技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種改善歐姆接觸電阻的方法。

背景技術(shù)：

歐姆接觸是指金屬與半導(dǎo)體的接觸，而其接觸面的電阻值遠小于半導(dǎo)體本身的電阻，使得組件操作時，大部分的電壓降在活動區(qū)(Active region)而不在接觸面。歐姆接觸在金屬處理中應(yīng)用廣泛，實現(xiàn)的主要措施是在半導(dǎo)體表面層進行高摻雜或者引入大量復(fù)合中心。

Si和GaAs器件及其IC的歐姆接觸技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但是對于許多寬禁帶半導(dǎo)體（如CdS、AlN、SiC、GaN）的歐姆接觸，在技術(shù)上尚很不成熟，其原因是這種半導(dǎo)體的自補償作用（即大量的晶體本征缺陷對于施主雜質(zhì)或者對于受主雜質(zhì)的自發(fā)補償作用）很嚴重，它們是所謂單極半導(dǎo)體，從外面摻入再多的雜質(zhì)也難以改變其電阻率，更難以改變其型號，所以想要利用高摻雜來獲得歐姆接觸是很困難的。

歐姆接觸作為器件制備的關(guān)鍵工藝，決定著器件的許多主要參數(shù)，比如電流密度、外部增益、最高工作溫度和大功率性能等。要制備高性能的氮化鎵高電子遷移率晶體管（AlGaN/GaN HEMT），形成金屬與AlGaN良好的歐姆接觸是十分重要的。Ti/Al是最常用的歐姆接觸結(jié)構(gòu)，經(jīng)過退火，Ti與AlGaN中的N反應(yīng)形成TiN，同時使AlGaN中產(chǎn)生大量起施主作用的N空位，形成n⁺層，從而使電子易于隧穿，形成歐姆接觸。Al能防止AlGaN中Ga的外擴散所導(dǎo)致的施主濃度降低，但是Ti和Al均容易被氧化而形成高阻氧化層，反而使接觸電阻增大，所以通常在Ti/Al之上再覆蓋一層Au加以保護，但是Au和Al很容易發(fā)生互擴散到達AlGaN表面，不利于形成良好的歐姆接觸，因此在Al和Au中間加入Ni作為隔離，可以防止Au向AlGaN的擴散。以上金屬體系在生產(chǎn)制作的過程中總會因為種種原因造成歐姆接觸的缺陷。

通常用快速退火方式制作歐姆接觸，快速退火技術(shù)分為傳統(tǒng)快速退火技術(shù)RTP和激光輻照退火技術(shù)LTP。這兩種退火技術(shù)在半導(dǎo)體制程中的實施方式都是以整個晶圓片為目標進行熱處理。

專利申請公布號 CN104966667A一種III-V族化合物半導(dǎo)體器件及其歐姆接觸電阻改善方法。該方法包括：在外延層上形成掩膜層，并采用光刻工藝在掩膜層上形成歐姆接觸區(qū)域和非歐姆接觸區(qū)域；對露出在歐姆接觸區(qū)域內(nèi)的外延層進行銦離子注入；在歐姆接觸區(qū)域和非歐姆接觸區(qū)域上沉積與外延層采用的半導(dǎo)體材料的功函數(shù)對應(yīng)的歐姆接觸金屬層；采用濕法工藝剝離非歐姆接觸區(qū)域上的掩膜層以及歐姆接觸金屬層；加熱晶圓，使歐姆接觸區(qū)域內(nèi)的外延層、至少部分銦離子以及歐姆接觸金屬層形成合金化合物，進而實現(xiàn)歐姆接觸。但是上述方法不適應(yīng)于AlGaN/GaN HEMT。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種改善歐姆接觸電阻的方法，采用電致發(fā)熱方式選擇性的對有缺陷的歐姆接觸電阻實施局部退火。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種改善歐姆接觸電阻的方法，包括電流退火，其具體步驟為：將GaN HEMT的S/D極接上探針，在自動探針測試臺上就是用探針卡上的探針在整個晶圓上實施；如果這個接觸是低電阻的良好接觸，則移動到晶圓上的下一個器件；如果檢測到高電阻的不良接觸，則大于該器件額定值10倍、脈沖寬度達毫秒級的電流脈沖通過探針施加到不良接觸上，脈沖重復(fù)數(shù)次直至接觸變得良好。

優(yōu)選地，在進行電流退火前，還需進行以下步驟：

第一步，對待加工器件進行清洗；

第二步，對待加工器件進行光刻，形成歐姆接觸圖形；

第三步，在待加工器件表面進行蒸鍍，由上至下蒸鍍鈦、鋁、鎳、金四層金屬層，其中，鈦的厚度20-30nm；鋁的厚度120-180nm；鎳的厚度30-50nm；金的厚度60-80nm；

第四步，去膠；

第五步，采用RTP退火；

第六步；再次清洗；

優(yōu)選地，以上第二步中，在光刻工藝前在GaN溝道層和AlGaN勢壘層之間形成有二維電子氣，在所述AlGaN層表面上覆蓋掩膜層。

優(yōu)選地，所述掩膜層的材料為光刻膠。

優(yōu)選地，采用光刻工藝在掩膜層上形成歐姆接觸區(qū)域和非歐姆接觸區(qū)域，其中，所述歐姆接觸區(qū)域位于所述非歐姆接觸區(qū)域兩側(cè)。

優(yōu)選地，以上第五步中，進行800℃的高溫退火，退火時間30s。

電流能夠提高退火質(zhì)量與金屬半導(dǎo)體接觸相關(guān)。金屬-半導(dǎo)體接觸表面的雜質(zhì)阻礙了金屬與GaN之間形成分子鍵，從而導(dǎo)致金屬-半導(dǎo)體接觸的質(zhì)量不好。本方法依賴于稀疏分布的金屬-GaN分子鍵作為初始電流傳導(dǎo)路徑。由于路徑的橫截面是原子大小的尺寸，因此這條路徑的電流密度非常高，這也是電流引起短時間高溫的原因。

假設(shè)一個電流路徑的橫截面直徑D為1nm，也就是約為一個分子的尺寸。電流I流過這個路徑，則電流密度為：

J=I / [π（ D / 2）² ]

局部加熱功率密度p與電流密度的平方成正比

p=ρ*J²

ρ為電流通道的電阻率。

在1ms或者更短的時間內(nèi)，局部熱源可以造成局部溫度上升至1000℃，而與此同時二維電子氣不受影響。眾所周知，高溫能夠促進熱源附近形成更良好的金屬-半導(dǎo)體接觸。然后，電流路徑的直徑將隨著時間迅速增加。初始的高溫只是瞬態(tài)的，加熱以后接觸變得良好，從而電流路徑直徑變大，加熱功率密度減小，而這一切都是由起始狀態(tài)的瞬態(tài)高溫造成的。加熱功率密度減小以后，就有一個冷卻效果，這樣的冷卻效果可以防止局部高溫擴散到器件的其他部分，尤其是二維電子氣。

綜上所述，本發(fā)明的一種改善歐姆接觸電阻的方法具有以下有益效果：流過GaN HEMT S極、D極的受控大電流會使S、D極的歐姆接觸發(fā)熱，尤其是歐姆接觸存在缺陷時，當溫度達到一定程度，會破壞金屬/半導(dǎo)體接觸區(qū)域內(nèi)污染物的原子鍵合，從而提高歐姆接觸電阻的質(zhì)量。該方法能提高產(chǎn)品良率，降低生產(chǎn)成本。

附圖說明

圖1為采用軟件模擬改善歐姆接觸電阻的方法所得到的結(jié)果。

圖2為對有缺陷的AlGaN/GaN HEMT器件退火前的IV曲線。

圖3為對有缺陷的AlGaN/GaN HEMT器件電致退火后的IV曲線。

圖4為本發(fā)明涉及的GaN HEMT器件歐姆接觸結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下由特定的具體實施例說明本發(fā)明的實施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點及功效。

請參閱圖1至圖4。須知，本說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實施的限定條件，故不具技術(shù)上的實質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實施的范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當亦視為本發(fā)明可實施的范疇。

本發(fā)明提供一種改善歐姆接觸電阻的方法，包括電流退火，其具體步驟為：將GaN HEMT的S/D極接上探針，在自動探針測試臺上就是用探針卡上的探針在整個晶圓上實施；如果這個接觸是低電阻的良好接觸，則移動到晶圓上的下一個器件；如果檢測到高電阻的不良接觸，則大于該器件額定值10倍、脈沖寬度達毫秒級的電流脈沖通過探針施加到不良接觸上，脈沖重復(fù)數(shù)次直至接觸變得良好。

優(yōu)選地，在進行電流退火前，還需進行以下步驟：

第一步，對待加工器件進行清洗；

第二步，對待加工器件進行光刻，形成歐姆接觸圖形；

第三步，在待加工器件表面進行蒸鍍，由上至下蒸鍍鈦、鋁、鎳、金四層金屬層，其中，鈦的厚度20-30nm；鋁的厚度120-180nm；鎳的厚度30-50nm；金的厚度60-80nm；

第四步，去膠；

第五步，采用RTP退火；

第六步；再次清洗。

在本實施例中，以上第二步中，在光刻工藝前在GaN溝道層和AlGaN勢壘層之間形成有二維電子氣，在所述AlGaN層表面上覆蓋掩膜層。

在本實施例中，所述掩膜層的材料為光刻膠。

在本實施例中，采用光刻工藝在掩膜層上形成歐姆接觸區(qū)域和非歐姆接觸區(qū)域，其中，所述歐姆接觸區(qū)域位于所述非歐姆接觸區(qū)域兩側(cè)。

在本實施例中，以上第五步中，進行800℃的高溫退火，退火時間30s。

電流能夠提高退火質(zhì)量與金屬半導(dǎo)體接觸相關(guān)。金屬-半導(dǎo)體接觸表面的雜質(zhì)阻礙了金屬與GaN之間形成分子鍵，從而導(dǎo)致金屬-半導(dǎo)體接觸的質(zhì)量不好。本方法依賴于稀疏分布的金屬-GaN分子鍵作為初始電流傳導(dǎo)路徑。由于路徑的橫截面是原子大小的尺寸，因此這條路徑的電流密度非常高，這也是電流引起短時間高溫的原因。

假設(shè)一個電流路徑的橫截面直徑D為1nm，也就是約為一個分子的尺寸。電流I流過這個路徑，則電流密度為：

J=I / [π（ D / 2）² ]

局部加熱功率密度p與電流密度的平方成正比

p=ρ*J²

ρ為電流通道的電阻率。

在1ms或者更短的時間內(nèi)，局部熱源可以造成局部溫度上升至1000℃，而與此同時二維電子氣不受影響。眾所周知，高溫能夠促進熱源附近形成更良好的金屬-半導(dǎo)體接觸。然后，電流路徑的直徑將隨著時間迅速增加。初始的高溫只是瞬態(tài)的，加熱以后接觸變得良好，從而電流路徑直徑變大，加熱功率密度減小，而這一切都是由起始狀態(tài)的瞬態(tài)高溫造成的。加熱功率密度減小以后，就有一個冷卻效果，這樣的冷卻效果可以防止局部高溫擴散到器件的其他部分，尤其是二維電子氣。

采用加拿大Crosslight公司的Apsys光電子器件仿真軟件對本方法進行驗證。

仿真軟件的條件設(shè)定為：

1. GaN thermal kappa=130Watt/m/K；

2．GaN resistivity=1.e-3Ω·m；

3．contact area=1nm*1nm；

4.contact 連接到一個熱阻上，熱阻=1W/K；

5.3D仿真；

6.源極的歐姆接觸面積為0.5μm*5μm，漏極的歐姆接觸面積為0.001μm *0.001μm。

其仿真結(jié)果如圖1所示：在電壓超過20.8V后，contact附近的GaN溫度會急速上升到超過1000°C，這個溫度會化合物的鍵合解開重新排列，因此會改善歐姆接觸。

由圖2和圖3的比較可以看出：對有缺陷的AlGaN/GaN HEMT器件電致退火能更好的改善AlGaN/GaN HEMT的歐姆接觸電阻。

如上所述，本發(fā)明提供的一種改善歐姆接觸電阻的方法，流過GaN HEMT S極、D極的受控大電流會使S、D極的歐姆接觸發(fā)熱，尤其是歐姆接觸存在缺陷時，當溫度達到一定程度，會破壞金屬/半導(dǎo)體接觸區(qū)域內(nèi)污染物的原子鍵合，從而提高歐姆接觸電阻的質(zhì)量。該方法能減少工藝步驟，降低工藝成本。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。