专利名称：一种化合物半导体的金属化结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种化合物半导体的金属化结构。
背景技术：
随着信息技术的不断发展，化合物半导体在微电子学和光电子学领域中发挥的作用越来越巨大。以碲镉汞(HgCdTe)、锑化铟(InSb)、铟镓砷(InGaAs)等化合物半导体为基础材料制备的红外焦平面阵列已成为当今红外探测器发展的主流。此类红外焦平面探测器在目标搜寻、导弹预警探测、情报侦察等领域有着广阔的应用前景。InGaAs, InSb是典型的II1-V族化合物半导体，HgCdTe是典型的I1- VI族化合物半导体。在半导体器件工艺中，每个半导体器件都需要金属化，从而形成金属和半导体的欧姆接触，以实现良好的电特性，用于红外探测器制备的化合物半导体器件也不例外。但是红外探测器会工作在许多恶劣的环境下，比如高压力、高真空等宇航太空环境中，金属化结构可能与化合物半导体分离，导致器件失效。因此，对用于红外探测器的金属化结构提出了更严格的要求，就是既要满足可以形成小的欧姆电阻的电学特性要求，又要满足能与化合物半导体有稳定的力学接触的要求。在夏普公司，专利号86108717中，指出了一种GaAlAs等化合物半导体底板上，先形成钛膜，再形成一层以金为主的合金层。此方法的不足是:钛膜是传统硅工艺常用的金属化打底层材料。钛膜线膨胀系数与硅，锗等单质半导体匹配，但与大多数化合物半导体材料的热膨胀系数不匹配，加之钛为难溶金属，很难和化合物半导体形成合金。虽然此方法在合金化后可以形成了良好的欧姆接触，但是金属化结构与底板之间的附着力不好，可靠性不闻。
发明内容
本发明提供一种化合物半导体的金属化结构，用以解决现有技术中金属化结构与底板之间的附着力不好，可靠性不高的问题。具体地，本发明提供的化合物半导体的金属化结构，包括:化合物半导体衬底，以及自化合物半导体衬底向上依次制备的第一层金属薄膜、第二层金属薄膜、第三层金属薄膜和电极层金属薄膜，形成化合物半导体的金属化层状结构；其中，各层金属薄膜的厚度均小于I Pm，且各层金属薄膜的总厚度小于2pm;且所述第一层金属薄膜的材料为与化合物半导体衬底材料的共晶点在150°C 450°C范围内的金属材料；所述第二层金属薄膜的材料为激活能在150kJ/mol 500kJ/mol范围内的金属材料；所述第三层金属薄膜的材料为与第二层金属薄膜材料和电极层金属薄膜材料在硬度和弹性模量两个力学参数上相匹配的金属材料。可选地，本发明所述化合物半导体的金属化结构中，所述第三层金属薄膜的厚度大于所述第二层金属薄膜和所述电极层金属薄膜的厚度。
可选地，本发明所述化合物半导体的金属化结构中，所述第一层金属薄膜的厚度为200 6000埃；所述第二层金属薄膜的厚度为100 3000埃；所述第三层金属薄膜的厚度为200 6000埃；所述电极层金属薄膜的厚度为100 3000埃。可选地，本发明所述化合物半导体的金属化结构中，所述电极层金属薄膜的材料为电导率大于3.0X IO7S m S且化学性质稳定的金属材料。可选地，本发明所述化合物半导体的金属化结构中，所述第一层金属薄膜的材料为N1、In、Ge、Al或Au ;所述第二层金属薄膜的材料为Au、Pt、Ti或Cr ;所述第三层金属薄膜的材料为Pd或Ni ;所述电极层金属薄膜的材料为Au或Pt。可选地，本发明所述化合物半导体的金属化结构中，所述第一层金属薄膜、第二层金属薄膜、第三层金属薄膜和电极层金属薄膜通过离子束溅射设备制备得到。可选地，本发明所述化合物半导体的金属化结构中，所述离子溅射设备制备各层金属薄膜时在同一真空腔室内、同一真空度下制备。可选地，本发明所述化合物半导体的金属化结构中，通过所述离子束溅射设备溅射各层金属薄膜结束·后，进行真空热处理；其中，真空热处理时，退火温度为250°C 400°C，保温时间30min 2h。本发明有益效果如下:本发明所述技术方案消除了化合物半导体的金属化结构出现膜基分离的现象，实现了化合物半导体金属化结构即具有良好的电学特性，又具有稳定的力学特性，大大提高了化合物半导体器件的可靠性，大大提高了红外探测器的成品率，结构简单，重复性好。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明提供的一种化合物半导体的金属化结构的结构图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。为了解决红外探测器工作在许多恶劣的环境下，金属化结构可能与化合物半导体分离，导致器件失效的问题，本发明提供一种化合物半导体的金属化结构，其通过膜层组分设计、膜层厚度设计，优选地，还通过生长金属薄膜的设备选择及后续热处理设计等多个方面进行技术改进，实现了化合物半导体器件的金属化结构既具备良好电学特性，又具备稳定的力学结合强度。下面就通过几个具体实施例对本发明所述的化合物半导体的金属化结构进行详细说明。实施例一
本发明实施例提供一种化合物半导体的金属化结构，如图1所示，包括:化合物半导体衬底110，以及自化合物半导体衬底110向上依次制备的第一层金属薄膜120、第二层金属薄膜130、第三层金属薄膜140和电极层金属薄膜150，形成化合物半导体的金属化层状结构；其中，各层金属薄膜的厚度均小于I Pm，且各层金属薄膜的总厚度小于2 ym。具体地，第一层金属薄膜120的主要作用就是与化合物半导体衬底形成良好的欧姆接触，因此就需要选择一种易于和化合物半导体形成合金的金属材料，即选择的金属材料与化合物半导体的共晶点低即可满足要求。对此，本发明实施例中，选取第一层金属薄膜的材料为与化合物半导体衬底材料的共晶点在150°C 450°C范围内的金属材料；第二层金属薄膜130的主要作用不是和第一层金属薄膜120形成合金层，而是与第一层金属薄膜120和第三层金属薄膜140形成互扩散，以提高膜层和基底之间的结合强度，就要选择激活能低的金属材料。对此，本发明实施例中，选取第二层金属薄膜的材料为激活能在150kJ/mol至500kJ/mol范围内的金属材料。第三层金属薄膜140的主要作用是防止电极层金属薄膜向第二层金属薄膜扩散，对此，第三层金属薄膜的厚度要比第二层金属膜层和电极层金属膜层厚。此外，第三层金属薄膜的材料选取还要实现与第一、二层金属薄膜与电极层金属薄膜之间在硬度和弹性模量两个力学参数的匹配。第四层金属薄膜150的作用就是实现良好的电连接，所以选择电导率大于
3.0X IO7S nT1,并且化学性质稳定的金属。实施例二本发明实施例提供一种化合物半导体的金属化结构，结构图继续如图1所示，该实施例是从制备工艺、各金属层的 材料及厚度选取的角度，对实施例一所述金属化结构的进一步阐述。本实施例中为了制备出表面形貌平坦的金属化结构，对后续工艺的展开有好处，故选择采用离子束溅射设备制备各金属层。具体地，在制备化合物半导体的金属化结构时，利用离子束溅射设备在化合物半导体衬底上，自下向上依次生长:第一层金属薄膜，最佳厚度200至6000埃,可选材料可以但不限于为N1、In、Ge、Al、Au 等；第二层金属薄膜，最佳厚度100至3000埃,可选材料可以但不限于为Au、Pt、T1、Cr等；第三层金属薄膜，最佳厚度200至6000埃,可选材料可以但不限于为Pd、Ni等；以及，电极层金属薄膜，最佳厚度100至3000埃,可选材料可以但不限于为Au和Pt等。上述第一层金属薄膜、第二层金属薄膜、第三层金属薄膜和电极层金属薄膜均是在同一真空腔室内、同一真空度下离子束溅射制得。在各金属层溅射制备结束后，优选地，进行真空热处理操作。在进行真空热处理操作时，考虑到第一层金属薄膜与化合物半导体衬底的共晶点低，且又要防止电极层金属薄膜在其他金属膜层中过扩散影响电学特性，因此真空热处理时，退火温度不易过高，退火温度不易过长，本实施例给出最佳退火温度为250°C至400°C，最佳保温时间30分钟至2小时。综上所述，本发明实施例所述的化合物半导体的金属化结构，消除了膜基分离的现象，实现了化合物半导体金属化结构即具有良好的电学特性，又具有稳定的力学特性，大大提高了化合物半导体器件的可靠性，大大提高了红外探测器的成品率，结构简单，重复性好。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含 这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种化合物半导体的金属化结构，其特征在于，包括:化合物半导体衬底，以及自化合物半导体衬底向上依次制备的第一层金属薄膜、第二层金属薄膜、第三层金属薄膜和电极层金属薄膜，形成化合物半导体的金属化层状结构； 其中，各层金属薄膜的厚度均小于I U m,且各层金属薄膜的总厚度小于2 u m ;所述第一层金属薄膜的材料为与化合物半导体衬底材料的共晶点在150°C 450°C范围内的金属材料；所述第二层金属薄膜的材料为激活能在150kJ/mol 500kJ/mol范围内的金属材料；所述第三层金属薄膜的材料为与第二层金属薄膜材料和电极层金属薄膜材料在硬度和弹性模量两个力学参数上相匹配的金属材料。
2.如权利要求1所述的化合物半导体的金属化结构，其特征在于，所述第三层金属薄膜的厚度大于所述第二层金属薄膜和所述电极层金属薄膜的厚度。
3.如权利要求2所述的化合物半导体的金属化结构，其特征在于，所述第一层金属薄膜的厚度为200 6000埃；所述第二层金属薄膜的厚度为100 3000埃；所述第三层金属薄膜的厚度为200 6000埃；所述电极层金属薄膜的厚度为100 3000埃。
4.如权利要求1所述的化合物半导体的金属化结构，其特征在于，所述电极层金属薄膜的材料为电导率大于3.0X IO7S nT1，且化学性质稳定的金属材料。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的化合物半导体的金属化结构，其特征在于，所述第一层金属薄膜的材料为N1、In、Ge、Al或Au ;所述第二层金属薄膜的材料为Au、Pt、Ti或Cr ;所述第三层金属薄膜的材料为Pd或Ni ;所述电极层金属薄膜的材料为Au或Pt。
6.如权利要求1所述的化合物半导体的金属化结构，其特征在于，所述第一层金属薄膜、第二层金属薄膜、第三层金属薄膜和电极层金属薄膜通过离子束溅射设备制备得到。
7.如权利要求6所述的在化合物半导体的金属化结构，其特征在于，所述离子溅射设备制备各层金属薄膜时在同一真空腔室内、同一真空度下制备。
8.如权利要求6或7所述的化合物半导体的金属化结构，其特征在于，通过所述离子束溅射设备溅射各层金属薄膜结束后，进行真空热处理；其中，真空热处理时，退火温度为250°C 400°C，保温时间 30min 2h。
全文摘要
本发明公开了一种化合物半导体的金属化结构，包括化合物半导体衬底，以及自衬底向上依次制备的第一层金属薄膜、第二层金属薄膜、第三层金属薄膜和电极层金属薄膜，形成金属化层状结构；其中，各层金属薄膜的厚度均小于1μm，且各层金属薄膜的总厚度小于2μm；第一层金属薄膜的材料为与化合物半导体衬底材料的共晶点在150～450℃范围内的金属材料；第二层金属薄膜的材料为激活能在150～500kJ/mol范围内的金属材料；第三层金属薄膜的材料为与第二层金属薄膜材料和电极层金属薄膜材料在硬度和弹性模量两个力学参数上相匹配的金属材料。本发明实现了化合物半导体器件的金属化结构既具备良好电学特性，又具备稳定的力学结合强度。
文档编号H01L31/0224GK103227214SQ20131013095
公开日2013年7月31日 申请日期2013年4月16日 优先权日2013年4月16日
发明者史梦然, 赵建忠, 曹雪峰, 孙浩 申请人:中国电子科技集团公司第十一研究所