TWI646687B - 用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構 - Google Patents
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Abstract
一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構，包括：一擴散阻礙種子金屬層以及複數層金屬層。擴散阻礙種子金屬層係形成於一磊晶結構層之上，其中擴散阻礙種子金屬層係由鉑所構成，其中構成磊晶結構層之材料係包括選自以下群組之至少一者：氮化鎵以及氮化鋁鎵。複數層金屬層係形成於擴散阻礙種子金屬層之上，其中複數層金屬層包括：一第一金屬層以及一第二金屬層。第一金屬層係形成於擴散阻礙種子金屬層之上，其中第一金屬層係由鈦所構成。第二金屬層係形成於第一金屬層之上，其中第二金屬層係由鋁所構成。其中擴散阻礙種子金屬層係用以阻止複數層金屬層擴散至磊晶結構層。
Description
本發明係有關一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構，尤指一種具有擴散阻礙種子金屬層之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構。
請參閱第5圖，其係為習知技術一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬之一具體實施例之剖面示意圖。習知技術之用於氮化鎵元件之歐姆金屬9包括：一第一金屬層91、一第二金屬層92、一第三金屬層93以及一第四金屬層94。其中第一金屬層91係經由物理氣相沈積(PVD：Physical Vapor Deposition)方式形成於一氮化鋁鎵/氮化鎵磊晶結構層90之上；其中構成第一金屬層91之材料係為鈦(Ti)。其中第二金屬層92係經由物理氣相沈積方式形成於第一金屬層91之上；其中構成第二金屬層92之材料係為鋁(Al)。其中第三金屬層93係經由物理氣相沈積方式形成於第二金屬層92之上；其中構成第三金屬層93之材料係為鎳(Ni)、鈦(Ti)或鉬(Mo)。其中第四金屬層94係經由物理氣相沈積方式形成於第三金屬層93之上；其中構成第四金屬層94之材料係為金(Au)。習知技術之用於氮化鎵元件之歐姆金屬(包括第一金屬層91、第二金屬層92、第三金屬層93以及第四金屬層94)還需經過一快速熱退火程序(RTA：Rapid Thermal Annealing)處理，其中快速熱退火
程序之一快速熱退火溫度以及一快速熱退火時間係與歐姆金屬之各層之材料以及各層之厚度等因素相關。在一實施例中，其歐姆金屬之結構係如第5圖所示之習知技術之氮化鎵元件之歐姆金屬，其中構成歐姆金屬之第一金屬層91、第二金屬層92、第三金屬層93以及第四金屬層94係分別為鈦、鋁、鎳、金。歐姆金屬之第一金屬層91、第二金屬層92、第三金屬層93以及第四金屬層94之厚度係分別為20nm、100nm、55nm以及55nm。在此實施例中，快速熱退火程序之快速熱退火溫度為880℃~925℃之間，快速熱退火時間係約為20秒~60秒之間。此習知技術之實施例之缺點在於，其所製造而成之氮化鎵場效電晶體(FET：field effect transistor)之崩潰電壓(breakdown voltage)係為120V左右，且其崩潰電壓值分佈較廣。然而，作為一高能量密度之氮化鎵場效電晶體應用時，所需之崩潰電壓還得再更高一些，且其崩潰電壓值不能分佈太廣，以保證其崩潰電壓值落入在規格之內。
在另一實施例中，其歐姆金屬之結構係如第5圖所示之習知技術之氮化鎵元件之歐姆金屬，其中構成歐姆金屬之第一金屬層91、第二金屬層92、第三金屬層93以及第四金屬層94係分別為鈦、鋁、鈦、金。在此實施例中，快速熱退火程序之快速熱退火溫度為845℃~875℃之間，快速熱退火時間係約為20秒~60秒之間。請參閱第6A圖，其係為習知技術一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬之一具體實施例(Ti/Al/Ti/Au)之掃瞄式電子顯微鏡(SEM：Scanning Electron Microscope)俯視成像圖。由第6A圖之可以看出歐姆金屬之一上表面係呈現出非均勻狀且不平滑狀。請同參閱第6B圖、第6C圖，其係為第6A圖之習知技術一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬之一具體實施例(Ti/Al/Ti/Au)之兩處局部放大之掃瞄式電子顯微鏡俯視成像圖。由
第6B圖可以清楚看到歐姆金屬之表面不僅非均勻，且呈現出嚴重凸起以及凹陷之縐折狀。由第6C圖也可以看出歐姆金屬有不均勻之處，甚至向邊緣之外凸出。請同時參閱第6D圖~第6F圖，其係為習知技術一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬之三個具體實施例(Ti/Al/Ti/Au)之離子束聚焦(FIB：Focused Ion Beam)電子顯微鏡剖面成像圖。此三個實施例係為三個氮化鎵場效電晶體之局部剖面成像圖，係先經由離子束剖面研磨(CP：Cross-section Polish)，再經由穿透式電子顯微鏡掃瞄出圖。此三個實施例中之S1、S2、S3方框部分皆顯示出歐姆金屬之邊緣有嚴重的榴狀凸起。此現象與第6B圖所觀察到的凸起以及凹陷之縐折狀之現象一致。因此，此習知技術之實施例之缺點在於，經過快速熱退火程序之後，歐姆金屬之一上表面變成非常不均勻，且在邊緣會產生榴狀凸起(tumor)之現象。這些缺點對於以此習知技術之實施例所製造之氮化鎵元件之元件特性將造成不良之影響，且會影響到氮化鎵元件的可靠度測試結果。
在又一實施例中，其歐姆金屬之結構係如第5圖所示之習知技術之氮化鎵元件之歐姆金屬，其中構成歐姆金屬之第一金屬層91、第二金屬層92、第三金屬層93以及第四金屬層94係分別為鈦、鋁、鉬、金。在此實施例中，快速熱退火程序之快速熱退火溫度約為865℃，快速熱退火時間係約為20秒~60秒之間。請參閱第7A圖，其係為習知技術一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬之一具體實施例(Ti/Al/Mo/Au)之掃瞄式電子顯微鏡俯視成像圖。請同時參閱第7B圖，其係為第7A圖之習知技術一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬之一具體實施例(Ti/Al/Mo/Au)之沿著箭頭所指之剖面線之穿透式電子顯微鏡剖面成像圖，係先經由離子束剖面研磨，再經由穿透式
電子顯微鏡掃瞄出圖。在第7B圖中，左右兩側之歐姆金屬之上覆蓋著一層氮化矽。而左右兩側之歐姆金屬之剖面圖皆呈現出非常不均勻的分佈。請同時參閱第7C圖，其係為第7B圖之習知技術一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬之一具體實施例(Ti/Al/Mo/Au)之R方框之局部放大之穿透式電子顯微鏡剖面成像圖。歐姆金屬非平坦分佈的狀況非常嚴重。除此之外，還有歐姆金屬突刺(Ohmic Metal Spiking)現象。請同時參閱第7D圖~第7G圖，其係為第7C圖之習知技術一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬之一具體實施例(Ti/Al/Mo/Au)之R1、R2、R3、R4方框之局部放大之穿透式電子顯微鏡剖面成像圖。此四個實施例中之R1、R2、R3、R4方框部分皆顯示出歐姆金屬不僅僅是非平坦分佈的狀況非常嚴重，且歐姆金屬更向下方之氮化鋁鎵/氮化鎵磊晶結構層90延伸而產生歐姆金屬突刺(Ohmic Metal Spiking)現象。因此，此習知技術之實施例之缺點在於，經過快速熱退火程序之後，歐姆金屬之非平坦分佈的狀況非常嚴重，且產生歐姆金屬突刺現象。這些缺點對於以此習知技術之實施例所製造之氮化鎵元件之元件特性將嚴重造成不良之影響，且會嚴重影響到氮化鎵元件的可靠度測試結果。
有鑑於此，發明人開發出簡便組裝的設計，能夠避免上述的缺點，安裝方便，又具有成本低廉的優點，以兼顧使用彈性與經濟性等考量，因此遂有本發明之產生。
本發明所欲解決之技術問題在於：如何阻礙歐姆金屬擴散至氮化鋁鎵/氮化鎵磊晶結構，使得歐姆金屬之上表面呈現均勻狀，以避免產
生歐姆金屬突刺現象，且避免歐姆金屬之邊緣之榴狀凸起，並藉此提高氮化鎵元件之崩潰電壓。
為解決前述問題，以達到所預期之功效，本發明提供一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構，包括：一擴散阻礙種子金屬層以及複數層金屬層。其中擴散阻礙種子金屬層係形成於一磊晶結構層之上，其中擴散阻礙種子金屬層係由鉑(Pt)所構成，其中構成磊晶結構層之材料係包括選自以下群組之至少一者：氮化鎵以及氮化鋁鎵。其中複數層金屬層係形成於擴散阻礙種子金屬層之上，其中複數層金屬層包括：一第一金屬層以及一第二金屬層。其中第一金屬層係形成於擴散阻礙種子金屬層之上，其中第一金屬層係由鈦(Ti)所構成。其中第二金屬層係形成於第一金屬層之上，其中第二金屬層係由鋁(Al)所構成。其中本發明藉由提供擴散阻礙種子金屬層，以阻礙複數層金屬層擴散至磊晶結構層。
於一實施例中，前述之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構，其中複數層金屬層更包括一第三金屬層，其中第三金屬層係形成於第二金屬層之上，其中構成第三金屬層之材料係包括選自以下群組之一者：鎳(Ni)、鉬(Mo)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、以及鈦(Ti)。
於一實施例中，前述之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構，其中複數層金屬層更包括一第四金屬層，其中第四金屬層係形成於第三金屬層之上，其中第四金屬層係由金所構成。
於一實施例中，前述之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構，其中第四金屬層具有一厚度，第四金屬層之厚度係大於或等於100Å且小於或等於1000Å。
於一實施例中，前述之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構，其中第三金屬層具有一厚度，第三金屬層之厚度係大於或等於400Å且小於或等於800Å。
於一實施例中，前述之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構，其中第二金屬層具有一厚度，第二金屬層之厚度係大於或等於500Å且小於或等於1500Å。
於一實施例中，前述之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構，其中第一金屬層具有一厚度，第一金屬層之厚度係大於或等於50Å且小於或等於250Å。
於一實施例中，前述之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構，其中擴散阻礙種子金屬層具有一厚度，擴散阻礙種子金屬層之厚度係大於或等於50Å且小於或等於250Å。
於一實施例中，前述之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構，其中擴散阻礙種子金屬層係由物理氣相沈積(PVD)方式形成於磊晶結構層之上。
於一實施例中，前述之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構，其中歐姆金屬改良結構係經由一快速熱退火程序處理，其中快速熱退火程序之一快速熱退火溫度係大於或等於800℃且小於或等於925℃。
於一實施例中，前述之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構，其中歐姆金屬改良結構係經由一快速熱退火程序處理，其中快速熱退火程序之一快速熱退火時間係大於或等於20秒且小於或等於120秒。
為進一步了解本發明，以下舉較佳之實施例，配合圖式、圖
號，將本發明之具體構成內容及其所達成的功效詳細說明如下。
1‧‧‧用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構
2‧‧‧磊晶結構層
3‧‧‧擴散阻礙種子金屬層
4‧‧‧複數層金屬層
40‧‧‧第一金屬層
41‧‧‧第二金屬層
42‧‧‧第三金屬層
43‧‧‧第四金屬層
9‧‧‧用於氮化鎵元件之歐姆金屬
90‧‧‧氮化鋁鎵/氮化鎵磊晶結構層
91‧‧‧第一金屬層
92‧‧‧第二金屬層
93‧‧‧第三金屬層
94‧‧‧第四金屬層
第1圖係為本發明一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構之一具體實施例之剖面示意圖。
第2圖係為本發明一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構之另一具體實施例之剖面示意圖。
第3圖係為本發明一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構之又一具體實施例之剖面示意圖。
第4A圖係為本發明一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構之一具體實施例之掃瞄式電子顯微鏡俯視成像圖。
第4B圖係為第4A圖之本發明一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構之一具體實施例之一局部放大之掃瞄式電子顯微鏡俯視成像圖。
第4C圖係為第4A圖之本發明一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構之一具體實施例之另一局部放大之掃瞄式電子顯微鏡俯視成像圖。
第4D圖係為本發明一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構之另一具體實施例之穿透式電子顯微鏡剖面成像圖。
第4E圖係為第4D圖之本發明一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構之另一具體實施例之白色方框之局部放大之穿透式電子顯微鏡剖面成像圖。
第5圖係為習知技術一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬之一具體實施例
之剖面示意圖。
第6A圖係為習知技術一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬之一具體實施例(Ti/Al/Ti/Au)之掃瞄式電子顯微鏡俯視成像圖。
第6B圖係為第6A圖之習知技術一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬之一具體實施例(Ti/Al/Ti/Au)之一局部放大之掃瞄式電子顯微鏡俯視成像圖。
第6C圖係為第6A圖之習知技術一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬之一具體實施例(Ti/Al/Ti/Au)之另一局部放大之掃瞄式電子顯微鏡俯視成像圖。
第6D圖係為習知技術一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬之另一具體實施例(Ti/Al/Ti/Au)之離子束聚焦(FIB：Focused Ion Beam)電子顯微鏡剖面成像圖。
第6E圖係為習知技術一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬之又一具體實施例(Ti/Al/Ti/Au)之離子束聚焦電子顯微鏡剖面成像圖。
第6F圖係為習知技術一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬之再一具體實施例(Ti/Al/Ti/Au)之離子束聚焦電子顯微鏡剖面成像圖。
第7A圖係為習知技術一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬之一具體實施例(Ti/Al/Mo/Au)之掃瞄式電子顯微鏡俯視成像圖。
第7B圖係為第7A圖之習知技術一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬之一具體實施例(Ti/Al/Mo/Au)之沿著箭頭所指之剖面線之穿透式電子顯微鏡剖面成像圖。
第7C圖係為第7B圖之習知技術一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬之一具體實施例(Ti/Al/Mo/Au)之R方框之局部放大之穿透式電子顯微鏡剖面
成像圖。
第7D圖係為第7C圖之習知技術一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬之一具體實施例(Ti/Al/Mo/Au)之R1方框之局部放大之穿透式電子顯微鏡剖面成像圖。
第7E圖係為第7C圖之習知技術一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬之一具體實施例(Ti/Al/Mo/Au)之R2方框之局部放大之穿透式電子顯微鏡剖面成像圖。
第7F圖係為第7C圖之習知技術一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬之一具體實施例(Ti/Al/Mo/Au)之R3方框之局部放大之穿透式電子顯微鏡剖面成像圖。
第7G圖係為第7C圖之習知技術一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬之一具體實施例(Ti/Al/Mo/Au)之R4方框之局部放大之穿透式電子顯微鏡剖面成像圖。
請參閱第1圖，其係為本發明一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構之一具體實施例之剖面示意圖。本發明之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構1包括：一擴散阻礙種子金屬層3以及複數層金屬層4。其中擴散阻礙種子金屬層3係形成於一磊晶結構層2之上，其中擴散阻礙種子金屬層3係由鉑(Pt)所構成，其中構成磊晶結構層2之材料係包括選自以下群組之至少一者：氮化鎵以及氮化鋁鎵。在一較佳之實施例中，擴散阻礙種子金屬層3係經由物理氣相沈積(PVD：Physical Vapor Deposition)方式形成
於磊晶結構層2之上。在一較佳之實施例中，擴散阻礙種子金屬層3具有一厚度，其中擴散阻礙種子金屬層3之厚度係大於或等於50Å且小於或等於250Å。其中複數層金屬層4係形成於擴散阻礙種子金屬層3之上，複數層金屬層4包括：一第一金屬層40以及一第二金屬層41。其中第一金屬層40係形成於擴散阻礙種子金屬層3之上，第一金屬層40係由鈦(Ti)所構成。在一較佳之實施例中，第一金屬層40係經由物理氣相沈積方式形成於擴散阻礙種子金屬層3之上。在一較佳之實施例中，第一金屬層40具有一厚度，其中第一金屬層40之厚度係大於或等於50Å且小於或等於250Å。其中第二金屬層41係形成於第一金屬層40之上，第二金屬層41係由鋁(Al)所構成。在一較佳之實施例中，第二金屬層41係經由物理氣相沈積方式形成於第一金屬層40之上。在一較佳之實施例中，第二金屬層41具有一厚度，其中第二金屬層41之厚度係大於或等於500Å且小於或等於1500Å。將複數層金屬層4形成於擴散阻礙種子金屬層3之上之後，還需經過一快速熱退火程序(RTA：Rapid Thermal Annealing)處理，其中快速熱退火程序之一快速熱退火溫度係大於或等於800℃且小於或等於925℃，其中快速熱退火程序之一快速熱退火時間係大於或等於20秒且小於或等於120秒。在一較佳之實施例中，快速熱退火溫度係大於或等於850℃且小於或等於925℃。在一較佳之實施例中，快速熱退火時間係大於或等於20秒且小於或等於60秒。本發明藉由提供擴散阻礙種子金屬層3以阻礙複數層金屬層4(包括第一金屬層40以及第二金屬層41)擴散至磊晶結構層2，使得本發明之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構1之上表面呈現均勻狀，並避免歐姆金屬改良結構1產生突刺現象以及邊緣榴狀凸起，藉此提高以本發明之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構1所製造之
氮化鎵元件之崩潰電壓。
在一些實施例中，擴散阻礙種子金屬層3之厚度係大於或等於50Å且小於或等於240Å、大於或等於50Å且小於或等於230Å、大於或等於50Å且小於或等於220Å、大於或等於50Å且小於或等於210Å、大於或等於50Å且小於或等於200Å、大於或等於50Å且小於或等於190Å、大於或等於50Å且小於或等於180Å、大於或等於50Å且小於或等於170Å、大於或等於50Å且小於或等於160Å、大於或等於50Å且小於或等於150Å、大於或等於50Å且小於或等於140Å、大於或等於50Å且小於或等於130Å、大於或等於50Å且小於或等於120Å、大於或等於60Å且小於或等於250Å、大於或等於70Å且小於或等於250Å、大於或等於80Å且小於或等於250Å、大於或等於90Å且小於或等於250Å、大於或等於100Å且小於或等於250Å、大於或等於110Å且小於或等於250Å、大於或等於120Å且小於或等於250Å、大於或等於130Å且小於或等於250Å、大於或等於140Å且小於或等於250Å、大於或等於150Å且小於或等於250Å、大於或等於160Å且小於或等於250Å、大於或等於170Å且小於或等於250Å、或大於或等於180Å且小於或等於250Å。
在一些實施例中，第一金屬層40之厚度係大於或等於50Å且小於或等於240Å、大於或等於50Å且小於或等於230Å、大於或等於50Å且小於或等於220Å、大於或等於50Å且小於或等於210Å、大於或等於50Å且小於或等於200Å、大於或等於50Å且小於或等於190Å、大於或等於50Å且小於或等於180Å、大於或等於50Å且小於或等於170Å、大於或等於50Å且小於或等於160Å、大於或等於60Å且小於或等於250Å、大於或等於70Å且小於或等於250Å、大於或等於80Å且小於或等於250Å、大於或等於90Å且小於或等於
250Å、大於或等於100Å且小於或等於250Å、大於或等於110Å且小於或等於250Å、大於或等於120Å且小於或等於250Å、大於或等於130Å且小於或等於250Å、大於或等於140Å且小於或等於250Å、或大於或等於150Å且小於或等於250Å。
在一些實施例中，第二金屬層41之厚度係大於或等於500Å且小於或等於1400Å、大於或等於500Å且小於或等於1300Å、大於或等於500Å且小於或等於1200Å、大於或等於500Å且小於或等於1100Å、大於或等於500Å且小於或等於1000Å、大於或等於500Å且小於或等於900Å、大於或等於550Å且小於或等於1500Å、大於或等於600Å且小於或等於1500Å、大於或等於650Å且小於或等於1500Å、大於或等於700Å且小於或等於1500Å、大於或等於800Å且小於或等於1500Å、或大於或等於900Å且小於或等於1500Å。
請參閱第2圖，其係為本發明一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構之另一具體實施例之剖面示意圖。本實施例之主要結構係與第1圖所示之實施例大致相同，惟，其中複數層金屬層4包括：一第一金屬層40、一第二金屬層41以及一第三金屬層42。其中第一金屬層40係形成於擴散阻礙種子金屬層3之上，第一金屬層40係由鈦(Ti)所構成。其中第二金屬層41係形成於第一金屬層40之上，第二金屬層41係由鋁(Al)所構成。其中第三金屬層42係形成於第二金屬層41之上，構成第三金屬層42之材料係包括選自以下群組之一者：鎳(Ni)、鉬(Mo)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、以及鈦(Ti)。在一較佳之實施例中，第三金屬層42具有一厚度，其中第三金屬層42之厚度係大於或等於400Å且小於或等於800Å。在一較佳之實施例中，第三金屬層
42係經由物理氣相沈積方式形成於第二金屬層41之上。本發明藉由提供擴散阻礙種子金屬層3以阻礙複數層金屬層4(包括第一金屬層40、第二金屬層41以及第三金屬層42)擴散至磊晶結構層2，使得本發明之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構1之上表面呈現均勻狀，並避免歐姆金屬改良結構1產生突刺現象以及邊緣榴狀凸起，藉此提高以本發明之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構1所製造之氮化鎵元件之崩潰電壓。
在一些實施例中，第三金屬層42之厚度係大於或等於400Å且小於或等於770Å、大於或等於400Å且小於或等於740Å、大於或等於400Å且小於或等於700Å、大於或等於400Å且小於或等於670Å、大於或等於400Å且小於或等於640Å、大於或等於400Å且小於或等於600Å、大於或等於430Å且小於或等於800Å、大於或等於460Å且小於或等於800Å、大於或等於500Å且小於或等於800Å、大於或等於530Å且小於或等於800Å、大於或等於560Å且小於或等於800Å、或大於或等於600Å且小於或等於800Å。
請參閱第3圖，其係為本發明一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構之又一具體實施例之剖面示意圖。本實施例之主要結構係與第2圖所示之實施例大致相同，惟，其中複數層金屬層4包括：一第一金屬層40、一第二金屬層41、一第三金屬層42以及一第四金屬層43。其中第一金屬層40係形成於擴散阻礙種子金屬層3之上，第一金屬層40係由鈦(Ti)所構成。其中第二金屬層41係形成於第一金屬層40之上，第二金屬層41係由鋁(Al)所構成。其中第三金屬層42係形成於第二金屬層41之上，構成第三金屬層42之材料係包括選自以下群組之一者：鎳(Ni)、鉬(Mo)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、以及鈦(Ti)。其中第四金屬層43係形成於第三金屬層42之上，第四金屬層
43係由金(Au)所構成。在一較佳之實施例中，第四金屬層43具有一厚度，其中第四金屬層43之厚度係大於或等於100Å且小於或等於1000Å。在一較佳之實施例中，第四金屬層43係經由物理氣相沈積方式形成於第三金屬層42之上。本發明藉由提供擴散阻礙種子金屬層3以阻礙複數層金屬層4(包括第一金屬層40、第二金屬層41、第三金屬層42以及第四金屬層43)擴散至磊晶結構層2，使得本發明之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構1之上表面呈現均勻狀，並避免歐姆金屬改良結構1產生突刺現象以及邊緣榴狀凸起，藉此提高以本發明之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構1所製造之氮化鎵元件之崩潰電壓。
在一些實施例中，第四金屬層43之厚度係大於或等於100Å且小於或等於950Å、大於或等於100Å且小於或等於900Å、大於或等於100Å且小於或等於850Å、大於或等於100Å且小於或等於800Å、大於或等於100Å且小於或等於700Å、大於或等於100Å且小於或等於600Å、大於或等於150Å且小於或等於1000Å、大於或等於200Å且小於或等於1000Å、大於或等於250Å且小於或等於1000Å、大於或等於300Å且小於或等於1000Å、大於或等於400Å且小於或等於1000Å、或大於或等於500Å且小於或等於1000Å。
請參閱第4A圖，其係為本發明一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構之一具體實施例之掃瞄式電子顯微鏡俯視成像圖。在此實施例中，擴散阻礙種子金屬層3係由鉑所構成。其中複數層金屬層4包括：第一金屬層40、第二金屬層41、第三金屬層42以及第四金屬層43。構成第一金屬層40、第二金屬層41、第三金屬層42以及第四金屬層43之材料係分別為：鈦、鋁、鎳、金。其中快速熱退火程序之快速熱退火溫度係大於或等於800
℃且小於或等於925℃；快速熱退火程序之快速熱退火時間係為60秒。由第4A圖可看出，相較於第6A圖中之習知技術一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬(Ti/Al/Ti/Au)之上表面，本發明之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構1之上表面非常均勻平坦。請同時參閱第4B圖，其係為第4A圖之本發明一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構之一具體實施例之一局部放大之掃瞄式電子顯微鏡俯視成像圖。由第4B圖可看出，相較於第6B圖中之習知技術一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬(Ti/Al/Ti/Au)，本發明之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構1之較為平坦，並無嚴重之凸起以及凹陷之縐折狀。請同時參閱第4C圖，其係為第4A圖之本發明一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構之一具體實施例之另一局部放大之掃瞄式電子顯微鏡俯視成像圖。由第4C圖可看出，相較於第6C圖中之習知技術一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬(Ti/Al/Ti/Au)，本發明之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構1之並沒有向邊緣外凸出。再請參閱第4D圖，其係為本發明一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構之另一具體實施例之穿透式電子顯微鏡剖面成像圖。在此實施例中所示，係為以本發明之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構1所製造之氮化鎵場效電晶體之局部剖面成像圖。其中擴散阻礙種子金屬層3係由鉑所構成。其中複數層金屬層4包括：第一金屬層40、第二金屬層41、第三金屬層42以及第四金屬層43。構成第一金屬層40、第二金屬層41、第三金屬層42以及第四金屬層43之材料係分別為：鈦、鋁、鎳、金。其中快速熱退火程序之快速熱退火溫度係大於或等於800℃且小於或等於925℃；快速熱退火程序之快速熱退火時間係為60秒。此實施例係以本發明之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構1所製造之氮化鎵場效電晶體，其崩潰電壓係
能有效提高至160V至180V之間，非常適合作為一高能量密度之氮化鎵場效電晶體之應用。由第4D圖可看出，相較於第7B圖、第7C圖、第7D圖、第7E圖、第7F圖以及第7G圖中之習知技術一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬(Ti/Al/Mo/Au)，本發明一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構1之分佈均勻，且歐姆金屬改良結構1並沒有產生歐姆金屬突刺現象。請同時參閱第4E圖，其係為第4D圖之本發明一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構之另一具體實施例之白色方框之局部放大之穿透式電子顯微鏡剖面成像圖。由第4E圖可看出，相較於第6D圖、第6E圖以及第6F圖中之習知技術一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬(Ti/Al/Ti/Au)，本發明之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構1之並沒有產生榴狀凸起。因此，本發明之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構1係確實可大幅提高崩潰電壓、阻礙歐姆金屬改良結構1擴散至磊晶結構層2，使得本發明之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構1之上表面呈現均勻狀，以避免歐姆金屬改良結構1產生歐姆金屬突刺現象，且避免歐姆金屬改良結構1產生邊緣之榴狀凸起，並藉此提高以本發明之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構1所製造之氮化鎵場效電晶體之崩潰電壓。
以上所述乃是本發明之具體實施例及所運用之技術手段，根據本文的揭露或教導可衍生推導出許多的變更與修正，仍可視為本發明之構想所作之等效改變，其所產生之作用仍未超出說明書及圖式所涵蓋之實質精神，均應視為在本發明之技術範疇之內，合先陳明。
綜上所述，依上文所揭示之內容，本發明確可達到發明之預期目的，提供一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構，極具產業上利用
之價植，爰依法提出發明專利申請。
Claims (11)
- 一種用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構，包括：一擴散阻礙種子金屬層，係形成於一磊晶結構層之上，其中該擴散阻礙種子金屬層係由鉑所構成，其中構成該磊晶結構層之材料係包括選自以下群組之至少一者：氮化鎵以及氮化鋁鎵；以及複數層金屬層，係形成於該擴散阻礙種子金屬層之上，其中該複數層金屬層包括：一第一金屬層，係形成於該擴散阻礙種子金屬層之上，其中該第一金屬層係由鈦所構成；以及一第二金屬層，係形成於該第一金屬層之上，其中該第二金屬層係由鋁所構成；其中，該擴散阻礙種子金屬層係用以阻礙該複數層金屬層擴散至該磊晶結構層。
- 如申請專利範圍第1項所述之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構，其中該複數層金屬層更包括一第三金屬層，該第三金屬層係形成於該第二金屬層之上，其中構成該第三金屬層之材料係包括選自以下群組之一者：鎳、鉬、鈀、鉑、以及鈦。
- 如申請專利範圍第2項所述之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構，其中該複數層金屬層更包括一第四金屬層，該第四金屬層係形成於該第三金屬層之上，其中該第四金屬層係由金所構成。
- 如申請專利範圍第3項所述之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構，其中該第四金屬層具有一厚度，該第四金屬層之該厚度係大於或等於100Å 且小於或等於1000Å。
- 如申請專利範圍第2項所述之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構，其中該第三金屬層具有一厚度，該第三金屬層之該厚度係大於或等於400Å且小於或等於800Å。
- 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構，其中該第二金屬層具有一厚度，該第二金屬層之該厚度係大於或等於500Å且小於或等於1500Å。
- 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構，其中該第一金屬層具有一厚度，該第一金屬層之該厚度係大於或等於50Å且小於或等於250Å。
- 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構，其中該擴散阻礙種子金屬層具有一厚度，該擴散阻礙種子金屬層之該厚度係大於或等於50Å且小於或等於250Å。
- 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構，其中該擴散阻礙種子金屬層係由物理氣相沈積方式形成於該磊晶結構層之上。
- 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構，其中該歐姆金屬改良結構係經由一快速熱退火程序處理，其中該快速熱退火程序之一快速熱退火溫度係大於或等於800℃且小於或等於925℃。
- 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之用於氮化鎵元件之歐姆金屬改良結構，其中該歐姆金屬改良結構係經由一快速熱退火程序處 理，其中該快速熱退火程序之一快速熱退火時間係大於或等於20秒且小於或等於120秒。
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