专利名称：：氮化镓基器件的欧姆接触及其制备方法
技术领域：
：本发明是关于半导体
技术领域：
中的氮化镓基器件，具体涉及一种氮化镓基器件的欧姆接触及其制备方法。
背景技术：
：以AlGaN/GaN为材料基础的器件统称为氮化镓基器件，例如AlGaN/GaN异质结场效应管(heterostructurefieldeffecttransistors,HFET)，异质结双极晶体管(heterostructurebipolartransistor,HBT)等。氮化镓基器件具有工作温度高、击穿场强大、截止频率高、功率密度大等优点，是未来微波大功率领域的首选，更成为近十多年来微波功率器件领域的研究重点。不同于传统的Si器件，GaN系统，氮化镓基器件不能通过对半导体材料进行重掺杂来形成欧姆接触，具体过程为首先在半导体的表面通过磁控溅射或者电子束蒸发淀积需要的金属，然后对它们进行快速热退火(温度集中于750°C900°C，时间为30S60S)，之后才能形成合乎要求的欧姆接触。因此，在氮化镓基器件的构成中，欧姆接触会影响器件的膝电压、总跨导，以至总输出功率，以及欧姆接触的形貌进一步还会影响器件的后续光刻工艺、器件的微波噪声特性，故氮化镓基器件欧姆接触的可靠性直接决定了器件的可靠性。目前，现已报道的氮化镓基器件的欧姆接触包括1、最早期的研究是利用Ti/Al或A1/Ti这样的双层结构——先在半导体表面淀积金属，然后在氮气气氛下快速热退火。这种技术并不能获得较小的比接触电阻率，因为金属容易氧化。2、技术逐步发展，出现Ti/Al/Au三层结构，最表层的Au用于保护欧姆金属不受氧化。但并没有取得理想的比接触电阻率(1E-6Q.cm2)。3、随后，氮化镓基器件欧姆接触技术多采用四层金属结构Ti/Al/Ni(Pt、Mo、Ti、Ir等)/Au。其中以Ti/Al/Ni/Au和Ti/Al/Mo/Au为最广泛。该欧姆接触制备机理为和AlGaN/GaN异质结构最接近的Ti，在快速热退火的过程中，和AlGaN/GaN发生反应，从GaN体系中夺取N元素，反应生成TiN并在GaN体系中造成N空位。TiN是一种低功函数(3.7ev)的物质，有利于形成好的欧姆金属；而N空位是GaN体系中的n型掺杂，也有利形成好的欧姆金属。为了辅助Ti和GaN系统的反应，在Ti上覆盖A1，为了保护Ti，Al两种易氧化的金属不被氧化，需要在最上面覆盖足够厚度的Au，为了阻挡Au的下沉，需要在Au和Al之间加一层阻挡层金属，如Ni、Pt、Mo、Ti、Ir等，构成Ti/Al/Ni/Au体系的欧姆接触。目前，研究者的精力多集中在寻找最优的Ti/Al比例和最优的退火条件上。但在实际结果中，发现上述Ti/Al/Ni/Au体系的欧姆接触中的Al的作用不仅如上述所言，其作用还需要进一步研究；而做为阻挡层金属的Ni，也并不能完全阻挡金属间的互扩散，这些金属具体所起的作用还要进一步研究。这是因为，在快速热退火的过程中，Ti和A1在250'C时首先反应生成TiAl3这种热稳定性好的物质，它的量多少决定了剩余的能和GaN体系反应的Ti-Al(合金或单纯两种金属)的量，决定了欧姆接触的优劣。因此，AlGaN/GaNHFET等氮化镓基器件的欧姆接触极大地吸引了研究者的注意力。
发明内容本发明的目的在于提供了一种氮化镓基器件的欧姆接触及其制备方法，该欧姆接触的电学性能和热稳定性好，其表面的突起尺寸变小，平整度高。本发明的技术方案是一种氮化镓基器件的欧姆接触，由钛金属层、铝金属层、阻挡金属层和金金属层组成，其中，与氮化镓基器件欧姆接触的是钛金属层，钛金属层上覆盖铝金属层，在钛金属层和铝金属层上依次覆盖阻挡金属层和金金属层，其特征在于，上述钛金属层和铝金属层重叠排列210个周期。所述钛金属层总厚度为2050nm。所述钛金属层和铝金属层的厚度比为1:21:12。所述阻挡金属层采用镍、铂、钼、钛和铱中的一种。一种氮化镓基器件的欧姆接触的制备方法，其步骤包括1)在氮化镓基器件的表面分别淀积如权利要求1所述的钛金属层、铝金属层、阻挡金属层和金金属层；2)对上述金属层进行快速热退火，形成欧姆接触。步骤l)中采用磁控溅射或电子束蒸发技术淀积金属层。步骤l)之后，将已淀积金属层的氮化镓基器件在丙酮中超声，形成欧姆图形。步骤2)中采用二次退火方式，即第一次退火的温度范围为80090(TC，时间为2045秒；第二次退火的温度范围为400600°C，时间为60180秒。与现有技术相比，本发明的有益效果是本发明采用了基于多层Ti/Al结构的欧姆接触，其在保持Ti和Al的总厚度及比例不变的情况下，将Ti/Al分拆成几份，然后再覆盖Ni/Au结构。它很好地解决了传统四层结构欧姆接触中存在的问题。理由如下1、增加了Ti/Al的接触界面，使它们反应更均匀，且形成分布更广的TiAl,，从而提高了欧姆接触热稳定性。同时，多层结构充分固定了Al的侧流。2、减小了最接近GaN体系的Ti/Al的绝对厚度，使反应的剧烈程度减轻，提高了热稳定性。相比于传统欧姆接触结构，本发明基于多层Ti/Al结构的欧姆接触能够兼顾低比欧姆接触率(单位接触面积能获得的接触电阻，比接触电阻率越低，总欧姆电阻越小)、好的表面形貌和高可靠性指标，提高欧姆接触的综合性能，进一步提高氮化镓HFET器件的实用化，对于实现高性能、高可靠性的氮化镓基器件具有重要意义。图l为常规结构Ti/Al/Ni/Au欧姆接触结构示意图；其中，l一金金属层；2—阻挡金属层；3—铝金属层；4—钛金属层；5—氮化镓基器件。图2为本发明欧姆接触结构示意图；其中，1—金金属层；2—阻挡金属层；3—铝金属层；4一钛金属层；5—氮化镓基器件。图3为本发明与传统结构欧姆接触的形貌比较图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述以AlGaN/GaNHFET器件为例，具体技术方案如下(1)光刻器件欧姆金属结构版(2)金属层结构的淀积，采用磁控溅射依次淀积Ti5nm，Al30nm，Ti5nm，Al30皿，Ti5nm，Al30nm，Ti5nm，Al30nm,Ni50nm，Au200nm。(3)剥离将已淀积金属的器件样片在丙酮中超声，形成欧姆图形。(4)快速热退火将器件样片清洗好然后放入快速退火炉，采用两次退火方案第一次退火的温度范围为800900°C,时间为30S;第二次退火的温度范围为40060(TC，时间为120S。本实施例的欧姆接触与传统结构欧姆接触的电阻率比较:<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>本实施例欧姆接触与传统欧姆接触的形貌比较在图3中，(a)(b)为传统结构欧姆接触的表面形貌，可见其形貌较差，且在高倍下，可见在表面突起上有裂缝，这将大大影响器件的高频特性；在图3中，(c)(d)为本发明欧姆接触的表面形貌。可见表面的突起大大减小(可由照片中比例尺量得出)，而且在高倍下可见突起上没有裂缝，这会大大提高器件的高频特性。本实施例欧姆接触与传统欧姆接触的高温热稳定性比较通过实验发现，本发明的欧姆接触在40(TC高温下可老化8小时而使比接触电阻率变化很小；而传统结构欧姆接触经过2小时已经严重退化。上述实施例所涉及的器件不局限于本例说明，不但可以是AlGaN/GaNHFET器件，还可以是AlGaN/GaNHBT，GaN基LED、激光器，GaN基紫外光探测器等氮化镓基器件。本发明中，上述实施例提供了一种优化了氮化镓基器件欧姆接触结构和制备方案，本发明不仅局限于此实施例，可以根据实际需要和设计要求做出相应的修改，例如实施例中提供了钛金属层和铝金属层的排列周期是4，但相应的钛金属层和铝金属层的排列可以是2—10周期。所述钛金属层总厚度为2050nm，所述钛金属层和铝金属层的厚度比为1:21:12。且阻挡金属层可以是镍、铂、钼、钛和铱中的任意一种。另外，实施例中提供了磁控溅射淀积金属层的方法，但相应的结构也可通过电子束蒸发技术实现。此外，二次退火方案的第一次退火温度范围为800900°C，时间为2045S;第二次退火温度范围为400600°C，时间为60180秒。以上通过详细实施例描述了本发明氮化镓基器件的欧姆接触，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明实质的范围内，可以对本发明做一定的变形或修改；其制备方法也不限于实施例中所公开的内容。权利要求1.一种氮化镓基器件的欧姆接触，由钛金属层、铝金属层、阻挡金属层和金金属层组成，其中，与氮化镓基器件欧姆接触的是钛金属层，钛金属层上覆盖铝金属层，在钛金属层和铝金属层上依次覆盖阻挡金属层和金金属层，其特征在于，上述钛金属层和铝金属层重叠排列2～10周期。2、如权利要求1所述的氮化镓基器件的欧姆接触，其特征在于，所述钛金属层总厚度为2050咖。3、如权利要求1或2所述的氮化镓基器件的欧姆接触，其特征在于，所述钛金属层和铝金属层的厚度比为1:21:12。4、如权利要求1所述的氮化镓基器件的欧姆接触，其特征在于，所述阻挡金属层采用镍、铂、钼、钕和铱中的一种。5、一种氮化镓基器件的欧姆接触的制备方法，其步骤包括1)在氮化镓基器件的表面分别淀积如权利要求1所述的钛金属层、铝金属层、阻挡金属层和金金属层；2)对上述金属层进行快速热退火，形成欧姆接触。6、如权利要求5所述的氮化镓基器件的欧姆接触的制备方法，其特征在于，步骤l)中釆用磁控溅射或电子束蒸发技术淀积金属层。7、如权利要求5或6所述的氮化镓基器件的欧姆接触的制备方法，其特征在于，步骤l)之后，将己淀积金属层的氮化镓基器件在丙酮中超声，形成欧姆图形。8、如权利要求5或6所述的氮化镓基器件的欧姆接触的制备方法，其特征在于，步骤2)采用二次退火方式，即第一次退火的温度范围为8009(XTC，时间为2045秒；第二次退火的温度范围为400600°C，时间为60180秒。全文摘要本发明公开了一种氮化镓基器件的欧姆接触及其制备方法，属于半导体
技术领域：
。该氮化镓基器件的欧姆接触，由钛金属层、铝金属层、阻挡金属层和金金属层组成，与氮化镓基器件欧姆接触的是钛金属层，钛金属层上覆盖铝金属层，在钛金属层和铝金属层上依次覆盖阻挡金属层和金金属层，其中，钛金属层和铝金属层重叠排列2-10个周期。与传统欧姆接触结构相比，本发明基于多层Ti/Al结构的欧姆接触能够兼顾低比欧姆接触率，且具有好的表面形貌和高可靠性，能够提高欧姆接触的综合性能。对于实现高性能、高可靠性的氮化镓基器件具有重要意义。文档编号H01L29/772GK101369599SQ20081021205公开日2009年2月18日申请日期2008年9月16日优先权日2008年7月11日发明者正文,王金延,王阳元,董志华,郝一龙申请人:北京大学