欧姆接触和用于制造其的方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年1月16日提交的美国临时专利申请号62/617,699和于2018年5月8日提交的美国临时专利申请号62/668,476的优先权的权益，其内容通过引用以它们的整体并入本文。

本公开涉及粘合至由iii-v半导体制成的基板的欧姆接触以及用于制造其的方法。

背景技术：

半导体装置通常包括具有不同机械和物理特性的许多组分。例如，竖腔表面发射激光器(vcsel)可包括由嵌入半导体材料(比如砷化镓(gaas)、砷化铝(alas)和砷化镓铝(alxga1-xas))中的陶瓷材料(比如氧化铝(al2o3))组成的电流限制开口。

陶瓷和半导体的物理特性可明显不同。例如，陶瓷电流限制开口和其中嵌入陶瓷电流限制开口的半导体材料的热膨胀系数(cte)可基本上不同。在这种情况下，在热处理期间，在陶瓷-半导体界面处可发展出热应力，例如，当将电接触粘合至基板。这些应力可足够在界面处产生微结构缺陷，从而导致降低的装置寿命。

降低热处理的温度可有效降低在界面处发展出的热应力。例如，在350℃下用于粘合电接触的热处理通常导致微结构缺陷，而较低的温度比如150℃-250℃可导致更少的缺陷或完全消除了缺陷。

因此，需要产生低温热处理之后的欧姆电接触的接触材料。欧姆接触应抵抗操作期间的劣化并且具有与欧姆接触粘合至的基板相同多数的电荷载流子类型(即，n-型或p-型)。

技术实现要素：

本公开涉及在低温下粘合至n-型半导体基板的n-型欧姆电接触和用于制造其的方法。例如，在一个方面中，用于在n-型半导体基板上制造n-型欧姆接触的方法包括下述步骤：

o将反应物层沉积在n-型半导体基板上，反应物层包括金属反应物；

o将n-型掺杂剂层沉积在反应物层上，n-型掺杂剂层包括n-型掺杂剂；

o将封盖层沉积在反应物层上，封盖层包括金属层和扩散阻挡层；和

o将n-型半导体基板、反应物层、n-型掺杂剂层和封盖层加热至使得n-型掺杂剂从n-型掺杂剂层扩散至n-型半导体基板中，形成富含n-型掺杂剂的界面层，并且使得n-型掺杂剂和金属反应物相互扩散，从而形成邻近富含n-型掺杂剂的界面层的产物层的温度。

在一些情况下，用于制造n-型欧姆接触的方法进一步包括沉积粘合层的步骤。

在另一方面中，n-型欧姆接触包括n-型半导体基板，和嵌入n-型半导体基板中的富含n-型掺杂剂的界面层。富含n-型掺杂剂的界面层包括n-型掺杂剂。n-型欧姆接触进一步包括邻近富含n-型掺杂剂的界面层的产物层。产物层包括金属反应物和n-型掺杂剂。n-型欧姆接触进一步包括邻近产物层的封盖层。封盖层包括金属层和扩散阻挡层。

在一些情况下，n-型欧姆接触进一步包括在产物层和封盖层之间的粘合层。

其他方面、特征和优势将从下述详细描述、附图和权利要求中是显而易见的。

附图说明

图1a描绘了在加热之前沉积在基板上的层的示例。

图1b描绘了加热之后的示例层。

具体实施方式

图1a描绘了当根据本公开加工时的一系列层，产生具有n-型半导体基板102的n-型欧姆接触100。层包括反应物层104、n-型掺杂剂层106、粘合层108和封盖层110。封盖层110包括金属层112和扩散阻挡层114。层可通过电子束蒸发、溅射或热蒸发来沉积，但是可使用任何适当的方法，如对本领域普通技术人员显而易见的。

n-型半导体基板102可由一种或多种iii族元素、一种或多种v族元素和n-型掺杂剂组成。图1a和图1b中描绘的示例n-型半导体基板102为砷化镓(gaas)，但是其他iii-v族半导体材料包括在本公开的范围内，比如砷化铝(alas)、砷化镓铝(alxga1-xas)、锑化铟(insb)和锑化镓(gasb)。n-型掺杂剂可包括一种或多种掺杂的供体，比如硅、锗和锡，以提供适于特别的应用的载流子浓度。例如，当n-型半导体基板102整合在竖腔表面发射激光器中时，n-型掺杂剂可为硅掺杂的，以实现1×10¹⁷/cm³至2×10¹⁸/cm³之间的载流子浓度。

反应物层104包括金属反应物(未描绘)。与描绘在图1a中的示例反应物层104相关的示例金属反应物为钯，但是其他元素在本公开的范围内。例如，金属反应物可为选自由下述组成的组中的一种或多种元素：镍、钯和铂。描绘在图1a中的示例反应物层104为520埃厚，然而，其他厚度在本公开的范围内。例如，可沉积金属反应物，使得反应物层104在300埃和620埃之间。

n-型掺杂剂层106包括n-型掺杂剂(未描绘)。n-型掺杂剂可包括一种或多种类型的供体，比如硅、锗和锡。在一些情况下，沉积n-型掺杂剂，使得n-型掺杂剂层106在900埃和1860埃之间。在一些情况下，n-型掺杂剂层106为反应物层104的厚度的两倍和三倍之间。在一些情况下，n-型掺杂剂层106为反应物层102的厚度的约2.4倍。描绘在图1a中的示例n-型掺杂剂层106为1250埃厚并且n-型掺杂剂为锗。n-型掺杂剂配置为扩散通过反应物层104并且进入n-型半导体基板102中，并且与反应物层104相互混合。从而，n-型掺杂剂层106的组成和厚度可取决于期望的n-型掺杂剂扩散至n-型半导体基板102中的量、n-型掺杂剂与金属反应物(例如，在反应物层104中)的比例和随后的热处理的温度和持续时间。

封盖层110中的金属层112可包括选自由下述组成的组中的一种或多种元素：金和银。描绘在图1a和图1b中的示例金属层112为金。可沉积一种或多种元素，使得金属层的厚度在500埃和1500埃之间。示例金属层112为1000埃。金属层112配置为提供低接触电阻基板，用于另外的电接触。描绘在图1a和图1b中的示例包括与其他电接触(未描绘)电连通的焊料116。其他电接触，比如电镀金，包括在本公开的范围内。在一些情况下，两微米至三微米的金可电镀在金属层112上。

封盖层110中的扩散阻挡层114可包括选自由下述组成的组中的一种或多种元素：镍、钯和铂。沉积元素，使得扩散阻挡层114的厚度在650埃和850埃之间。描绘在图1a和图1b中的示例包括沉积的铂，使得扩散阻挡层114为750埃厚。扩散阻挡层114的组成和厚度可根据应用而改变。例如，在一些情况下，焊料116可包括可容易扩散通过层并且进入n-型半导体基板102中的成分(例如，铟)，从而破坏向其中整合n-型半导体基板102的半导体装置(例如，竖腔表面发射激光器)。从而，扩散阻挡层114的厚度和组成可强烈依赖于影响扩散速率的因素，比如期望的半导体装置的操作温度、粘合/焊接温度以及焊料116或其他电接触的组成。

粘合层108可包括选自由下述组成的组中的一种或多种元素：钛、锆和铪。在一些情况下，在与选自由钛、锆和铪组成的组中的一种或多种元素中的任何一种的合金、化合物、混合物或复合材料中，一种或多种元素可进一步包括钨、钽和/或钼。例如，粘合层108可包括钨化钛(tiw)。沉积一种或多种元素，使得粘合层的厚度在300埃和5000埃之间。描绘在图1a和图1b中的示例粘合层108包括沉积的钛，使得粘合层108的厚度为400埃。

在一些情况下，粘合层108可操作为防止n-型掺杂剂和在扩散阻挡层114中的元素相互扩散。从而，粘合层108的厚度和组成可取决于影响扩散速率的因素，比如n-型掺杂剂层104和扩散阻挡层114的组成，以及热处理的温度和持续时间。

在一些情况下，粘合层108可操作为应力补偿层或应力平衡层。粘合层108的特征可在于固有应力可操作为平衡或抵消在n-型欧姆接触100(比如n-型半导体基板100)的其他组分或整合至n-型半导体基板100(未描绘)中或在n-型半导体基板100(未描绘)上的任何组分的界面中或界面处的固有应力。在一些情况下，粘合层108可操作为平衡或抵消n-型欧姆接触100的其他组分中或在n-型欧姆接触100的其他组分的界面处的热应力。经已知赋予如沉积的材料中固有应力的技术，比如溅射，粘合层108可沉积为具有固有应力。例如，粘合层108可包括溅射的钨化钛。在一些情况下，粘合层108可操作为防止n-型掺杂剂的相互扩散并且可进一步可操作为应力补偿层，而在其他情况下，可完全省略粘合层108。

图1b描绘了热处理之后的示例n-型半导体基板102、反应物层104、n-型掺杂剂层106、粘合层108和封盖层110。热处理之后，与n-型半导体基板102一起形成n-型欧姆接触100。在惰性(例如，n2、ar)或还原(95:5n2:h)气氛中，将n-型半导体基板102、反应物层104、n-型掺杂剂层106、粘合层108和封盖层110加热至比如150℃至250℃的温度。图1b中描绘的示例n-型欧姆接触100为在250℃下在n2气氛中热处理15分钟的结果。在一些情况下，采用缓慢攀升速率，以避免热休克(例如，可使用5℃/分钟-8℃/分钟的攀升速率)。

如上述，n-型掺杂剂层中的n-型掺杂剂扩散至n-型半导体基板102中，形成富含n-型掺杂剂的界面层118。而且，n-型掺杂剂和金属反应物相互扩散，形成产物层120。在一些情况下，产物层120包括由金属反应物和n-型掺杂剂以1:4的原子比组成的产物。在一些情况下，产物层120在反应物层104的厚度的50％和90％之间。

可对前述实施方案进行其他改进，并且在上面不同实施方案中描述的特征可在相同的实施方案中组合。因此，其他实施方案在权利要求的范围内。