半導體器件的金屬接觸法的製作方法

2023-05-14 14:02:51

專利名稱：半導體器件的金屬接觸法的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種製造半導體器件的方法，特別是有關一種半導體器件的金屬接觸，其中砷化鎵(GaAs)上的金屬系統被改變由此提高歐姆接觸特性從而改善了可靠性。
通常，在半導體上加電壓或電流時，砷化鎵可以消除存在在金屬和半導體之間的電壓或電流的阻擋層。所以，由於電壓或電流能在微小的接觸電阻下應用，因而五十年代以來這項技術被認為是重要的半導體器件製造技術。即，在半導體器件中有金屬半導體場效應電晶體(MESFET)和金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)。
在這些之中，在MOSFET中，柵極與半導體基片間形成一層柵極氧化膜，在柵極兩側的基片上形成一個源區和一漏區。如果對柵極施加一個大於閾值的電壓，在源區與漏區之間的基片內就形成了一個電流通道。這樣，MOSFET就被廣泛地用作一個開關器件，用於與源區和漏區的連接與切斷。作為基片，廣泛應用的是矽基片。
另一方面，在MESFET中，柵極與基片之間沒有絕緣膜，因而柵極和基片直接相互電連通，如果在柵極上施加電壓，基片的溝道區內就注入了與施加在柵極上的電壓相應的電子。由此，可調整源區與漏區之間的載流子移動。此時砷化鎵被廣泛地用作基片。
相應地，MOSFET用作開關器件，MESFET用作放大器調整電流移動量。
這類常規的MESFET將在下文進行詳述。


圖1所示為常規MESFET結構的截面圖。
在常規的MESFET中，在砷化鎵基片上形成一個凹槽區。包括一個金屬件的柵極(G)進入與凹槽區內的基片表面相接觸。包括一個金屬件的源/漏電極(S/D)進入與柵極(G)兩側的基片(GaAs)相接觸。
這裡，在製造常規的MESFET時，最關鍵的是將金屬與半導體層間的接觸電阻減至最小。特別是源/漏金屬與半導體之間通常必須有一個與外部環境條件(溫度、溼度等)相應的統一的接觸電阻。
此外，基片由n型砷化鎵構成的情況下，常用諸如AuGe，InAu，AuSn和AuTe一類的金屬作電極在基片由P型砷化鎵構成的情況，常用如AuZn，InAn等一類的金屬作電極。
在這之中，當製造MESFET或單片微波IC(MMIC)時，用n型砷化鎵作半導體層，而AuGe用作金屬。
如上面提到的用金屬AuGe作為砷化鎵基片上的電極原因如下。如果在AuGe澱積在砷化鎵基片上之後對其進行熱處理，AuGe中的Ge就會擴散到砷化鎵半導體層中，因而就會消除砷化鎵與金屬間的勢壘。這樣金屬與砷化鎵之間的接觸電阻就會降低。
下面將更具體說明。
圖2是GaAs和歐姆金屬間的能帶圖，顯示了其熱處理前後的狀態。圖2a為熱處理前的能帶，圖2b為熱處理後的能帶圖。
即，如果將AuGe澱積在GaAs上，就形成肖特基接觸。結果在AuGe與GaAs基片間就形成一勢壘(qvo)。
然而，如果在將AuGe澱積在GaAs上的狀態下進行熱處理，AuGe中的Ge就會滲透AGaAs，這樣用作n型雜質，就可提高在砷化鎵中的濃度。
相應地，如圖26中所示，砷化鎵的費米能級(FEs)移嚮導帶(Ec)。因此能帶彎曲度被反相，從而擴散長度(W)消失。
根據該原理，為將金屬與基片間的接觸電阻降至最小，金屬先被澱積然後對其進行熱處理。然而就會產生一個相應的問題。
即如上所述，如果進行熱處理使Ge擴散到GaAs中，砷和鎵也會同時向外擴散，由此在金屬表面形成氧化膜。
因此，為防止砷化鎵這一缺點的金屬接觸法已經發展。對這些常規的方法，下文將參照附圖加以描述。
圖3所示為一常規半導體器件的一個金屬接觸截面。圖4所示為一用鉑製作的常規半導體器件的金屬接觸截面。
首先，如圖3中所示，在為防止砷化鎵的這一缺點的常規實施例的金屬接觸法中，含有AuGe的第一金屬層2形成在砷化鎵層1上。然後，為防止砷和鎵的向外擴散，在其上澱積一層Ni，從而形成了第二金屬層3。在第二金屬層3上又澱積一層Au以防Ni的氧化，由此形成了第三金屬層4。然後，如上所述形成的基片被熱處理，從而形成了半導體上的具有歐姆接觸的金屬。
這裡，第一金屬層2的厚度為大約1500，第二金屬層3的厚度約為250，第三金屬層4的厚度大約為2000，這樣金屬層的總厚度為大約3500～3750。
然而，如上例所述常規的半導體器件的金屬接觸法中有如下的一些問題。即Ni是用以防止砷或鎵的向外擴散的，然而因Ni會隨溫度和時間產生變化，就會對結構和穩定性產生不良影響。另外，因為澱積了一層昂貴的厚的金，使產品的成本增加。
相應地，為解決該常規實例的問題，研製了另一種使用Pt的半導體器件金屬接觸法。
即，如圖4中所示，第一金屬層2由AuGe組成，第二金屬層3由Ni組成，第三金屬層4由Au組成，第四金屬層5由Ge組成，第五金屬層6由Pt組成，第六金屬層由Au組成，它們依次被層疊在砷化鎵1上。
然後，如上所述形成的基片被熱處理，由此在半導體上形成歐姆接觸的金屬。
這裡，第一金屬層2的厚度約為1000，第二金屬層3的厚度約為300，第三金屬層4的厚度約為500，第四金屬層5的厚度約為300，第五金屬層6的厚度約為500，第六金屬層7的厚度約為1000，金屬層的總厚度為大約3500。
然而上面所述另一例常規半導體器件的金屬接觸法中有如下問題。
首先，因為這一多層金屬層的澱積，使結構複雜化，此外，因為生產周期加長，使產品的成本的競爭力降低。
第二，Au的厚度減少一點，但卻澱積了一層厚約500的很高熔點的Pt，因此，器件的特性由於熱而變壞。
為解決前面所述的問題，本發明的目的就是提供一種具有最小厚度，優良的穩定性及較高的可靠性的半導體器件金屬接觸法。
為達到本發明的這一目的，提供了一種半導體器件的金屬接觸法，包含步驟為順序地澱積第一金屬層AuGe，第二金屬層Ni，第三金屬層Pt和第四金屬層Au於砷化鎵層上，並對第一至第四金屬層進行熱處理。
圖1為一常規MESFET結構圖截面。
圖2a和2b為金屬與半導體層間常規的肖特基與歐姆接觸能帶圖。
圖3為一常規半導體器件的金屬接觸截面圖。
圖4為一使用了Pt的常規半導體器件的金屬接觸的截面圖。
圖5為根據本發明的半導體器件的金屬接觸的截面圖。
在此，將參照附圖，更詳細地描述一種本發明的半導體器件的金屬接觸法。
圖5為根據本發明的半導體器件的金屬接觸截面圖。
如圖5所示，根據本發明一個實例的半導體器件的金屬接觸方法，第一金屬層12由AuGe組成，第二金屬層13由Ni組成，第三金屬層14由Pt組成，第四金屬層15由Au組成，它們按順序層疊在n型砷化鎵層11上。
此時，各金屬層的厚度如下第一金屬層12約為700～900A(最好為800A)，第二金屬層13約為100～200A(150A最佳)，第三金屬層14約為180～220A(200A最佳)，第四金屬層15為400～600A(500A最佳)。因此，金屬層的總厚度約為1400～1800A(1650A最佳)。
此外，對金屬層的快速熱處理(RTP)溫度範圍為410℃～500℃。
同時，在上面的溫度範圍內變化熱處理時間為10秒至1分鐘，相應於溫度及時間的所有變化的傳輸線測量(TLM)為1×106～3×10-6，因此是非常好的。此外，當形成歐姆接觸時，呈現出能阻擋砷和鎵的向外擴散的結構。
如上所述的本發明的半導體器件的金屬接觸法中有如下效果。
首先包括Pt層的金屬層的總厚度被限制在預定值內，並在熱處理期間對金屬進行快速熱處理。這樣砷化鎵與金屬間界面是穩定的，即使長時間施加電壓及電流也可獲得穩定的特性。
其次，因為金屬層不是很多，製造過程簡單，因此提高了生產率。另外，因為厚度降至最小，製造成本降低，提高了成本的競爭力。
權利要求
1.一種半導體器件的金屬接觸法包含如下步驟順序地在砷化鎵層上澱積第一金屬層的AuGe，第二金屬層的Ni，第三金屬層的Pt及第四金屬層的Au；並對第一至第四金屬層進行熱處理。
2.如權利要求1中所述的半導體器件的金屬接觸法，其中第一至第四金屬層的總厚度為1400～1800A。
3.如權利要求1中所述的半導體器件的金屬接觸法，其中第一至四金屬層在溫度範圍為400℃～600C下進行熱處理。
4.如權利要求1中所述的半導體器件的金屬接觸法，其中，所形成的第三金屬層的厚度為180～220A。
5.如權利要求1中所述的半導體器件的金屬接觸法，其中，所說第一金屬層的厚度約為700～900A，所說第二金屬層的厚度約為100～200A，所說第三金屬層的厚度約為180～220A，所說第四金屬層的厚度約為400～500A。
全文摘要
一種半導體器件的金屬接觸法，包括順序在砷化鎵層上澱積第一金屬層AuGe，第二金屬層Ni，第三金屬層Pt及第四金屬層Au；對第一至四金屬層進行熱處理。金屬總厚度限制在預定值內，並對金屬層快速熱處理。由此，砷化鎵與金屬間界面是穩定的，即使長時間施加電壓和電流也能獲得穩定特性。製造過程簡單從而提高了生產率。厚度的減小降低了生產成本，提高了成本的競爭力。
文檔編號H01L21/02GK1132929SQ9512156
公開日1996年10月9日 申請日期1995年12月15日 優先權日1994年12月15日
發明者李源象 申請人:Lg電子株式會社