用于同氮化物形成歐姆接觸的金屬疊層及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，尤其涉及一種用于同氮化物形成歐姆接觸的金屬疊層及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氮化鎵(GaN)基電子器件有廣闊的應(yīng)用潛力和市場(chǎng)前景，如GaN基高電子迀移率晶體管(HEMT)具有的大電流、高功率及良好的頻率特性，決定了其在軍用和民用微波領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。氮化鎵基電子器件的大功率和高效率將很大程度上減小器件的體積，并降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度，高電壓工作特性使得系統(tǒng)元件數(shù)量減少。
[0003]歐姆接觸是氮化鎵基電子器件的關(guān)鍵技術(shù)。它直接影響器件和電路的直流特性和高頻特性。由于氮化鋁鎵/氮化鎵(AlGaN/GaN)的帶隙較寬，實(shí)現(xiàn)低阻歐接觸比較困難。目前，歐姆接觸實(shí)現(xiàn)的基本原理為:采用多層金屬使半導(dǎo)體材料的表面與金屬界面處產(chǎn)生低勢(shì)皇多元合金，或者通過金屬和AlGaN或GaN間的固態(tài)反應(yīng)使界面處起施主作用的N空位增加，產(chǎn)生高的摻雜電子濃度，形成良好歐姆接觸。
[0004]目前，用于氮化鎵基電子器件歐姆接觸的有Ti/Al、Ti/Al/Au、Ti/Al/Ni/Au、Ti/Al/Ti/Au等多層金屬體系。這些歐姆接觸系統(tǒng)需淀積金屬后需再經(jīng)過高溫合金實(shí)現(xiàn)歐姆接觸，由于Al是活波性強(qiáng)的金屬，易引起器件的不穩(wěn)定。同時(shí)金是貴金屬，成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種低成本高穩(wěn)定性的用于同氮化物形成歐姆接觸的金屬疊層以及制作方法。
[0006]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種用于同氮化物形成歐姆接觸的金屬疊層，包括直接同氮化物接觸的Ti金屬層，貼合Ti金屬層的Hf金屬層，以及貼合Hf金屬層的Cu
金屬層。
[0007]可選的，所述Ti金屬層的厚度為lnm-10nm。
[0008]可選的，所述Hf金屬層的厚度為10nm-1000nm。
[0009]可選的，所述Cu金屬層的厚度為10nm-1000nm。
[0010]本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種制作用于同氮化物形成歐姆接觸的金屬疊層的方法，包括如下步驟:提供一氮化物層；在所述氮化物層表面依次生長(zhǎng)Ti金屬層、Hf金屬層、以及Cu金屬層，形成金屬疊層；將所述金屬疊層置于溫度范圍為450°C -980°C的范圍內(nèi)的非氧化氣氛中退火，退火時(shí)間為20秒-600秒。
[0011]可選的，所述退火的保護(hù)氣體選自于氮?dú)夂投栊詺怏w中的一種或多種的組合。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，Ti和Hf是熱穩(wěn)定性良好的難熔金屬。其在高溫時(shí)與包括AlGaN和GaN在內(nèi)的氮化物發(fā)生固相反應(yīng)，從而萃取氮化物中的氮元素，在氮化物10表面形成了氮的空位，相當(dāng)于為氮化物引入了重?fù)诫s。而且TiN和HfN是導(dǎo)體，且能起阻擋層的作用。銅可獲得理想的金屬表面接觸，且散熱及導(dǎo)電特性、成本等方面具備較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。因此上述金屬疊層在歐姆接觸特性和合金表面形貌特征有明顯的改善，可顯著降低器件制造成本，提尚器件的可靠性。
【附圖說明】
[0013]附圖1所示是用于同氮化物形成歐姆接觸的金屬疊層的【具體實(shí)施方式】的金屬疊層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]附圖2所示是制作用于同氮化物形成歐姆接觸的金屬疊層的方法【具體實(shí)施方式】的步驟不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的用于同氮化物形成歐姆接觸的金屬疊層及其制作方法的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)說明。
[0016]首先給出本發(fā)明所述用于同氮化物形成歐姆接觸的金屬疊層的【具體實(shí)施方式】。附圖1所示是用于同氮化物形成歐姆接觸的金屬疊層的【具體實(shí)施方式】的金屬疊層結(jié)構(gòu)示意圖。包括直接同氮化物10接觸的Ti金屬層11，貼合Ti金屬層11的Hf金屬層12，以及貼合Hf金屬層12的Cu金屬層13。Ti和Hf是熱穩(wěn)定性良好的難熔金屬。其在高溫時(shí)與包括AlGaN和GaN在內(nèi)的氮化物發(fā)生固相反應(yīng)，從而萃取氮化物10中的氮元素，在氮化物10表面形成了氮的空位，相當(dāng)于為氮化物10引入了重?fù)诫s，提高了界面導(dǎo)電能力，從而降低接觸電阻。而且TiN和HfN是導(dǎo)體，且能起阻擋層的作用。銅可獲得理想的金屬表面接觸，且散熱及導(dǎo)電特性、成本等方面具備較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。因此上述金屬疊層在歐姆接觸特性和合金表面形貌特征有明顯的改善，可顯著降低器件制造成本，提高器件的可靠性。
[0017]為了保證最優(yōu)的萃取效果，在本【具體實(shí)施方式】中，所述Ti金屬層的厚度為Inm-lOnm，所述Hf金屬層的厚度為10nm-1000nm。為了獲得理想的散熱性能，在本【具體實(shí)施方式】中，所述Cu金屬層的厚度為10nm-1000nm。
[0018]附圖2所示是制作用于同氮化物形成歐姆接觸的金屬疊層的方法【具體實(shí)施方式】的步驟示意圖，包括:步驟SI，提供一氮化物層；步驟S2，在所述氮化物層表面依次生長(zhǎng)Ti金屬層、Hf金屬層、以及Cu金屬層，形成金屬疊層；步驟S3，將所述金屬疊層置于溫度范圍為450°C -980°C的范圍內(nèi)的非氧化氣氛中退火，退火時(shí)間為20秒-600秒。以上步驟實(shí)施完畢后的結(jié)構(gòu)請(qǐng)參考附圖1。由于步驟實(shí)施簡(jiǎn)單，后續(xù)不再給出每一步驟的實(shí)施示意圖。
[0019]步驟SI，提供一氮化物層。所述氮化物可以是包括AlGaN和GaN在內(nèi)的任意一種常見的氮化物材料。所述氮化物層表面還可以是進(jìn)一步具有器件結(jié)構(gòu)的，例如可以經(jīng)ICP干法刻蝕形成HEMT器件的臺(tái)面。
[0020]步驟S2，在所述氮化物層表面依次生長(zhǎng)Ti金屬層、Hf金屬層、以及Cu金屬層，形成金屬疊層?？梢圆捎冒ㄕ婵针娮邮鵀R射方法在內(nèi)的任意一種常見方法形成金屬疊層。
[0021]在上述步驟實(shí)施完畢后，還可以通過刻蝕在金屬疊層中形成預(yù)定的圖形，例如形成HEMT的源漏區(qū)電極圖形。
[0022]步驟S3，將所述金屬疊層置于溫度范圍為450°C _980°C的范圍內(nèi)的非氧化氣氛中退火，退火時(shí)間為20秒-600秒。所述非氧化氣氛例如可以是選自于氮?dú)夂投栊詺怏w中的一種或多種的組合。
[0023]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于同氮化物形成歐姆接觸的金屬疊層，其特征在于，包括直接同氮化物接觸的Ti金屬層，貼合Ti金屬層的Hf金屬層，以及貼合Hf金屬層的Cu金屬層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于同氮化物形成歐姆接觸的金屬疊層，其特征在于，所述Ti金屬層的厚度為Inm-1Onm03.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于同氮化物形成歐姆接觸的金屬疊層，其特征在于，所述Hf金屬層的厚度為1nm-1OOOnm04.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于同氮化物形成歐姆接觸的金屬疊層，其特征在于，所述Cu金屬層的厚度為lOnm-lOOOnm。5.一種制作用于同氮化物形成歐姆接觸的金屬疊層的方法，其特征在于，包括如下步驟: 提供一氮化物層； 在所述氮化物層表面依次生長(zhǎng)Ti金屬層、Hf金屬層、以及Cu金屬層，形成金屬疊層；將所述金屬疊層置于溫度范圍為450°C -980°C的范圍內(nèi)的非氧化氣氛中退火，退火時(shí)間為20秒-600秒。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制作用于同氮化物形成歐姆接觸的金屬疊層的方法，其特征在于，所述退火的保護(hù)氣體選自于氮?dú)夂投栊詺怏w中的一種或多種的組合。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于同氮化物形成歐姆接觸的金屬疊層及其制作方法。所述金屬疊層包括直接同氮化物接觸的Ti金屬層，貼合Ti金屬層的Hf金屬層，以及貼合Hf金屬層的Cu金屬層。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，Ti和Hf是熱穩(wěn)定性良好的難熔金屬。其在高溫時(shí)與包括AlGaN和GaN在內(nèi)的氮化物發(fā)生固相反應(yīng)，從而萃取氮化物中的氮元素，在氮化物10表面形成了氮的空位，相當(dāng)于為氮化物引入了重?fù)诫s。而且TiN和HfN是導(dǎo)體，且能起阻擋層的作用。銅可獲得理想的金屬表面接觸，且散熱及導(dǎo)電特性、成本等方面具備較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。因此上述金屬疊層在歐姆接觸特性和合金表面形貌特征有明顯的改善，可顯著降低器件制造成本，提高器件的可靠性。
【IPC分類】H01L21/28, H01L29/45, H01L29/778
【公開號(hào)】CN105047699
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510315524
【發(fā)明人】閆發(fā)旺, 張峰, 王文宇
【申請(qǐng)人】上海新傲科技股份有限公司
【公開日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年6月10日