半纵向型欧姆接触电极及其制作方法与流程

本发明属于半导体器件制作领域，尤其涉及一种可用于各种材料和结构类型的半导体器件工艺中的欧姆接触电极和制作方法。

背景技术：

随着近年来半导体产业的蓬勃发展，科研人员对半导体材料的研究日趋完善，半导体器件的应用范围也越来越广泛。在固态照明、功率电子、传感探测等领域中，半导体器件凭借其优秀的材料特性和体积优势处于十分重要的地位。现阶段中，如何使半导体器件的性能参数更加接近材料极限是器件研发者关注的主要问题之一。而伴随着第三代半导体材料研究的不断推进，高功率密度电流传输更是成为时下的重点研究目标。在高精密化标准的挑战下，功率密度问题凸显尤为严重，如何在有限的芯片空间内减小金属-半导体电极电阻，增加电极间电流，减少器件由于功率损耗带来的发热问题成为新时代器件进步的重要标志。

欧姆接触作为金属-半导体电极中重要的组成部分，其特性直接决定了电子器件的电学特性。传统欧姆接触电极制作技术主要采用简单的平面布局(如图1所示)，受到空间因素的制约，其导电能力与平面空间尺寸有关，并且该技术制作的接触阻值也受工艺因素的影响较大。更为重要的是，在高压大功率的工作条件下，电流导通时欧姆接触电极边缘出现电场峰值，工作时间过长或电流过大会导致该处过早发生由电流聚集引起的电流击穿或热击穿，因此严重制约了半导体器件的工作条件，同时缩短了器件的使用寿命。另外，平面结构电极在合金化的过程中易形成不平整的电极表面，金属与半导体粘附性不足，在长时间的应用环境中，电极脱落现象较为普遍，这对器件本身造成不可逆的影响，因此进一步降低器件的工作寿命和可靠性。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出一种半纵向型欧姆接触电极及其制作方法，通过改变电极空间结构，以达到增大导通电流、均匀化电场强度以及增加金属-半导体间粘附力效果的目的。

技术方案如下：

一种半纵向型欧姆接触电极，包括半导体和金属电极，所述金属电极制作在所述半导体上，所述金属电极在纵向剖面上呈台阶型。

进一步的，所述台阶型为单层台阶型或多层台阶型。

进一步的，所述金属电极在横向剖面上呈条形或环形或扇形。

进一步的，台阶的高度为10-500nm。

本发明还包括一种半纵向型欧姆接触电极制作方法，步骤如下：

s1、依次使用丙酮、无水乙醇、去离子水对半导体样品进行超声清洗，将半导体样品表面清洗干净，使用氮气枪将表面吹干，烘干备用；

s2、在步骤s1处理后的样品上使用光刻方法定义出刻蚀所需图形；

s3、使用半导体湿法刻蚀或干法刻蚀方法在半导体样品表面刻蚀出台阶形状，刻蚀后依次用丙酮、酒精、去离子水进行超声清洗；

s4、在步骤s3处理后的样品上使用光刻方法定义出电极沉积所需图形；

s5、使用金属沉积制备欧姆接触电极金属，剥离形成电极图案。

进一步的，步骤s2和步骤s4中所述光刻的方法包含涂胶、匀胶、软烘、曝光、显影和坚膜的步骤。

进一步的，步骤s3中所述刻蚀的方法是感应耦合等离子体刻蚀方法，或者使用反应离子刻蚀的干法刻蚀方法、或者使用酸溶液/碱溶液刻蚀的湿法刻蚀方法。

进一步的，步骤s3中在表面浅刻蚀而形成的台阶高度为10-500nm。

进一步的，步骤s5中所述金属沉积的方法是热蒸发方法、或者电子束蒸发方法、或者磁控溅射方法、或者旋涂法。

进一步的，还包括下述步骤：

s6、根据金属-半导体欧姆接触合金所需的温度、时间、气氛环境，通过激光或热退火的方式使金属电极合金化获得欧姆接触。

本发明的有益效果是：

本发明所述的半纵向型欧姆接触电极及其制作方法增加了金属与半导体之间的有效接触面积，与传统平面欧姆接触结构相比，在相同器件设计体积中，允许导通电流量增大，电极阻值减小；同时，纵向电极部分将对半导体体内电场强度有调制作用，电场强度集中点被分割成两个或多个部分，边缘电场集中效应减弱，有利于器件在大电流、电压条件下工作而不会过早发生电流击穿。另外，本发明所提出的电极结构依附于半导体的横、纵两方向，在电极合金化的过程中，为金属与半导体的粘附力增加带来了可能；使电极的电学特性以及可靠性进一步提高。

附图说明

图1是传统欧姆接触电极结构示意图；

图2是本发明所提出的单层台阶半纵向型欧姆接触电极结构示意图；

图3是本发明所提出的双层台阶半纵向型欧姆接触电极结构示意图；

图4是本发明实施例中实验获得的欧姆接触电极电学特性对比图。

具体实施方式

下面结合附图1-4对半纵向型欧姆接触电极及其制作方法做进一步说明。

实施例1

一种半纵向型欧姆接触电极，包括半导体和金属电极，所述金属电极制作在所述半导体上，所述金属电极在纵向剖面上呈双层台阶型，所述金属电极在横向剖面上呈条形，台阶的高度为10nm。

实施例2

一种半纵向型欧姆接触电极，包括半导体和金属电极，所述金属电极制作在所述半导体上，所述金属电极在纵向剖面上呈单层台阶型，所述金属电极在横向剖面上呈环形，台阶的高度为500nm。

实施例3

一种半纵向型欧姆接触电极制作方法，可应用各类半导体欧姆接触，不区分半导体材料类型和金属材料类型。

步骤如下：

(1)利用丙酮、无水乙醇、去离子水依次超声清洗，将半导体样品表面清洗干净，并使用氮气枪将表面吹干，烘干备用；

(2)在洁净的样品上利用光刻技术定义出刻蚀所需图形；

(3)利用半导体湿法或干法刻蚀技术在表面浅刻蚀出台阶形状，刻蚀后用丙酮、酒精、去离子水依次超声清洗，以去掉表面残留的光刻胶；

(4)在洁净的样品上利用光刻技术光刻出电极沉积所需图形；

(5)使用电子束蒸发、磁控溅射、热蒸发、旋涂法等沉积技术制备欧姆接触电极金属，采用常规剥离技术形成电极图案；

(6)通过激光或热退火的方式使金属电极合金化获得欧姆接触。

在步骤(2)以及步骤(4)中所提及的光刻技术包含一整套的涂胶、匀胶、软烘、曝光、显影以及坚膜等技术。

在步骤(3)中提及的半导体刻蚀技术包含湿法刻蚀和干法刻蚀。较为常用的干法刻蚀有感应耦合等离子体刻蚀(icp)、反应离子刻蚀(rie)等；湿法刻蚀有酸或者碱溶液腐蚀等。刻蚀表面台阶一般为10-500nm，根据不同半导体和金属类型以及具体工艺优化确定。

在步骤(5)中所提及的金属沉积可采用热蒸发、电子束蒸发、磁控溅射、旋涂法等技术方案。

在步骤(6)中退火方式中热退火选用与金属-半导体欧姆接触合金所需的温度、时间、气氛环境等条件参数，激光退火选用相应的功率、脉冲时间等条件参数，某些特定的金属-半导体欧姆接触不需要退火，可省略该步骤。

实施例4

本实例制作的欧姆接触电极为单层半纵向型欧姆接触电极，即图2所示的电极，具体步骤如下：

步骤(1)材料准备

本实例中选用si衬底上的gan材料作为半导体材料，依次使用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗，并使用氮气枪将样品表面吹干；

步骤(2)光刻刻蚀所需要图形

在洁净的gan样品表面，旋涂az5214e光刻胶，采用4000r/min的转速持续旋转30s，并将旋涂好的样品放在100℃热板上，持续加热90s。本实例中利用光源强度为5mw/cm²的karlsussma6光刻曝光机曝光30s，并在显影液中显影45s。最后吹干样品，在100℃热板上坚膜60s；

步骤(3)对样品进行刻蚀形成台阶

利用感应耦合等离子体刻蚀(icp)技术，对样品表面进行刻蚀。选用刻蚀气体及对应流量为cl2-10sccm，bcl3-25sccm，刻蚀时间为2min。后经丙酮、无水乙醇、离子水依次超声清洗去胶，再经台阶仪测试，测得刻蚀深度为300nm；

步骤(4)光刻出金属电极图形

重复步骤(2)中所述的光刻方法，光刻出设计电极所需的图形，本实例中金属电极尺寸为5μm×50μm；

步骤(5)沉积金属电极

利用电子束蒸发技术(eb)沉积ti/al/ni/au四层金属,每层金属对应厚度为20/120/45/55nm，并对沉积金属的样品进行剥离；

步骤(6)金属电极合金化

利用高温快速热退火技术，在温度为850℃、气体环境为氮气的条件下退火30s，使四层金属部分熔合形成合金，进而形成欧姆接触；

步骤(7)电学性能测试

针对制得器件进行电学性能测试，并且与在同一条件下利用普通欧姆接触技术制成的同尺寸电极进行比较，如图4所示，应用本专利所提出的技术制得的欧姆接触电极电流达144ma/mm，利用传统欧姆接触技术所制得的欧姆接触电极电流达67ma/mm，由此可知本专利技术方案得到的电流大小增大近一倍，效果显著。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。