专利名称：适用于氮化镓器件的铝/钛/铝/钛/金欧姆接触系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及AlGaN/GaN HEMT器件的欧姆接触技术领域，特别是一种适用于AlGaN/GaN HEMT器件的新型欧姆接触Al/Ti/Al/Ti/Au的合金系统。
背景技术：
当前，GaN器件的研制已经成为化合物器件电路领域的研究热点，欧姆接触是AlGa/GaN器件的关键技术，其原理是在半导体材料表面与金属界面处产生的Ga、Ti和Al的氮化物的三元或四元合金可能是低势垒的接触材料，另外金属和AlGaN间的固态反应也导致了金属/AlGaN界面的重掺杂；同时GaN中N的溢出扩散使界面处起施主作用的N空位增加，更加重了这一区域的电子浓度，因此能形成良好的欧姆接触。
欧姆接触技术是AlGaN/GaN HEMT(HEMT全称是“高电子迁移率晶体管”(high electronic migrate transistor))结构关键技术之一，它直接影响器件和电路的直流特性、高频特性。欧姆接触的金属蒸发在AlGaN上，通过高温合金得到欧姆接触。对于n-AlGaN欧姆接触而言，广泛研究的是Ti/Al或Ti/Al为基础的改进(如Al，Ti/Al，Ti/Au，Ti/Al/Ni/Au和Pd/Al)。
目前欧姆接触的发展进程如下1.Ti/Al(Ti/Al＝0.3合金温度900℃15S 10-4Ωcm2)Ti与N的反应，Al扩散进金/半界面，由于Ti/Al易于氧化，并不实用，并且形貌不好，需要改进。
2.Ti/Al/Au(600/1000/500)外层覆盖Au，阻止Ti、Al的氧化。
3.Ti/Al/Ni/Au(150/2200/400/500)由于温度升高之后Al/Au之间反应，加入Ni(或Pt)，起阻挡层的作用。(900℃30S，电阻率10-8Ωcm2)4.Ti/Al/Ti/Au由于多余的Al可能外溢，将Ni改成Ti，与多余的Al反应，形成Ti-Al合金。
现有技术方法对于不同结构的HEMT材料，往往采用不同的金属组份和合金条件，而且对合金条件的要求非常苛刻。对于AlGaN层掺杂与非掺杂结构，差别很大。合金时间过长过短、温度过高过低都将大大影响欧姆接触的性能。
文献报道基本上都是Ti/Al/Ti/Au Ti/Al/Ni/Au等体系，温度高达800℃-950℃甚至更高，导致工艺难度增加，而且从现有结果来看，合金后形貌往往并不理想，有待改进，这也是GaN器件研制中普遍存在的问题。现有文献认为，对于Ti/Al/Ti/Au结构而言，第一层Ti与AlGaN中的N在高温时发生反应，从而萃取N，这样在AlGaN的表面上形成N空位，相当于重掺杂，而同时TiN是导体，Al起阻挡层的作用，第三层Ti阻止Al、Au之间的反应，以保证形貌。但是，我们通过试验发现，这一理论有待商榷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于AlGaN/GaN HEMT器件的新型欧姆接触Al/Ti/Al/Ti/Au的欧姆接触系统。
本发明是关于一种新结构的欧姆接触技术-五层金属欧姆接触技术，是GaN器件制作中的一项关键技术，本发明是在完成中国科学院重大创新项目微波器件与电路过程中形成的新的技术方法。具体地说本发明属于AlGaN/GaN HEMT器件的欧姆接触技术，是一种新型的多层金属结构的欧姆接触。
本发明所提供了一种新结构的欧姆接触合金，能在的680-760度之间获得理想一致的欧姆接触。并且合金后金属的形貌比较平整，有了更大的工艺选择范围，降低了对工艺设备的要求。
为实现上述目的，本欧姆接触的由Al/Ti/Al/Ti/Au(300/200/900/400/2000)构成，金属采用热蒸发、电子束蒸发都可以，在与AlGaN接触的部分依次是Al/Ti/Al/Ti/Au，为五层结构，区别于传统的四层结构。
技术方案一种欧姆接触合金系统，欧姆接触金属蒸发时采用五层结构的AlTiAlTiAu结构，不同于Al/Pt/Au，也不同于Ti/Al/Ti/Au。Al/Ti/Al/Ti/Au各层的厚度具有一定的变化范围。
与AlGaN接触的金属第一金属层为Al，然后顺次为Al/Ti/Al/Ti/Au，采用这一结构，合金形貌明显改善。
合金温度的范围为660℃-760℃，合金时间在20---60S的范围内。
基于大量的实验事实，我们认为1.第一层Al与AlGaN之间存在合金反应，其机理有待进一步研究，另外Al也阻挡了AlGaN中Ga在高温合金时的外溢。相当于阻挡层Al的下移，保证了合金时的AlGaN晶格结构的稳定。
2.加入Ti后，可以形成更高温度的低势垒TixAl(1-x)合金，避免了Al在高温下的外溢，并形成了低势垒的合金，有利于欧姆接触的形成。
3.由于AlTitiAlTi之间成为双夹层的结构，保证了高温合金时Al能与Ti充分反应，防止上层铝的外溢，获得更为理想的金属形貌。
4.本结构对于掺杂和未掺杂两种结构的AlGaN/GaN HEMT(如
图1示)，都能取得理想的欧姆接触。
欧姆接触系统在680℃--760℃范围内，20-60S范围获得理想的一致的欧姆接触。合金温度、合金时间有较大的的选择范围，降低了工艺难度，提高了工艺的重复性。这些技术方面的优势是现有其它欧姆接触技术所不具备的。
以下结合附图通过对具体实施例的描述，进一步详细说明本发明结构、优点和性能，其中图1是两种不同结构的AlGaN/GaN示意图。
图2是AlGaN/GaN HEMT的一般结构示意图。
图3是涂光刻胶显影的结果图。
图4为蒸发源漏金属后的结果图。
图5为蒸发的金属的顺序和组份图。
图6剥离后所示图。
图7为合金后的结果图。
图8是Ti/Al/Ti/Au不同条件下的欧姆接触测试结果图。
图9是660℃-760℃之间源漏间的I-V特性测试结果图。
图10是在选定的730℃情况下，20-60S范围内可以获得理想的I-V特性图。
图11是传统的Ti/Al/Ti/Au合金后的形貌与发明的Al/Ti/Al/Ti/Au合金后的形貌比较图。
图12是传输线测试的结果图。
具体实施例方式
图1中，本发明结构对于掺杂和未掺杂两种结构的AlGaN/GaN HEMT，都能取得理想的欧姆接触。
图2是AlGaN/GaN HEMT的一般结构示意图，表示欧姆接触要做在图中所示的AlGaN表面。
图3表示涂光刻胶显影的结果。
图4表示蒸发源漏金属后的结果。(蒸发Al/Ti/Al/Ti/Au)图5为蒸发的金属的顺序和组份图，采用五层Al/Ti/Al/Ti/Au金属结构。对于传统的Ti/Al/Ti/Au结构，蒸发的次序是Ti、Al、Ti、Au。
本发明的结构与传统的结构的比较。左面是传统欧姆接触的合金结构，右面是本发明的欧姆接触的合金结构。
图6表示剥离后的结果。
图7表示合金后的结果。
图8是Ti/Al/Ti/Au不同条件下的欧姆接触测试结果，700--800℃，仍有势垒存在。
本发明Al/Ti/Al/Ti/Au的欧姆接触测试结果，730℃。
图9是660℃-760℃之间源漏间的I-V特性测试结果。
图10选定的730℃情况下，2060S范围内可以获得理想的I-V特性。
图11是发明与传统的比较，左面是传统的Ti/Al/ti/Au合金后的形貌，右面是本发明的Al/Ti/Al/Ti/Au合金后的形貌，有明显改善。
图12是传输线测试的结果。
传统结构，合金温度高达780℃甚至800℃，但其合金后的欧姆接触I-V特性并不好，小电压范围内有势垒。并且合金的形貌并不理想。
本发明采用的五层欧姆接触合金，在680℃---770℃范围内有比较一致的欧姆接触特性，在选定730℃合金温度，可以看出20---60秒范围内，可以得到比较一致的I-V特性，其欧姆接触的特性测试已经非常理想。本发明所提出的Al/ti/Al/Ti/Au结构，降低了欧姆接触所需要的合金温度，改善了性能，保证了欧姆接触后的合金形貌。
测试结果测试包括I-V特性曲线测试以，温度—时间特性测试曲线。
1.合金后I-V曲线测试2.660℃--780℃之间的I-V变化曲线从图中可以看出，660℃-760℃之间，I-V曲线比较一致，3.合金后的形貌合金后的金属形貌对于器件的性能有重要影响，本发明的合金形貌较之于传统合金形貌有了很大的改进。
权利要求
1.一种欧姆接触合金系统，其特征在于，欧姆接触金属蒸发时采用五层结构的AlTiAlTiAu结构。
2.根据权利要求1所述的欧姆接触合金系统，其特征在于，与AlGaN接触的金属第一金属层为Al，然后顺次为Al/Ti/Al/Ti/Au。
3.根据权利要求1或2所述的欧姆接触合金系统，其特征在于，合金温度的范围为660℃-760℃，合金时间在20---60S的范围内。
全文摘要
本发明涉及AlGaN/GaN HEMT器件的欧姆接触技术领域，特别是一种适用于AlGaN/GaN HEMT器件的新型欧姆接触Al/Ti/Al/Ti/Au的合金系统。欧姆接触金属蒸发时采用五层结构的AlTiAlTiAu结构。与AlGaN接触的金属第一金属层为Al，然后顺次为次为Al/Ti/Al/Ti/Au。合金温度的范围为660℃－760℃，合金时间在20－60S的范围内。该技术的合金温度、合金时间有较大的选择范围，降低了工艺难度，扩大了工艺宽容度，提高了工艺的重复性。获得比较理想的合金形貌。
文档编号B32B15/01GK1734732SQ2004100580
公开日2006年2月15日 申请日期2004年8月9日 优先权日2004年8月9日
发明者魏珂, 和致经, 刘新宇, 刘健, 吴德馨 申请人:中国科学院微电子研究所