專利名稱：一種在立方氮化硼薄膜上制備良好歐姆接觸的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及半導體技術(shù)領域，特別是一種在立方氮化硼薄膜上制備良好歐姆接觸的方法。
背景技術(shù)：
立方氮化硼(c-BN)是一種低密度、超硬、寬帶隙、高熱導率、高電阻率、高熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性的III-V族化合物半導體材料。它與金剛石、碳化硅、和氮化鎵一起被稱為是繼硅、鍺及砷化鎵之后的第三代半導體材料，這其中又以c-BN的綜合性能最為優(yōu)異，在高溫、高頻、大功率電子器件方面有著廣泛的應用前景。對c-BN薄膜的摻雜及其電學輸運特性的研究是實現(xiàn)c-BN作為高溫電子材料的基礎，而實現(xiàn)金屬在c-BN薄膜上的歐姆接觸則是研究其電學輸運性質(zhì)的前提。
目前人們廣泛采用真空蒸發(fā)和直流/射頻濺射沉積的方法制備半導體材料上金屬歐姆接觸，對半導體材料硅和砷化鎵等，已經(jīng)證明在適當?shù)臈l件下能得到良好的歐姆接觸。然而對寬帶隙的c-BN薄膜，真空蒸發(fā)和濺射沉積的方法都沒有能獲得成功。如利用真空蒸發(fā)和濺射沉積的方法在c-BN薄膜上制備Au接觸時，Au與c-BN薄膜的粘附性很差，在接下來的金線球焊過程中金膜接觸很容易從c-BN薄膜上脫落，也就根本無法測量c-BN薄膜的電學性質(zhì)。這是由于在真空蒸發(fā)和濺射沉積中沉積粒子的能量較低，如對于真空蒸發(fā)，蒸發(fā)原子的能量小于1eV，濺射沉積中濺射原子的平均能量一般小于10eV。而另一方面，脈沖激光沉積技術(shù)中激光蒸發(fā)的粒子具有較高能量(與激光功率有關(guān)，粒子平均能量一般大于100eV)，沉積能量較高的金屬粒子將有利于沉積薄膜與c-BN在界面有效混合，從而顯著提高金屬接觸與c-BN薄膜的粘附性和電學性質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種利用脈沖激光沉積技術(shù)制備c-BN薄膜歐姆接觸的方法。目前，利用常用的制備歐姆接觸的方法(如真空蒸發(fā)和直流/射頻濺射)，在c-BN薄膜上制備金屬歐姆接觸均存在粘附性差、接觸電阻大的困難，而利用脈沖激光沉積技術(shù)則可以制備與襯底粘附良好、接觸電阻小的金屬歐姆接觸。
一種在c-BN薄膜上制備良好歐姆接觸的方法，其特征在于，包括如下幾點1)以c-BN薄膜及其上的金屬掩模為襯底；2)用金屬單質(zhì)鈦和金屬單質(zhì)金作激光靶；3)沉積生長時的襯底溫度為Ts；4)沉積生長時的真空度為P；5)沉積生長時的激光功率密度為Ws；6)沉積生長時激光靶與襯底的距離為d；7)金屬接觸為雙層結(jié)構(gòu)，第一層鈦沉積時間為tTi，第二層金沉積時間為tAu；8)生長結(jié)束后，樣品原位退火1小時，退火溫度為Ta；9)用上述的生長工藝條件，在一臺背景真空度為10-7Pa的脈沖激光沉積系統(tǒng)中生長。
本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是1)利用脈沖激光沉積技術(shù)在c-BN薄膜上制備Ti/Au歐姆接觸；2)激光器為ArF激光器，激光波長193nm，最高頻率10Hz，單脈沖最大功率400mJ，脈沖寬度20ns，激光聚焦面積1mm2；3)以高純金屬鈦和金為激光靶；4)沉積生長時的襯底-靶距為d，d的取值范圍是20mm≤d≤50mm；5)樣品室背景真空度為1×10-7Pa，樣品沉積時真空度P為1×10-6Pa；6)沉積生長時的襯底溫度為Ts，Ts的取值范圍是30℃≤Ts≤800℃；7)沉積生長時的激光功率密度為WsWs的取值范圍是5-16J/cm2，相應的沉積速率S為0-10nm/min；8)生長時間為t，第一層鈦tTi為5分鐘，第二層金tAu為60分鐘；9)c-BN/Ti/Au樣品在真空(1×10-6Pa)條件下800℃退火1小時。
為進一步說明本發(fā)明的特征和技術(shù)方案，以下結(jié)合應用實例對本發(fā)明作一詳細的描述


圖1脈沖激光沉積系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2c-BN/Ti/Au歐姆接觸的I-V特性曲線圖。
具體實施例方式
生長工藝1)生長所用的主要設備是脈沖激光沉積(PLD)系統(tǒng)，它包括進樣室、沉積室、真空系統(tǒng)、ArF激光器(激光波長193nm)、光路系統(tǒng)和原位薄膜厚度和激光功率測量等，示意圖如圖1所示；2)用高純金屬單質(zhì)鈦(Ti)和金屬單質(zhì)金(Au)作激光靶；3)把上述鈦和金靶裝入沉積室中的靶臺上，把靶距調(diào)為30mm；4)將硅襯底上清潔的c-BN薄膜和相應的金屬掩模經(jīng)進樣室裝入沉積室里的樣品臺上；5)在沉積生長之前，先對靶進行清潔預濺射，利用樣品擋板擋住樣品，激光功率密度為10J/cm2，兩個靶的濺射時間各為10分鐘；6)首先生長Ti層，其工藝條件為真空度1×10-6Pa，襯底溫度為室溫，激光功率密度為10J/cm2，濺射時間為5分鐘，得到鈦層厚度為15nm；7)緊接著在其上生長Au層，其工藝條件為真空度1×10-6Pa，襯底溫度為室溫，激光功率密度為12J/cm2，濺射時間為60分鐘，得到金層厚度為300nm；8)生長結(jié)束后，樣品原位800℃退火1小時；退火結(jié)束后降低襯底溫度至室溫并取出樣品。
生長結(jié)果按照上述生長工藝成功地在c-BN薄膜上沉積了Ti/Au歐姆接觸，該接觸與c-BN薄膜的粘附非常好。利用球焊機將50微米的金線壓焊到歐姆接觸上，并測量該歐姆接觸的電流-電壓(I-V)特性，結(jié)果如圖2所示，很明顯該接觸的I-V曲線顯示出良好的線性關(guān)系。
發(fā)明與
背景技術(shù)：
相比所具有的有意義的效果如果采用其它常用的生長方法(如真空蒸發(fā)或射頻/直流濺射)在c-BN薄膜上制備金屬接觸，由于這兩種方法中沉積原子能量較低(＜10eV)，使得金屬接觸與c-BN薄膜粘附性差，無法進行下一步的壓焊連線，更無法測量其接觸特性。本發(fā)明所提供的脈沖激光沉積技術(shù)濺射出的粒子其能量達上百電子伏特，沉積的高能金屬粒子與c-BN薄膜在界面充分混合，使所生長的Ti/Au接觸與c-BN薄膜粘附性良好，進一步的高溫退火使Ti/c-BN薄膜界面合金化，從而最終得到粘附良好、接觸電阻低的歐姆接觸。
權(quán)利要求
1.一種在c-BN薄膜上制備良好歐姆接觸的方法，其特征在于，包括如下幾點1)以c-BN薄膜及其上的金屬掩模為襯底；2)用金屬單質(zhì)鈦和金屬單質(zhì)金作激光靶；3)沉積生長時的襯底溫度為Ts；4)沉積生長時的真空度為P；5)沉積生長時的激光功率密度為Ws；6)沉積生長時激光靶與襯底的距離為d；7)金屬接觸為雙層結(jié)構(gòu)，第一層鈦沉積時間為tTi，第二層金沉積時間為tAu；8)生長結(jié)束后，樣品原位退火1小時，退火溫度為Ta；9)用上述的生長工藝條件，在一臺背景真空度為10-7Pa的脈沖激光沉積系統(tǒng)中生長。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在c-BN薄膜上制備良好歐姆接觸的方法，其特征在于，生長所用的脈沖激光沉積系統(tǒng)包括進樣室、沉積室、真空系統(tǒng)、ArF激光器、光路系統(tǒng)和原位薄膜厚度和激光功率測量，其中激光器為ArF激光器，激光波長193nm；最高脈沖頻率10Hz，單脈沖最大功率400mJ，脈沖寬度20ns，激光聚焦面積1mm2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在c-BN薄膜上制備良好歐姆接觸的方法，其特征在于，其中d的取值是d＝30mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在c-BN薄膜上制備良好歐姆接觸的方法，其特征在于，其中Ts的取值是Ts＝300K。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在c-BN薄膜上制備良好歐姆接觸的方法，其特征在于，其中P的取值是P＝1×10-6Pa。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在c-BN薄膜上制備良好歐姆接觸的方法，其特征在于，沉積生長Ti層的工藝條件為Ws＝10J/cm2，tTi＝5分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在c-BN薄膜上制備良好歐姆接觸的方法，其特征在于，在Ti層上沉積Au層的工藝條件為Ws＝12J/cm2，tTi＝60分鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在c-BN薄膜上制備良好歐姆接觸的方法，其特征在于，生長結(jié)束后樣品原位退火1小時，Ta＝800℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導體技術(shù)領域，特別是一種在立方氮化硼薄膜上制備良好歐姆接觸的方法。利用脈沖激光沉積(PLD)技術(shù)在c－BN薄膜上制備Ti/Au雙層接觸，在PLD技術(shù)中，由于激光濺射出的粒子具有較高能量(＞100eV)，使得c－BN/Ti界面原子能充分混合，從而大大提高了Ti/Au接觸在c－BN薄膜上的粘附性。進一步的高溫退火使Ti/c－BN薄膜界面合金化，最終得到粘附良好、接觸電阻低的歐姆接觸。該發(fā)明不僅為實現(xiàn)c－BN基電子器件奠定了基礎，也能應用于其他半導體材料歐姆接觸的制備。
文檔編號C23C14/34GK1917152SQ200510090638
公開日2007年2月21日 申請日期2005年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月18日
發(fā)明者張興旺, 陳諾夫 申請人:中國科學院半導體研究所