專(zhuān)利名稱(chēng)：適用于高速砷化鎵基器件歐姆接觸的金屬合金系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化合物半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種用于在砷化鎵(GaAs)基重?fù)诫s的銦鎵砷(n+In0.53Ga0.47As)上形成良好歐姆接觸的金屬合金結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
良好的歐姆接觸是化合物半導(dǎo)體器件制作的關(guān)鍵工藝之一，它對(duì)器件的性能，如效率、增益、開(kāi)關(guān)速度等有很大的影響。其基本原理就是緊靠金屬的半導(dǎo)體層做成高摻雜層，電子通過(guò)隧穿進(jìn)行電流輸運(yùn)。在III-V族化合物半導(dǎo)體中，砷化鎵(GaAs)器件較早得到廣泛的研究和應(yīng)用，對(duì)它的歐姆接觸研究開(kāi)展得較多且深入。在n型砷化鎵(GaAs)上將金鍺鎳(AuGeNi)合金歐姆接觸用得最普遍，此后的二元到四元系化合物幾乎都是用AuGe(金鍺)或金鍺鎳(AuGeNi)來(lái)做歐姆接觸。隨著對(duì)高頻、低噪聲、低電壓化合物器件越來(lái)越廣泛的需求，在化合物器件設(shè)計(jì)中產(chǎn)生了一些很有發(fā)展?jié)摿Φ男虏牧辖Y(jié)構(gòu)(如應(yīng)用緩沖生長(zhǎng)技術(shù)生長(zhǎng)化合物器件材料結(jié)構(gòu))，如何有效降低新器件結(jié)構(gòu)歐姆接觸電阻一直是器件制作中重要而緊迫的任務(wù)之一。
在砷化鎵(GaAs)襯底材料上用緩沖生長(zhǎng)技術(shù)生長(zhǎng)銦鎵砷/銦鋁砷(In0.52Ga0.48As/In0.53Al0.47As)結(jié)構(gòu)的變結(jié)構(gòu)組分高電子遷移率晶體管(MHEMT)由于具有優(yōu)越的低噪聲、低電壓、高速等性能而得到人們廣泛的重視。
伴之而來(lái)的問(wèn)題是如何在砷化鎵(GaAs)基變結(jié)構(gòu)組分高電子遷移率晶體管MHEMT器件中形成良好的歐姆接觸并且降低合金溫度使之對(duì)器件的性能的影響盡量小。傳統(tǒng)的金鍺鎳(AuGeNi)合金結(jié)構(gòu)早期主要用于n型砷化鎵(GaAs)上形成歐姆接觸，它的合金溫度相對(duì)比較高，一般高于400度，相應(yīng)得到的歐姆接觸電阻大多在E-06量級(jí)，如果溫度過(guò)高會(huì)出現(xiàn)形貌變壞，接觸電阻增大的現(xiàn)象(代表性的文獻(xiàn)見(jiàn)HERB.Goronkin，SAIED TEHRANI，TOM REMMEL，PETER L.andKARLJ.JOHNSON“Ohmic Contact Penetration and Encroachment inGaAs/AlGaAs and GaAs FET’s”TRANSACTIONS ON ELECTRONDEVICES Vol.36 No.2 FEBRUARY 1989)。而砷化鎵(GaAs)基變結(jié)構(gòu)組分高電子遷移率晶體管(MHEMT)由于采用緩沖生長(zhǎng)技術(shù)，在較高溫度、較長(zhǎng)時(shí)間下歐姆接觸合金會(huì)對(duì)器件結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響進(jìn)而導(dǎo)致器件性能下降。因此必須進(jìn)一步發(fā)展新的歐姆接觸金屬合金結(jié)構(gòu)使砷化鎵(GaAs)基變結(jié)構(gòu)組分高電子遷移率晶體管(MHEMT)材料結(jié)構(gòu)既能在較低溫度和較短時(shí)間下合金，同時(shí)又能得到良好的歐姆接觸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是通過(guò)設(shè)計(jì)一種新型的六層歐姆接觸金屬合金結(jié)構(gòu)鎳/鍺/金/鍺/鎳/金(Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au)，使它在砷化鎵(GaAs)基變結(jié)構(gòu)組分高電子遷移率晶體管(MHEMT)材料結(jié)構(gòu)中既能在較低溫度(360-380度)和較短時(shí)間(50-80秒)下合金，同時(shí)又能得到良好的歐姆接觸。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種適用于高速砷化鎵基器件歐姆接觸的金屬合金系統(tǒng)，其歐姆接觸金屬蒸發(fā)時(shí)采用鎳/鍺/金/鍺/鎳/金的六層結(jié)構(gòu)，蒸發(fā)順序依次為鎳/鍺/金/鍺/鎳/金，與傳統(tǒng)的金/鍺/鎳或金/鍺金屬合金結(jié)構(gòu)相比，本歐姆接觸系統(tǒng)具有在較低合金溫度、較短合金時(shí)間下，在重?fù)诫s銦鎵砷層與金屬層間形成良好的歐姆接觸，合金表面形貌光滑平整，圖形邊緣整齊并且與工藝的兼容性好。
所述的金屬合金系統(tǒng)，其所述與重?fù)诫s銦鎵砷層接觸的六層金屬，其最底層金屬鎳和第二層金屬鍺的厚度具有一定的變化范圍，金屬鎳厚度變化范圍為30～50埃，金屬鍺厚度變化范圍為40～80埃。
所述的金屬合金系統(tǒng)，制作工藝步驟如下步驟1清洗晶片、涂膠、曝光、顯影、堅(jiān)膜、去殘余光刻膠；步驟2濕法腐蝕臺(tái)面；步驟3使用腐蝕液漂洗晶片；蒸發(fā)Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au金屬；步驟4去光刻膠剝離得到金屬圖形，清洗晶片；其步驟5在高溫快速合金爐內(nèi)，于氮?dú)鈿夥障潞辖?，溫度范圍?60-380度，時(shí)間為50-80秒。


圖1為本發(fā)明的金屬合金系統(tǒng)制作工藝中，晶片涂光刻膠、光刻剖面示意圖；圖2為本發(fā)明的金屬合金系統(tǒng)制作工藝中，依次蒸發(fā)Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au金屬剖面示意圖；圖3為本發(fā)明的金屬合金系統(tǒng)制作工藝中，剝離金屬，合金化金屬剖面示意圖；圖4為本發(fā)明的金屬合金系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果曲線圖，圖4a為測(cè)試結(jié)果一，圖4b為測(cè)試結(jié)果二；圖5為本發(fā)明的金屬合金系統(tǒng)的歐姆接觸合金后表面形貌照片；圖6為本發(fā)明的金屬合金系統(tǒng)，用傳輸線法測(cè)試歐姆接觸電阻圖形示意圖；圖7為本發(fā)明的金屬合金系統(tǒng)，用傳輸線法計(jì)算歐姆接觸電阻曲線圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的六層金屬合金結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體層接觸順序分別為鎳/鍺/金/鍺/鎳/金(Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au)，它的厚度相應(yīng)為40/40/660/80/30/2500埃。本發(fā)明六層金屬合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的考慮和優(yōu)勢(shì)在于1)最底層鎳(Ni)金屬主要作用在于二方面一，它在合金期間增進(jìn)Au-Ge與銦鎵砷(InGaAs)層的粘潤(rùn)，防止合金時(shí)出現(xiàn)Au-Ge聚球，進(jìn)而影響合金后表面形貌；二，它能在合金溫度下幫助鍺(Ge)進(jìn)入銦鎵砷(InGaAs)層中，提高合金層下載流子濃度。
2)第二層鍺(Ge)金屬作為施主提供層，使合金后在合金層下形成高摻雜層，提高載流子濃度。第四層Ge的作用主要保持NiGeAu系統(tǒng)一定的化學(xué)計(jì)量比。
3)第三層金(Au)的作用主要幫助Ga原子的逸出，形成AuGa，使Ge原子能夠替代Ga原子的穴位，提供高濃度載流子。
4)第五層鎳(Ni)的主要作用是在最上面一層金屬Au與前面幾層之間形成一層阻擋層，防止過(guò)多的Au參與合金反應(yīng)，而導(dǎo)致過(guò)多的Ga析出，形成高電阻率層。
5)最上面一層金(Au)的作用主要在于提高合金后薄層電導(dǎo)率，改善合金形貌和良好的外部引線。
在本發(fā)明六層金屬合金結(jié)構(gòu)中，最底層金屬鎳(Ni)和第二層金屬鍺(Ge)的厚度具有一定的變化范圍，金屬鎳(Ni)厚度變化范圍為30～50埃，金屬鍺(Ge)厚度變化范圍為40～80埃。
以上六層金屬合金結(jié)構(gòu)仍是基于三種金屬結(jié)構(gòu)，并沒(méi)有增加新的金屬源，通過(guò)精確的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得到比大多數(shù)報(bào)道的三層AuGeNi和二層AuGe金屬合金結(jié)構(gòu)更低的歐姆接觸電阻和良好的合金形貌，同時(shí)在較低合金溫度和較低合金時(shí)間上實(shí)現(xiàn)良好歐姆接觸。請(qǐng)參見(jiàn)圖4、圖6、圖7。其中，圖4a為測(cè)試結(jié)果一，圖4b為測(cè)試結(jié)果二。
為驗(yàn)證本發(fā)明改善金屬與半導(dǎo)體層歐姆接觸的成效，在砷化鎵(GaAs)基In0.52Ga0.48As/In0.53Al0.47As變結(jié)構(gòu)組分高電子遷移率晶體管(MHEMT)材料結(jié)構(gòu)下進(jìn)行了歐姆接觸合金實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，測(cè)試結(jié)果表明與半導(dǎo)體層形成了良好的歐姆接觸和合金形貌，如圖5所示。
見(jiàn)圖1、圖2、圖3，砷化鎵(GaAs)基In0.52Ga0.48As/In0.53Al0.47As變結(jié)構(gòu)組分高電子遷移率晶體管(MHEMT)歐姆接觸實(shí)驗(yàn)制作工藝步驟如下步驟1清洗晶片、涂膠、曝光(見(jiàn)圖1)、顯影、堅(jiān)膜、去殘余光刻膠。
步驟2濕法腐蝕臺(tái)面。
步驟3使用腐蝕液漂洗晶片；蒸發(fā)鎳/鍺/金/鍺/鎳/金(Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au)金屬(見(jiàn)圖2)。
步驟4去光刻膠剝離得到金屬圖形(見(jiàn)圖3)，清洗晶片。
步驟5在高溫快速合金爐內(nèi)合金溫度360-380度，時(shí)間50-80秒，氮?dú)鈿夥障潞辖稹?br> 步驟6對(duì)成品進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果(見(jiàn)圖4、圖5和圖6)，觀察合金后形貌(見(jiàn)圖7)。
砷化鎵(GaAs)基In0.52Ga0.48As/In0.53Al0.47As變結(jié)構(gòu)組分高電子遷移率晶體管(MHEMT)材料結(jié)構(gòu)如表1所示。
表1GaAs基In0.52Ga0.48As/In0.53Al0.47As變結(jié)構(gòu)組分高電子遷移率晶體管(MHEMT)材料結(jié)構(gòu)。

權(quán)利要求
1.一種適用于高速砷化鎵基器件歐姆接觸的金屬合金系統(tǒng)，其特征在于，歐姆接觸金屬蒸發(fā)時(shí)采用鎳/鍺/金/鍺/鎳/金的六層結(jié)構(gòu)，蒸發(fā)順序依次為鎳/鍺/金/鍺/鎳/金，與傳統(tǒng)的金/鍺/鎳或金/鍺金屬合金結(jié)構(gòu)相比，本歐姆接觸系統(tǒng)具有在較低合金溫度、較短合金時(shí)間下，在重?fù)诫s銦鎵砷層與金屬層間形成良好的歐姆接觸，合金表面形貌光滑平整，圖形邊緣整齊并且與工藝的兼容性好。
2.按照權(quán)利要求1所述的金屬合金系統(tǒng)，其特征在于，所述與重?fù)诫s銦鎵砷層接觸的六層金屬，其最底層金屬鎳和第二層金屬鍺的厚度具有一定的變化范圍，金屬鎳厚度變化范圍為30～50埃，金屬鍺厚度變化范圍為40～80埃。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的金屬合金系統(tǒng)，制作工藝步驟如下步驟1清洗晶片、涂膠、曝光、顯影、堅(jiān)膜、去殘余光刻膠；步驟2濕法腐蝕臺(tái)面；步驟3使用腐蝕液漂洗晶片；蒸發(fā)Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au金屬；步驟4去光刻膠剝離得到金屬圖形，清洗晶片；其特征在于，其步驟5在高溫快速合金爐內(nèi)，于氮?dú)鈿夥障潞辖穑瑴囟确秶鸀?60-380度，時(shí)間為50-80秒。
全文摘要
本發(fā)明一種適用于高速砷化鎵基器件歐姆接觸的金屬合金系統(tǒng)，在重?fù)诫s銦鎵砷半導(dǎo)體層上與金屬形成良好歐姆接觸的新型六層金屬結(jié)構(gòu)鎳/鍺/金/鍺/鎳/金，在較低的溫度360－380度和較短的時(shí)間50－80秒內(nèi)，于氮?dú)鈿夥障潞辖鸬玫降偷臍W姆接觸電阻，可達(dá)1.87E－07Ω.cm
文檔編號(hào)H01L29/40GK1870224SQ20051007109
公開(kāi)日2006年11月29日 申請(qǐng)日期2005年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月24日
發(fā)明者李海鷗, 尹軍艦, 張海英, 和致經(jīng), 葉甜春 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所