-Al之间的互扩散，同时阻止了Ti、Al与氧气之问的结合，从而减少了附加势垒，改进了欧姆接触。另外加入Pt，增加了Pt-Ga空位，如同加重掺杂浓度，因而欧姆接触改善
引入Pt后，金属的形貌有所好转。Pt进一步阻止了Al/Tu之间的反应，使Al形成Ti/Al/Ti夹层结构，合金时迅速反应形成TiAl合金。
而且Ti/Al/Ti/Pt/Au结构可以满足。
技术方案
一种新结构的欧姆接触系统，其特征在欧姆接触金属蒸发时采用五层的TiAlTiPtAu结构，与AlGaN组成金半界面的是Ti，不同于Al/Pt/Au，也不同于Ti/Al/Ni/Au。
与AlGaN接触的顺序依次为Ti/Al/Ti/Pt/Au。各层金属厚度具有一定的变化范围，采用这一结构，合金形貌明显改善。
附图说明
图1是AlGaN/GaN HEMT的一般结构示意图。
图2是光刻示意图。
图3是蒸发AlGaN/GaN HEMT源漏金属蒸发以后的示意图。
图4是蒸发的金属组份示意图。
图5是剥离后的示意图。
图6是合金以后的示意图。
图7是Ti/Al/Ti/Pt/Au与Ti/Al/Ti/Au合金后的测试结果比较图。
图8是传统的Ti/Al/Ti/Au合金后的形貌图。
图9是Ti/Al/Ti/Pt/Au合金后的形貌图。
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光刻以后的结果，显影完成后，采用电子束蒸发金属。
图3为金属蒸发后的结果。
图4详细描述了金属的蒸发顺序，对于传统的Ti/Al/Ti/Au结构，蒸发的次序是Ti、Al、Ti、Au。本发明采用五层Ti/Al/Ti/Pt/Au金属结构，即显影完成后蒸发的次序是Ti、Al、Ti、Pt Au。
图左面是传统欧姆接触的合金结构图。图右面是本发明的欧姆接触的合金结构图。
图5显示的是剥离后的结果。
图6所示的是合金后的结果。
从图7中可以看出，传统的Ti/Al/Ti/Au结构在730℃合金时，其仍然存在一定的势垒。而添加了Pt阻挡层的新结构(即Ti/Al/Ti/Pt/Au结构)，欧姆接触特性明显改善。并且对于掺杂与非掺杂样品都可以使用。
图8是Ti/Al/Ti/Au合金后的形貌，
图9是Ti/Al/Ti/Pt/Au合金后的形貌。Ti/Al/Ti/Pt/Au合金后的形貌平整，优于图8所示的形貌。
传统结构，合金温度高达800℃甚至更高，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。
本发明采用的五层欧姆接触合金，在780℃合金后，其欧姆接触的特性测试已经非常理想。本发明所提出的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。对于掺杂和非掺杂样品都有优势。
Claims (2)
1.一种新结构的欧姆接触系统，其特征在于，欧姆接触金属蒸发时采用五层的TiAlTiPtAu结构，与AlGaN组成金半界面的是Ti。
2.根据权利要求1所述的新结构的欧姆接触系统，其特征在于，与AlGaN接触的顺序依次为Ti/Al/Ti/Pt/Au，各层金属厚度具有一定的变化范围，采用这一结构，合金形貌明显改善。
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