法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2009-01-14
授权
授权
2007-01-24
实质审查的生效
实质审查的生效
2006-11-29
公开
公开
技术领域
本发明属于化合物半导体技术领域，特别是指一种用于在砷化镓(GaAs)基重掺杂的铟镓砷(n+In0.53Ga0.47As)上形成良好欧姆接触的金属合金结构。
背景技术
良好的欧姆接触是化合物半导体器件制作的关键工艺之一，它对器件的性能，如效率、增益、开关速度等有很大的影响。其基本原理就是紧靠金属的半导体层做成高掺杂层，电子通过隧穿进行电流输运。在III-V族化合物半导体中，砷化镓(GaAs)器件较早得到广泛的研究和应用，对它的欧姆接触研究开展得较多且深入。在n型砷化镓(GaAs)上将金锗镍(AuGeNi)合金欧姆接触用得最普遍，此后的二元到四元系化合物几乎都是用AuGe(金锗)或金锗镍(AuGeNi)来做欧姆接触。随着对高频、低噪声、低电压化合物器件越来越广泛的需求，在化合物器件设计中产生了一些很有发展潜力的新材料结构(如应用缓冲生长技术生长化合物器件材料结构)，如何有效降低新器件结构欧姆接触电阻一直是器件制作中重要而紧迫的任务之一。
在砷化镓(GaAs)衬底材料上用缓冲生长技术生长铟镓砷/铟铝砷(In0.52Ga0.48As/In0.53Al0.47As)结构的变结构组分高电子迁移率晶体管(MHEMT)由于具有优越的低噪声、低电压、高速等性能而得到人们广泛的重视。
伴之而来的问题是如何在砷化镓(GaAs)基变结构组分高电子迁移率晶体管MHEMT器件中形成良好的欧姆接触并且降低合金温度使之对器件的性能的影响尽量小。传统的金锗镍(AuGeNi)合金结构早期主要用于n型砷化镓(GaAs)上形成欧姆接触，它的合金温度相对比较高，一般高于400度，相应得到的欧姆接触电阻大多在E-06量级，如果温度过高会出现形貌变坏，接触电阻增大的现象(代表性的文献见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)。而砷化镓(GaAs)基变结构组分高电子迁移率晶体管(MHEMT)由于采用缓冲生长技术，在较高温度、较长时间下欧姆接触合金会对器件结构产生影响进而导致器件性能下降。因此必须进一步发展新的欧姆接触金属合金结构使砷化镓(GaAs)基变结构组分高电子迁移率晶体管(MHEMT)材料结构既能在较低温度和较短时间下合金，同时又能得到良好的欧姆接触。
发明内容
本发明目的是通过设计一种新型的六层欧姆接触金属合金结构镍/锗/金/锗/镍/金(Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au)，使它在砷化镓(GaAs)基变结构组分高电子迁移率晶体管(MHEMT)材料结构中既能在较低温度(360-380度)和较短时间(50-80秒)下合金，同时又能得到良好的欧姆接触。
为达到上述目的，本发明提供一种适用于高速砷化镓基器件欧姆接触的金属合金系统，其欧姆接触金属蒸发时采用镍/锗/金/锗/镍/金的六层结构，蒸发顺序依次为镍/锗/金/锗/镍/金，与传统的金/锗/镍或金/锗金属合金结构相比，本欧姆接触系统具有在较低合金温度、较短合金时间下，在重掺杂铟镓砷层与金属层间形成良好的欧姆接触，合金表面形貌光滑平整，图形边缘整齐并且与工艺的兼容性好。
所述的金属合金系统，其所述与重掺杂铟镓砷层接触的六层金属，其最底层金属镍和第二层金属锗的厚度具有一定的变化范围，金属镍厚度变化范围为30～50埃，金属锗厚度变化范围为40～80埃。
所述的金属合金系统，制作工艺步骤如下：步骤1：清洗晶片、涂胶、曝光、显影、坚膜、去残余光刻胶；步骤2：湿法腐蚀台面；步骤3：使用腐蚀液漂洗晶片；蒸发Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au金属；步骤4：去光刻胶剥离得到金属图形，清洗晶片；其步骤5：在高温快速合金炉内，于氮气气氛下合金，温度范围为360-380度，时间为50-80秒。
附图说明
图1为本发明的金属合金系统制作工艺中，晶片涂光刻胶、光刻剖面示意图；
图2为本发明的金属合金系统制作工艺中，依次蒸发Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au金属剖面示意图；
图3为本发明的金属合金系统制作工艺中，剥离金属，合金化金属剖面示意图；
图4为本发明的金属合金系统测试结果曲线图，图4a为测试结果一，图4b为测试结果二；
图5为本发明的金属合金系统的欧姆接触合金后表面形貌照片；
图6为本发明的金属合金系统，用传输线法测试欧姆接触电阻图形示意图；
图7为本发明的金属合金系统，用传输线法计算欧姆接触电阻曲线图。
具体实施方式
本发明的六层金属合金结构与半导体层接触顺序分别为镍/锗/金/锗/镍/金(Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au)，它的厚度相应为40/40/660/80/30/2500埃。本发明六层金属合金结构设计的考虑和优势在于：
1)最底层镍(Ni)金属主要作用在于二方面：一，它在合金期间增进Au-Ge与铟镓砷(InGaAs)层的粘润，防止合金时出现Au-Ge聚球，进而影响合金后表面形貌；二，它能在合金温度下帮助锗(Ge)进入铟镓砷(InGaAs)层中，提高合金层下载流子浓度。
2)第二层锗(Ge)金属作为施主提供层，使合金后在合金层下形成高掺杂层，提高载流子浓度。第四层Ge的作用主要保持NiGeAu系统一定的化学计量比。
3)第三层金(Au)的作用主要帮助Ga原子的逸出，形成AuGa，使Ge原子能够替代Ga原子的穴位，提供高浓度载流子。
4)第五层镍(Ni)的主要作用是在最上面一层金属Au与前面几层之间形成一层阻挡层，防止过多的Au参与合金反应，而导致过多的Ga析出，形成高电阻率层。
5)最上面一层金(Au)的作用主要在于提高合金后薄层电导率，改善合金形貌和良好的外部引线。
在本发明六层金属合金结构中，最底层金属镍(Ni)和第二层金属锗(Ge)的厚度具有一定的变化范围，金属镍(Ni)厚度变化范围为30～50埃，金属锗(Ge)厚度变化范围为40～80埃。
以上六层金属合金结构仍是基于三种金属结构，并没有增加新的金属源，通过精确的计算和实验验证，得到比大多数报道的三层AuGeNi和二层AuGe金属合金结构更低的欧姆接触电阻和良好的合金形貌，同时在较低合金温度和较低合金时间上实现良好欧姆接触。请参见图4、图6、图7。其中，图4a为测试结果一，图4b为测试结果二。
为验证本发明改善金属与半导体层欧姆接触的成效，在砷化镓(GaAs)基In0.52Ga0.48As/In0.53Al0.47As变结构组分高电子迁移率晶体管(MHEMT)材料结构下进行了欧姆接触合金实验验证，测试结果表明与半导体层形成了良好的欧姆接触和合金形貌，如图5所示。
见图1、图2、图3，砷化镓(GaAs)基In0.52Ga0.48As/In0.53Al0.47As变结构组分高电子迁移率晶体管(MHEMT)欧姆接触实验制作工艺步骤如下：
步骤1：清洗晶片、涂胶、曝光(见图1)、显影、坚膜、去残余光刻胶。
步骤2：湿法腐蚀台面。
步骤3：使用腐蚀液漂洗晶片；蒸发镍/锗/金/锗/镍/金(Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au)金属(见图2)。
步骤4：去光刻胶剥离得到金属图形(见图3)，清洗晶片。
步骤5：在高温快速合金炉内合金温度360-380度，时间50-80秒，氮气气氛下合金。
步骤6：对成品进行测试，测试结果(见图4、图5和图6)，观察合金后形貌(见图7)。
砷化镓(GaAs)基In0.52Ga0.48As/In0.53Al0.47As变结构组分高电子迁移率晶体管(MHEMT)材料结构如表1所示。
表1GaAs基In0.52Ga0.48As/In0.53Al0.47As变结构组分高电子迁移率晶体管(MHEMT)材料结构。
机译： 与砷化镓基器件形成多层欧姆接触的方法
机译： 具有非金欧姆接触的基于砷化镓的器件
机译： 包括n型砷化镓衬底的半导体器件及其欧姆接触方法
