半导体器件的金属电极及其制造方法、以及其应用与流程

本发明涉及半导体器件
技术领域：
，特别涉及一种半导体器件的金属电极及其制造方法、以及其应用。
背景技术：
：在半导体器件的制备工艺中，金属电极是连接内部器件和外部电路的重要组成部分，用于和封装端口进行金属互联形成导电通路。半导体工艺中最常用的金属电极材料是铝，铝作为金属电极材料，能与衬底形成良好的欧姆接触，且制造成本低，可与封装工艺兼容，但是铝不耐腐蚀，这会限制最终制得的半导体器件的应用场景。技术实现要素：本发明的主要目的是提出一种半导体器件的金属电极及其制造方法、以及其应用，旨在解决现有金属电极不耐腐蚀的问题。为实现上述目的，本发明提出的一种半导体器件的金属电极的制造方法，包括以下步骤：形成锗金层；在所述锗金层上形成第一粘结金属层；在所述第一粘结金属层上形成金层；在所述金层上形成第二粘结金属层，即可完成半导体器件的金属电极的制备。可选地，采用蒸镀工艺形成所述锗金层；和/或，采用蒸镀工艺形成所述第一粘结金属层；和/或，采用蒸镀工艺形成所述金层；和/或，采用蒸镀工艺形成所述第二粘结金属层。可选地，所述在所述金层上形成第二粘结金属层，即可完成半导体器件的金属电极的制备的步骤，包括：在所述金层上形成第二粘结金属层，得到复合层体；将所述复合层体加热至150～500℃，然后冷却，即可完成半导体器件的金属电极的制备。可选地，所述锗金层的厚度为60～80nm。可选地，所述第一粘结金属层的厚度为10～20nm。可选地，所述金层的厚度为70～90nm。可选地，所述第二粘结金属层的厚度为0.005～0.01nm。可选地，所述第一粘结金属层为镍层或钛层；和/或，所述第二粘结金属层为镍层或钛层。本发明还提出一种半导体器件的金属电极，所述金属电极为如上所述的半导体器件的金属电极的制造方法制得。进一步地，本发明还提出一种半导体器件，所述半导体器件包括金属电极，所述金属电极为如上所述的金属电极。本发明的技术方案中，依次形成了锗金层、第一粘结金属层、金层和第二粘结金属层，从而完成了半导体器件的金属电极的制备。其中，锗金层的粘附性好，能和外延片中的衬底形成良好的欧姆接触；第一粘结金属层作为粘合剂，用于增加锗金和金的粘合度，且其为金属材料，导电性好；金的导电性优异，可用于传输电子，从而提高了制得的金属电极的导电性能；最后的第二粘结金属层也用作粘合剂，将金和后续的金属连接，能减少接触电阻，其也为金属材料，导电性好；此外，金和锗金耐腐蚀；如此，本发明提供的制造方法制得的金属电极导电性好，且不易腐蚀，从而拓宽了最终制得的半导体器件的应用场景。附图说明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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本发明提供的半导体器件的金属电极的一实施例的结构示意图。附图标号说明：标号名称标号名称100金属电极30金层10锗金层40第二粘结金属层20第一粘结金属层本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施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的一部分实施例，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作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。需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。在半导体器件的制备工艺中，金属电极是连接内部器件和外部电路的重要组成部分，用于和封装端口进行金属互联形成导电通路。半导体工艺中最常用的金属电极材料是铝，铝作为金属电极材料，能与衬底形成良好的欧姆接触，且制造成本低，可与封装工艺兼容，但是铝不耐腐蚀，这会限制其制得的半导体器件的应用场景。鉴于此，本发明提出一种半导体器件的金属电极的制造方法，旨在制备得到耐腐蚀且导电性能优异的金属电极。其中，所述制造方法包括以下步骤：步骤s10、形成锗金层。在半导体器件的制备过程中，金属电极设于外延片之上。因此，所述锗金层设于外延片之上。本发明不限制所述锗金层的形成方式，可以采用蒸镀工艺，也可以采用溅射工艺。在本实施例中，优选为蒸镀工艺。此外，为了使锗金层与衬底的粘合紧密，不易脱落，在本实施例中，所述锗金层的厚度为60～80nm，也即优选为750埃。可以理解的是，锗金即金锗合金(auge)。此外，所述外延片由衬底和设于衬底上的外延层组成，在本实施例中，所述外延片包括但不限于硅片、氮化镓衬底的外延片、碳化硅衬底的外延片。步骤s20、在所述锗金层上形成第一粘结金属层。本发明不限制所述第一粘结金属层20的形成方式，可以采用蒸镀工艺，也可以采用溅射工艺。在本实施例中，优选为蒸镀工艺。进一步地，为了使第一粘结金属层与锗金层和金层的粘合效果好，且保证其导电性，在本实施例中，所述第一粘结金属层的厚度为10～20nm，也即100～200埃，优选为150埃。本发明不限制第一粘结金属层的具体材质，只要其可以作为粘合剂，粘合锗金和金，且为金属材质即可。可以理解的是，所述第一粘结金属优选为导电性较好，且耐腐蚀的金属。在本实施例中，所述第一粘结金属层为镍层或钛层。由于镍和钛中，镍与锗金和金的粘结性更好，进一步地，所述第一粘结金属层为镍层。步骤s30、在所述第一粘结金属层上形成金层。本发明不限制所述金膜的形成方式，可以采用蒸镀工艺，也可以采用溅射工艺。在本实施例中，优选为蒸镀工艺。进一步地，在本实施例中，所述金层的厚度为70～90nm，即700～900埃，如此，金层的导电性好，且粘附性好，不易脱落。优选为800埃。步骤s40、在所述金层上形成第二粘结金属层，即可完成半导体器件的金属电极的制备。本发明不限制所述第二粘结金属层的形成方式，可以采用蒸镀工艺，也可以采用溅射工艺。在本实施例中，优选为蒸镀工艺。此外，在本实施例中，所述第二粘结金属层的厚度为0.005～0.01nm，即0.05～0.1埃，如此，可较好的防止水汽等物质对金属电极的腐蚀，且粘附性好，不易脱落。进一步地，优选为0.09埃。所述金属电极制备完成后，还需要连接后续的金属，后续的金属作为引线，将金属电极与外部电路连通，因此，第二粘结金属层用以粘结金和后续的金属。可以理解的是，所述第二粘结金属优选为导电性较好，且耐腐蚀的金属。在本实施例中，所述第二粘结金属层为镍层或钛层。所述第二粘结金属层可作为保护层，保护金属电极的其余金属层不受水汽等的侵入，由于钛的致密性更好，因此，所述第二粘结金属层更优选为钛层。如此，本发明提供的金属电极不需要氧化物层作为保护层，工艺简单，降低了成本。需要说明的是，本发明不限制制得的所述锗金层、第一粘结金属层、金层和第二粘结金属层的工艺之间的相互关系，几者可以一样，也可以不同。也即，可以都采用蒸镀工艺，也可以都采用溅射工艺，还可以部分为蒸镀工艺、部分为溅射工艺。为了操作简单，且形成的金属层的粘结紧密，在本实施例中，所述锗金层、第一粘结金属层、金层和第二粘结金属层均采用蒸镀工艺形成。蒸镀，即在真空环境中，将材料加热并镀到基片上。蒸镀是将待成膜的物质置于真空中进行蒸发或升华，使之在工件或基片表面析出的过程。在一优选实施例中，蒸镀工艺所采用的设备为ulvacevaporationsystem(爱发科蒸发系统)，蒸镀温度为50～200℃，真空中的初始压力为8×10-7mm/hg，制得的金属电极100的总厚度为1600～1900埃，欧姆接触电阻为0.30～0.50ohm/sq。在一实施例中，步骤s40包括以下步骤：步骤s41、在所述金膜上形成第二粘结金属层，得到复合层体；步骤s42、将所述复合层体加热至150～500℃，然后冷却，即可完成半导体器件的金属电极的制备。具体地，将所述复合层体加热至150～500℃，并保持100～150s，同时通入10～20％的h2和n2的混合气体，然后快速冷却。如此，在复合层体蒸镀完毕后，通过快速热退火，能够减少金属与衬底的接触电阻，从而提高金属电极的导电性，进而提升最终制得的半导体器件的导电性能；通过h2和n2的保护，防止金属电极的金属被氧化。本发明对所述复合层体的加热温度不做具体限制，当衬底材料不同、或快速退火设备不同，其具体的加热温度也就不同。例如，当衬底为砷化镓(gaas)时，在砷化镓上蒸镀上述多层金属层后，需要将复合层体在360℃下，同时通入h2和n2，然后进行冷却。本发明的技术方案中，依次在外延片上形成了锗金层、第一粘结金属层、金层和第二粘结金属层，从而完成了半导体器件的金属电极的制备。其中，锗金层的粘附性好，能和外延片中的衬底形成良好的欧姆接触；第一粘结金属层作为粘合剂，用于增加锗金和金的粘合度，且其为金属材料，导电性好；金的导电性优异，可用于传输电子，从而提高了制得的金属电极的导电性能；最后的第二粘结金属层也用作粘合剂，将金和后续的金属连接，能减少接触电阻，其也为金属材料，导电性好；此外，金和锗金耐腐蚀；如此，本发明提供的制造方法制得的金属电极导电性好，且不易腐蚀，从而拓宽了最终制得的半导体器件的应用场景。本发明还提出一种半导体器件的金属电极，所述金属电极由如上所述的半导体器件的金属电极的制造方法制得。请结合图1，所述金属电极100包括依次层叠设于所述外延片上的锗金层10、第一粘结金属层20、金层30和第二粘结金属层40。如此，通过采用多层耐腐蚀的金属代替铝作为金属电极，使制得的金属电极不易腐蚀且导电性好，从而拓宽了半导体器件的应用场景；通过对多层金属层的具体材质和厚度的设计，使制得的金属电极粘合紧密，不易脱落，提高了其使用寿命。此外，本发明还提出一种半导体器件，所述半导体器件包括金属电极100，所述金属电极为如上所述的金属电极100。其中，所述半导体器件为晶体二极管、双极型晶体管、场效应晶体管以及任何使用上述金属电极制得的半导体器件。所述金属电极的具体组成参照上述实施例，由于本发明半导体器件采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。以下结合具体实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。实施例1(1)采用蒸镀工艺在外延片上形成厚度为75nm的锗金层。(2)采用蒸镀工艺在锗金层上形成厚度为15nm的镍层。(3)采用蒸镀工艺在镍层上形成厚度为80nm的金层。(4)采用蒸镀工艺在金层上形成厚度为0.009nm的钛层，得到复合层体。(5)将复合层体加热至150～500℃，保持100s，同时通入氮气和氢气的混合气体，然后冷却，即可完成半导体器件的金属电极的制备。实施例2(1)采用溅射工艺在外延片上形成厚度为60nm的锗金层。(2)采用溅射工艺在锗金层上形成厚度为20nm的镍层。(3)采用溅射工艺在镍层上形成厚度为70nm的金层。(4)采用溅射工艺在金层上形成厚度为0.01nm的镍层，得到复合层体。(5)将复合层体加热至150～500℃，保持150s，同时通入氮气和氢气的混合气体，然后冷却，即可完成半导体器件的金属电极的制备。实施例3(1)采用蒸镀工艺在外延片上形成厚度为80nm的锗金层。(2)采用蒸镀工艺在锗金层上形成厚度为10nm的钛层。(3)采用蒸镀工艺在镍层上形成厚度为90nm的金层。(4)采用蒸镀工艺在金层上形成厚度为0.01nm的钛层，得到复合层体。(5)将复合层体加热至150～500℃，保持120s，同时通入氮气和氢气的混合气体，然后冷却，即可完成半导体器件的金属电极的制备。实施例4(1)采用蒸镀工艺在外延片上形成厚度为70nm的锗金层。(2)采用蒸镀工艺在锗金层上形成厚度为15nm的镍层。(3)采用蒸镀工艺在镍层上形成厚度为90nm的金层。(4)采用蒸镀工艺在金层上形成厚度为0.01nm的钛层，得到复合层体。(5)将复合层体加热至150～500℃，保持120s，同时通入氮气和氢气的混合气体，然后冷却，即可完成半导体器件的金属电极的制备。以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的
技术领域：
均包括在本发明的专利保护范围内。当前第1页12