用于同氮化物形成欧姆接触的金属叠层及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体材料领域，尤其涉及一种用于同氮化物形成欧姆接触的金属叠层及其制作方法。
【背景技术】
[0002]氮化镓(GaN)基电子器件有广阔的应用潜力和市场前景，如GaN基高电子迀移率晶体管(HEMT)具有的大电流、高功率及良好的频率特性，决定了其在军用和民用微波领域有广泛的应用前景。氮化镓基电子器件的大功率和高效率将很大程度上减小器件的体积，并降低系统设计难度，高电压工作特性使得系统元件数量减少。
[0003]欧姆接触是氮化镓基电子器件的关键技术。它直接影响器件和电路的直流特性和高频特性。由于氮化铝镓/氮化镓(AlGaN/GaN)的带隙较宽，实现低阻欧接触比较困难。目前，欧姆接触实现的基本原理为:采用多层金属使半导体材料的表面与金属界面处产生低势皇多元合金，或者通过金属和AlGaN或GaN间的固态反应使界面处起施主作用的N空位增加，产生高的掺杂电子浓度，形成良好欧姆接触。
[0004]目前，用于氮化镓基电子器件欧姆接触的有Ti/Al、Ti/Al/Au、Ti/Al/Ni/Au、Ti/Al/Ti/Au等多层金属体系。这些欧姆接触系统需淀积金属后需再经过高温合金实现欧姆接触，由于Al是活波性强的金属，易引起器件的不稳定。同时金是贵金属，成本较高。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是，提供一种低成本高稳定性的用于同氮化物形成欧姆接触的金属叠层以及制作方法。
[0006]为了解决上述问题，本发明提供了一种用于同氮化物形成欧姆接触的金属叠层，包括直接同氮化物接触的Ti金属层，贴合Ti金属层的Hf金属层，以及贴合Hf金属层的Cu
金属层。
[0007]可选的，所述Ti金属层的厚度为lnm-10nm。
[0008]可选的，所述Hf金属层的厚度为10nm-1000nm。
[0009]可选的，所述Cu金属层的厚度为10nm-1000nm。
[0010]本发明进一步提供了一种制作用于同氮化物形成欧姆接触的金属叠层的方法，包括如下步骤:提供一氮化物层；在所述氮化物层表面依次生长Ti金属层、Hf金属层、以及Cu金属层，形成金属叠层；将所述金属叠层置于温度范围为450°C -980°C的范围内的非氧化气氛中退火，退火时间为20秒-600秒。
[0011]可选的，所述退火的保护气体选自于氮气和惰性气体中的一种或多种的组合。
[0012]本发明的优点在于，Ti和Hf是热稳定性良好的难熔金属。其在高温时与包括AlGaN和GaN在内的氮化物发生固相反应，从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，相当于为氮化物引入了重掺杂。而且TiN和HfN是导体，且能起阻挡层的作用。铜可获得理想的金属表面接触，且散热及导电特性、成本等方面具备较强的优势。因此上述金属叠层在欧姆接触特性和合金表面形貌特征有明显的改善，可显著降低器件制造成本，提尚器件的可靠性。
【附图说明】
[0013]附图1所示是用于同氮化物形成欧姆接触的金属叠层的【具体实施方式】的金属叠层结构示意图。
[0014]附图2所示是制作用于同氮化物形成欧姆接触的金属叠层的方法【具体实施方式】的步骤不意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本发明提供的用于同氮化物形成欧姆接触的金属叠层及其制作方法的【具体实施方式】做详细说明。
[0016]首先给出本发明所述用于同氮化物形成欧姆接触的金属叠层的【具体实施方式】。附图1所示是用于同氮化物形成欧姆接触的金属叠层的【具体实施方式】的金属叠层结构示意图。包括直接同氮化物10接触的Ti金属层11，贴合Ti金属层11的Hf金属层12，以及贴合Hf金属层12的Cu金属层13。Ti和Hf是热稳定性良好的难熔金属。其在高温时与包括AlGaN和GaN在内的氮化物发生固相反应，从而萃取氮化物10中的氮元素，在氮化物10表面形成了氮的空位，相当于为氮化物10引入了重掺杂，提高了界面导电能力，从而降低接触电阻。而且TiN和HfN是导体，且能起阻挡层的作用。铜可获得理想的金属表面接触，且散热及导电特性、成本等方面具备较强的优势。因此上述金属叠层在欧姆接触特性和合金表面形貌特征有明显的改善，可显著降低器件制造成本，提高器件的可靠性。
[0017]为了保证最优的萃取效果，在本【具体实施方式】中，所述Ti金属层的厚度为Inm-lOnm，所述Hf金属层的厚度为10nm-1000nm。为了获得理想的散热性能，在本【具体实施方式】中，所述Cu金属层的厚度为10nm-1000nm。
[0018]附图2所示是制作用于同氮化物形成欧姆接触的金属叠层的方法【具体实施方式】的步骤示意图，包括:步骤SI，提供一氮化物层；步骤S2，在所述氮化物层表面依次生长Ti金属层、Hf金属层、以及Cu金属层，形成金属叠层；步骤S3，将所述金属叠层置于温度范围为450°C -980°C的范围内的非氧化气氛中退火，退火时间为20秒-600秒。以上步骤实施完毕后的结构请参考附图1。由于步骤实施简单，后续不再给出每一步骤的实施示意图。
[0019]步骤SI，提供一氮化物层。所述氮化物可以是包括AlGaN和GaN在内的任意一种常见的氮化物材料。所述氮化物层表面还可以是进一步具有器件结构的，例如可以经ICP干法刻蚀形成HEMT器件的台面。
[0020]步骤S2，在所述氮化物层表面依次生长Ti金属层、Hf金属层、以及Cu金属层，形成金属叠层。可以采用包括真空电子束溅射方法在内的任意一种常见方法形成金属叠层。
[0021]在上述步骤实施完毕后，还可以通过刻蚀在金属叠层中形成预定的图形，例如形成HEMT的源漏区电极图形。
[0022]步骤S3，将所述金属叠层置于温度范围为450°C _980°C的范围内的非氧化气氛中退火，退火时间为20秒-600秒。所述非氧化气氛例如可以是选自于氮气和惰性气体中的一种或多种的组合。
[0023]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种用于同氮化物形成欧姆接触的金属叠层，其特征在于，包括直接同氮化物接触的Ti金属层，贴合Ti金属层的Hf金属层，以及贴合Hf金属层的Cu金属层。2.根据权利要求1所述的用于同氮化物形成欧姆接触的金属叠层，其特征在于，所述Ti金属层的厚度为Inm-1Onm03.根据权利要求1所述的用于同氮化物形成欧姆接触的金属叠层，其特征在于，所述Hf金属层的厚度为1nm-1OOOnm04.根据权利要求1所述的用于同氮化物形成欧姆接触的金属叠层，其特征在于，所述Cu金属层的厚度为lOnm-lOOOnm。5.一种制作用于同氮化物形成欧姆接触的金属叠层的方法，其特征在于，包括如下步骤: 提供一氮化物层； 在所述氮化物层表面依次生长Ti金属层、Hf金属层、以及Cu金属层，形成金属叠层；将所述金属叠层置于温度范围为450°C -980°C的范围内的非氧化气氛中退火，退火时间为20秒-600秒。6.根据权利要求5所述的制作用于同氮化物形成欧姆接触的金属叠层的方法，其特征在于，所述退火的保护气体选自于氮气和惰性气体中的一种或多种的组合。
【专利摘要】本发明提供了一种用于同氮化物形成欧姆接触的金属叠层及其制作方法。所述金属叠层包括直接同氮化物接触的Ti金属层，贴合Ti金属层的Hf金属层，以及贴合Hf金属层的Cu金属层。本发明的优点在于，Ti和Hf是热稳定性良好的难熔金属。其在高温时与包括AlGaN和GaN在内的氮化物发生固相反应，从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，相当于为氮化物引入了重掺杂。而且TiN和HfN是导体，且能起阻挡层的作用。铜可获得理想的金属表面接触，且散热及导电特性、成本等方面具备较强的优势。因此上述金属叠层在欧姆接触特性和合金表面形貌特征有明显的改善，可显著降低器件制造成本，提高器件的可靠性。
【IPC分类】H01L21/28, H01L29/45, H01L29/778
【公开号】CN105047699
【申请号】CN201510315524
【发明人】闫发旺, 张峰, 王文宇
【申请人】上海新傲科技股份有限公司
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年6月10日