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GaN HEMT无金欧姆接触的应用研究

杜瑞坤  
【摘要】:当金属材料与半导体材料相互接触时,由于材料的功函数不同,可以形成两种截然相反的接触:肖特基接触和欧姆接触。在不同的制备工艺下,也会出现不同的接触效果。在半导体器件中,性能优异的欧姆接触一般不会降低器件的电学性能,更不会出现整流效应。目前,对基于第三代III-V族化合物半导体材料器件的研究发展非常迅速。对于Ga N HEMT(High Electron Mobility Transistor)高电子迁移率晶体管的欧姆接触,在传统的Ti/Al/Ni/Au合金工艺中,Al处于熔融状态时与Au发生化学反应,形成了诸如Al Au_2或Al Au_4之类的颗粒物。这会影响欧姆接触的表面平整度,合金以后会影响套刻光刻标记的识别。重新制作光刻标记会大大增加器件制备工艺的复杂性,而且也会降低光刻的对准精度,影响器件良品率。此外,平整度差的欧姆接触很容易引起金属电迁移,造成器件的可靠性降低。本文通过研究制备Ga N基HEMTs的无金欧姆接触结构,有助于减少快速热处理工艺(Rapid thermal processing,RTP)等因素引起的漏电流,提高HEMTs器件的击穿电压和可靠性。同时对于降低HEMTs器件的生产成本,实现CMOS工艺线的大规模制造,具有积极的现实意义。本论文通过尝试在N型Ga N外延材料上制备无金欧姆接触,并对其制备工艺过程和比接触电阻率的计算测试方法进行了对比研究,最终选用CDTLM法对欧姆接触的比接触电阻率进行拟合计算测试,测试结果表明实现了在N型Ga N HEMT器件上制备无金欧姆接触的目的。其中优化Ti/Al/W(20/80/100nm)三层结构和制作工艺获得的欧姆接触最低比接触电阻率为9.91×10~(-3)Ω·cm~2。通过尝试Ti、Ti N、Ni等物质作为隔离层,最终获得较好的四层欧姆接触结构Ti/Al/Ti/W(20/80/20/100nm),比接触电阻率为1.66×10~(-4)Ω·cm~2。通过优化Ti/Al/Ti N(20/80/100nm)三层结构,在较低的RTP退火温度下获得的欧姆接触最低比接触电阻率为1.26×10~(-2)Ω·cm~2。优化四层结构的欧姆接触样品Ti/Al/Ti/Ti N(20/80/20/100nm)最终获得的比接触电阻率为2.44×10~(-3)Ω·cm~2。


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