專利名稱：一種基于金剛石薄膜場效應(yīng)晶體管歐姆接觸電極的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種基于金剛石薄膜場效應(yīng)晶體管歐姆接觸電極的優(yōu)化制作方法，屬于金剛石膜場效應(yīng)晶體管器件制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氫終端金剛石薄膜擁有ρ型表面導(dǎo)電層，非常適用于作為場效應(yīng)器件的導(dǎo)電溝道層。隨著化學(xué)氣相沉積(CVD)金剛石薄膜生長技術(shù)的發(fā)展，金剛石器件的研究已取得初步成果，例如用金剛石薄膜研制了光電探測器、發(fā)光二極管、核輻射探測器、熱敏電阻器和功率場效應(yīng)晶體管等。金剛石器件作為高溫、高頻和大功率半導(dǎo)體器件，尋找歐姆接觸電極材料、制備高穩(wěn)定和低電阻的歐姆接觸成為研制過程中的重點和關(guān)鍵之一。金剛石是一種寬禁帶半導(dǎo)體材料。一般來說，在寬禁帶半導(dǎo)體上制作歐姆接觸是比較困難的。通常是在金剛石薄膜上沉積一種能和金剛石反應(yīng)生成碳化物的金屬，并經(jīng)過高溫處理，使金屬和金剛石在界面處發(fā)生碳化反應(yīng)生成碳化物。目前金剛石歐姆接觸的電極結(jié)構(gòu)主要采用金的單層體系和鈦-金雙層體系。金具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和抗腐蝕能力，是理想的歐姆接觸材料。但是，實驗表明，金的單層體系熱穩(wěn)定性較差。鈦-金體系中的鈦作為金剛石和金之間的中間層，與金剛石反應(yīng)生成Tic。 TiC的形成雖然增強(qiáng)了附著力，降低了歐姆接觸的電阻率，但是其熱穩(wěn)定性依然不佳。原因是由鈦、金之間的互擴(kuò)散及接觸腐蝕所致，使得歐姆接觸退化。在鈦和金之間引入中間層鉬后，鈦可以和碳反應(yīng)生成TiC，增強(qiáng)表面摻雜，降低表面勢壘；鉬起阻擋層的作用，既能阻擋金向鈦和金剛石中擴(kuò)散，又能阻擋合金時鈦向金中擴(kuò)散，避免鈦擴(kuò)散到金層引起金的電阻升高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在氫終端金剛石薄膜上，設(shè)計制作Ti-Pt-Au三層金屬體系的歐姆電極。本發(fā)明的主要特點在于采用鉬作為金和鈦的中間層，起到了阻擋層的作用，能夠阻擋鈦和金之間的互擴(kuò)散，解決了鈦-金雙層金屬體系中熱穩(wěn)定性不佳的問題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明Ti-Pt-Au三層金屬體系歐姆電極的制備采用如下技術(shù)方案及步驟。本發(fā)明是一種基于金剛石薄膜場效應(yīng)晶體管歐姆接觸電極的制備方法，其特征在于具有以下的制備過程和步驟
a、氫終端金剛石薄膜的制備
利用熱絲輔助化學(xué)氣相沉積(HFCVD)的方法，以丙酮和氫氣為反應(yīng)物在(100)硅片襯底上沉積金剛石薄膜；氫終端金剛石薄膜是通過微波等離子體化學(xué)氣相沉積(MPCVD)工藝得到的；在MPCVD系統(tǒng)中，只通入氫氣，微波使輸入其中的氫氣氣體放電擊穿形成氫等離子體球，將金剛石薄膜浸沒，氫等離子體中的氫通過化學(xué)鍵在金剛石薄膜表面形成懸掛鍵的終端，從而使薄膜表面碳原子鈍化；最終得到氫終端金剛石薄膜；
b、金屬Ti的制備
采用Ti靶，使用直流磁控濺射方法在金剛石薄膜上濺射金屬Ti，系統(tǒng)的本底真空 2X ΙΟ"4到5X KT4Pa ；濺射的工作氣體是Ar氣體，Ar的流量為10到15標(biāo)準(zhǔn)毫升/分； 總氣壓在0. 3-0. SPa ；濺射功率一般為100-300W ；濺射時間為12-15分鐘；Ti層厚度為 40-60nm ；
c、金屬Pt和Au的制備
采用Pt靶，通過離子濺射法在Ti層上制備金屬層Pt。濺射過程中，工作氣壓為 0. 75-0. 85Pa，離子流1. 8_2mA，濺射時間為12-15分鐘，Pt層厚度40-60nm ；濺射完成后，再采用Au靶，通過相同的工藝參數(shù)在Pt層上面濺射Au，Au層的厚度為120-160nm ；
d、退火
采用傳統(tǒng)的退火工藝，將制作好的電極在氮氣氛下退火；退火溫度為350-450°C，時間為10-20分鐘；最終制得氫終端金剛石薄膜上的Ti-Pt-Au三層歐姆電極。本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，有如下顯著優(yōu)點
(1)本發(fā)明采用Pt作為金和鈦的中間層，起到了阻擋層的作用，能夠阻擋鈦和金之間的互擴(kuò)散。(2)由于金和鉬之間的互擴(kuò)散被抑制，使得歐姆電極的熱穩(wěn)定性得到了很大的提
尚ο


圖1為本發(fā)明Ti-Pt-Au三層金屬體系歐姆電極的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式現(xiàn)將本發(fā)明的具體實施例敘述于后。 實施例本實施例中的具體制備過程和步驟如下所述 一、氫終端金剛石薄膜的制備
利用熱絲輔助化學(xué)氣相沉積(HFCVD)的方法，以丙酮和氫氣為反應(yīng)物在(100)硅片襯底上沉積金剛石薄膜。成核期的反應(yīng)氣壓是lKPa。丙酮氫氣=40 :130 (體積流量比)，襯底溫度為600°C，反應(yīng)時間0.證。生長期的反應(yīng)氣壓5KPa。丙酮氫氣=40 :160(體積流量比)，襯底溫度為650°C，反應(yīng)時間12h。氫終端金剛石薄膜是通過氫微波等離子體濺射工藝得到的。在MPCVD系統(tǒng)，真空抽到5-7Pa，然后通入氫氣，氫氣流量為100標(biāo)準(zhǔn)毫升/分，氣壓調(diào)節(jié)到2-3kpa，微波功率為^OOW,時間證。二、金屬Ti的制備
采用Ti靶，使用直流磁控濺射方法在金剛石薄膜上濺射金屬Ti，系統(tǒng)的本底真空 4 X IO-4Pa ；濺射的工作氣體是Ar氣體，Ar的流量為10標(biāo)準(zhǔn)毫升/分；總氣壓為0. 5Pa ；減射功率為100W ；濺射時間15分鐘；Ti層厚度為50nm。三、金屬Pt層和Au層的制備采用Pt靶，通過離子濺射法在Ti上制備金屬層Pt。濺射過程中，工作氣壓0. 8Pa，離子流1. 8mA，濺射時間為15分鐘，Pt層厚度50nm。濺射完成后，再采用Au靶，通過相同的工藝參數(shù)在Pt層上面濺射Au，Au層的厚度為150nm。四、退火
采用傳統(tǒng)的退火工藝，將制作好的電極在氮氣氛下退火。退火溫度為400°C，時間為15 分鐘。最終制得氫終端經(jīng)那個是薄膜上的Ti-Pt-Au三層歐姆電極。對Ti-Pt-Au三層金屬體系歐姆電極進(jìn)行性能測試，結(jié)果顯示能獲得線性度極高的IV測試曲線，相對于退火前薄膜漏電流顯著降低，電阻率得到明顯改善，使器件性能得到提高。圖1為本發(fā)明Ti-Pt-Au三層金屬體系歐姆電極結(jié)構(gòu)示意圖。圖中可見，在氫終端金剛石薄膜表面上設(shè)有二側(cè)源電極和漏電極。中間設(shè)有鋁柵電極；源、漏電極均為 Ti-Pt-Au三層金屬體系歐姆電極。
權(quán)利要求
1. 一種基于金剛石薄膜場效應(yīng)晶體管歐姆接觸電極的制備方法，其特征在于具有以下的制備過程和步驟a、氫終端金剛石薄膜的制備利用熱絲輔助化學(xué)氣相沉積(HFCVD)的方法，以丙酮和氫氣為反應(yīng)物在(100)硅片襯底上沉積金剛石薄膜；氫終端金剛石薄膜是通過微波等離子體化學(xué)氣相沉積(MPCVD)工藝得到的；在MPCVD系統(tǒng)中，只通入氫氣，微波使輸入其中的氫氣氣體放電擊穿形成氫等離子體球，將金剛石薄膜浸沒，氫等離子體中的氫通過化學(xué)鍵在金剛石薄膜表面形成懸掛鍵的終端，從而使薄膜表面碳原子鈍化；最終制得氫終端金剛石薄膜；b、金屬Ti的制備采用Ti靶，使用直流磁控濺射方法在氫終端金剛石薄膜上濺射金屬Ti，系統(tǒng)的本底真空2 X10-4到5X KT4Pa ；濺射的工作氣體是Ar氣體，Ar的流量為10到15標(biāo)準(zhǔn)毫升/ 分；總氣壓在0. 3-0. SPa ；濺射功率一般為100-300W ；濺射時間為12-15分鐘；Ti層厚度為 40-60nm ；c、金屬Pt和Au的制備采用Pt靶，通過離子濺射法在Ti層上制備金屬層Pt ；濺射過程中，工作氣壓為 0. 75-0. 85Pa，離子流1. 8_2mA，濺射時間為12-15分鐘，Pt層厚度40-60nm ；濺射完成后，再采用Au靶，通過相同的工藝參數(shù)在Pt層上面濺射Au，Au層的厚度為120-160nm ；d、退火采用傳統(tǒng)的退火工藝，將制作好的電極在氮氣氛下退火；退火溫度為350-450°C，時間為10-20分鐘；最終制得氫終端金剛石薄膜上的Ti-Pt-Au三層歐姆電極。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于金剛石薄膜場效應(yīng)晶體管歐姆接觸電極的制備方法。屬于金剛石膜場效應(yīng)晶體管器件制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的要點是利用磁控濺射和離子濺射方法在金剛石薄膜上沉積制備Ti-Pt-Au三層金屬體系，并在氮氣氣氛下退火，形成歐姆接觸電極。本發(fā)明的三層Ti-Pt-Au歐姆電極是有較高的IV性能、較低的薄膜漏電流，其電阻率得到明顯改善、使器件的性能得到提高。
文檔編號H01L21/28GK102403209SQ20111035337
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月10日
發(fā)明者唐可, 夏義本, 莊曉鳳, 張繼軍, 曾慶鍇, 潘瀟雨, 王林軍, 黃健 申請人:上海大學(xué)