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    GaN HEMT無金歐姆接觸的應用研究

    杜瑞坤  
    【摘要】:當金屬材料與半導體材料相互接觸時,由于材料的功函數不同,可以形成兩種截然相反的接觸:肖特基接觸和歐姆接觸。在不同的制備工藝下,也會出現不同的接觸效果。在半導體器件中,性能優異的歐姆接觸一般不會降低器件的電學性能,更不會出現整流效應。目前,對基于第三代III-V族化合物半導體材料器件的研究發展非常迅速。對于Ga N HEMT(High Electron Mobility Transistor)高電子遷移率晶體管的歐姆接觸,在傳統的Ti/Al/Ni/Au合金工藝中,Al處于熔融狀態時與Au發生化學反應,形成了諸如Al Au_2或Al Au_4之類的顆粒物。這會影響歐姆接觸的表面平整度,合金以后會影響套刻光刻標記的識別。重新制作光刻標記會大大增加器件制備工藝的復雜性,而且也會降低光刻的對準精度,影響器件良品率。此外,平整度差的歐姆接觸很容易引起金屬電遷移,造成器件的可靠性降低。本文通過研究制備Ga N基HEMTs的無金歐姆接觸結構,有助于減少快速熱處理工藝(Rapid thermal processing,RTP)等因素引起的漏電流,提高HEMTs器件的擊穿電壓和可靠性。同時對于降低HEMTs器件的生產成本,實現CMOS工藝線的大規模制造,具有積極的現實意義。本論文通過嘗試在N型Ga N外延材料上制備無金歐姆接觸,并對其制備工藝過程和比接觸電阻率的計算測試方法進行了對比研究,最終選用CDTLM法對歐姆接觸的比接觸電阻率進行擬合計算測試,測試結果表明實現了在N型Ga N HEMT器件上制備無金歐姆接觸的目的。其中優化Ti/Al/W(20/80/100nm)三層結構和制作工藝獲得的歐姆接觸最低比接觸電阻率為9.91×10~(-3)Ω·cm~2。通過嘗試Ti、Ti N、Ni等物質作為隔離層,最終獲得較好的四層歐姆接觸結構Ti/Al/Ti/W(20/80/20/100nm),比接觸電阻率為1.66×10~(-4)Ω·cm~2。通過優化Ti/Al/Ti N(20/80/100nm)三層結構,在較低的RTP退火溫度下獲得的歐姆接觸最低比接觸電阻率為1.26×10~(-2)Ω·cm~2。優化四層結構的歐姆接觸樣品Ti/Al/Ti/Ti N(20/80/20/100nm)最終獲得的比接觸電阻率為2.44×10~(-3)Ω·cm~2。


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