專利名稱：一種化合物半導(dǎo)體的金屬化結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種化合物半導(dǎo)體的金屬化結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，化合物半導(dǎo)體在微電子學(xué)和光電子學(xué)領(lǐng)域中發(fā)揮的作用越來越巨大。以碲鎘汞(HgCdTe)、銻化銦(InSb)、銦鎵砷(InGaAs)等化合物半導(dǎo)體為基礎(chǔ)材料制備的紅外焦平面陣列已成為當(dāng)今紅外探測器發(fā)展的主流。此類紅外焦平面探測器在目標(biāo)搜尋、導(dǎo)彈預(yù)警探測、情報偵察等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。InGaAs, InSb是典型的II1-V族化合物半導(dǎo)體，HgCdTe是典型的I1- VI族化合物半導(dǎo)體。在半導(dǎo)體器件工藝中，每個半導(dǎo)體器件都需要金屬化，從而形成金屬和半導(dǎo)體的歐姆接觸，以實現(xiàn)良好的電特性，用于紅外探測器制備的化合物半導(dǎo)體器件也不例外。但是紅外探測器會工作在許多惡劣的環(huán)境下，比如高壓力、高真空等宇航太空環(huán)境中，金屬化結(jié)構(gòu)可能與化合物半導(dǎo)體分離，導(dǎo)致器件失效。因此，對用于紅外探測器的金屬化結(jié)構(gòu)提出了更嚴格的要求，就是既要滿足可以形成小的歐姆電阻的電學(xué)特性要求，又要滿足能與化合物半導(dǎo)體有穩(wěn)定的力學(xué)接觸的要求。在夏普公司，專利號86108717中，指出了一種GaAlAs等化合物半導(dǎo)體底板上，先形成鈦膜，再形成一層以金為主的合金層。此方法的不足是:鈦膜是傳統(tǒng)硅工藝常用的金屬化打底層材料。鈦膜線膨脹系數(shù)與硅，鍺等單質(zhì)半導(dǎo)體匹配，但與大多數(shù)化合物半導(dǎo)體材料的熱膨脹系數(shù)不匹配，加之鈦為難溶金屬，很難和化合物半導(dǎo)體形成合金。雖然此方法在合金化后可以形成了良好的歐姆接觸，但是金屬化結(jié)構(gòu)與底板之間的附著力不好，可靠性不聞。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種化合物半導(dǎo)體的金屬化結(jié)構(gòu)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中金屬化結(jié)構(gòu)與底板之間的附著力不好，可靠性不高的問題。具體地，本發(fā)明提供的化合物半導(dǎo)體的金屬化結(jié)構(gòu)，包括:化合物半導(dǎo)體襯底，以及自化合物半導(dǎo)體襯底向上依次制備的第一層金屬薄膜、第二層金屬薄膜、第三層金屬薄膜和電極層金屬薄膜，形成化合物半導(dǎo)體的金屬化層狀結(jié)構(gòu)；其中，各層金屬薄膜的厚度均小于I Pm，且各層金屬薄膜的總厚度小于2pm;且所述第一層金屬薄膜的材料為與化合物半導(dǎo)體襯底材料的共晶點在150°C 450°C范圍內(nèi)的金屬材料；所述第二層金屬薄膜的材料為激活能在150kJ/mol 500kJ/mol范圍內(nèi)的金屬材料；所述第三層金屬薄膜的材料為與第二層金屬薄膜材料和電極層金屬薄膜材料在硬度和彈性模量兩個力學(xué)參數(shù)上相匹配的金屬材料。可選地，本發(fā)明所述化合物半導(dǎo)體的金屬化結(jié)構(gòu)中，所述第三層金屬薄膜的厚度大于所述第二層金屬薄膜和所述電極層金屬薄膜的厚度。
可選地，本發(fā)明所述化合物半導(dǎo)體的金屬化結(jié)構(gòu)中，所述第一層金屬薄膜的厚度為200 6000埃；所述第二層金屬薄膜的厚度為100 3000埃；所述第三層金屬薄膜的厚度為200 6000埃；所述電極層金屬薄膜的厚度為100 3000埃?？蛇x地，本發(fā)明所述化合物半導(dǎo)體的金屬化結(jié)構(gòu)中，所述電極層金屬薄膜的材料為電導(dǎo)率大于3.0X IO7S m S且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的金屬材料。可選地，本發(fā)明所述化合物半導(dǎo)體的金屬化結(jié)構(gòu)中，所述第一層金屬薄膜的材料為N1、In、Ge、Al或Au ;所述第二層金屬薄膜的材料為Au、Pt、Ti或Cr ;所述第三層金屬薄膜的材料為Pd或Ni ;所述電極層金屬薄膜的材料為Au或Pt?？蛇x地，本發(fā)明所述化合物半導(dǎo)體的金屬化結(jié)構(gòu)中，所述第一層金屬薄膜、第二層金屬薄膜、第三層金屬薄膜和電極層金屬薄膜通過離子束濺射設(shè)備制備得到?？蛇x地，本發(fā)明所述化合物半導(dǎo)體的金屬化結(jié)構(gòu)中，所述離子濺射設(shè)備制備各層金屬薄膜時在同一真空腔室內(nèi)、同一真空度下制備?？蛇x地，本發(fā)明所述化合物半導(dǎo)體的金屬化結(jié)構(gòu)中，通過所述離子束濺射設(shè)備濺射各層金屬薄膜結(jié)束·后，進行真空熱處理；其中，真空熱處理時，退火溫度為250°C 400°C，保溫時間30min 2h。本發(fā)明有益效果如下:本發(fā)明所述技術(shù)方案消除了化合物半導(dǎo)體的金屬化結(jié)構(gòu)出現(xiàn)膜基分離的現(xiàn)象，實現(xiàn)了化合物半導(dǎo)體金屬化結(jié)構(gòu)即具有良好的電學(xué)特性，又具有穩(wěn)定的力學(xué)特性，大大提高了化合物半導(dǎo)體器件的可靠性，大大提高了紅外探測器的成品率，結(jié)構(gòu)簡單，重復(fù)性好。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明提供的一種化合物半導(dǎo)體的金屬化結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。為了解決紅外探測器工作在許多惡劣的環(huán)境下，金屬化結(jié)構(gòu)可能與化合物半導(dǎo)體分離，導(dǎo)致器件失效的問題，本發(fā)明提供一種化合物半導(dǎo)體的金屬化結(jié)構(gòu)，其通過膜層組分設(shè)計、膜層厚度設(shè)計，優(yōu)選地，還通過生長金屬薄膜的設(shè)備選擇及后續(xù)熱處理設(shè)計等多個方面進行技術(shù)改進，實現(xiàn)了化合物半導(dǎo)體器件的金屬化結(jié)構(gòu)既具備良好電學(xué)特性，又具備穩(wěn)定的力學(xué)結(jié)合強度。下面就通過幾個具體實施例對本發(fā)明所述的化合物半導(dǎo)體的金屬化結(jié)構(gòu)進行詳細說明。實施例一
本發(fā)明實施例提供一種化合物半導(dǎo)體的金屬化結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包括:化合物半導(dǎo)體襯底110，以及自化合物半導(dǎo)體襯底110向上依次制備的第一層金屬薄膜120、第二層金屬薄膜130、第三層金屬薄膜140和電極層金屬薄膜150，形成化合物半導(dǎo)體的金屬化層狀結(jié)構(gòu)；其中，各層金屬薄膜的厚度均小于I Pm，且各層金屬薄膜的總厚度小于2 ym。具體地，第一層金屬薄膜120的主要作用就是與化合物半導(dǎo)體襯底形成良好的歐姆接觸，因此就需要選擇一種易于和化合物半導(dǎo)體形成合金的金屬材料，即選擇的金屬材料與化合物半導(dǎo)體的共晶點低即可滿足要求。對此，本發(fā)明實施例中，選取第一層金屬薄膜的材料為與化合物半導(dǎo)體襯底材料的共晶點在150°C 450°C范圍內(nèi)的金屬材料；第二層金屬薄膜130的主要作用不是和第一層金屬薄膜120形成合金層，而是與第一層金屬薄膜120和第三層金屬薄膜140形成互擴散，以提高膜層和基底之間的結(jié)合強度，就要選擇激活能低的金屬材料。對此，本發(fā)明實施例中，選取第二層金屬薄膜的材料為激活能在150kJ/mol至500kJ/mol范圍內(nèi)的金屬材料。第三層金屬薄膜140的主要作用是防止電極層金屬薄膜向第二層金屬薄膜擴散，對此，第三層金屬薄膜的厚度要比第二層金屬膜層和電極層金屬膜層厚。此外，第三層金屬薄膜的材料選取還要實現(xiàn)與第一、二層金屬薄膜與電極層金屬薄膜之間在硬度和彈性模量兩個力學(xué)參數(shù)的匹配。第四層金屬薄膜150的作用就是實現(xiàn)良好的電連接，所以選擇電導(dǎo)率大于
3.0X IO7S nT1,并且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的金屬。實施例二本發(fā)明實施例提供一種化合物半導(dǎo)體的金屬化結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)圖繼續(xù)如圖1所示，該實施例是從制備工藝、各金屬層的 材料及厚度選取的角度，對實施例一所述金屬化結(jié)構(gòu)的進一步闡述。本實施例中為了制備出表面形貌平坦的金屬化結(jié)構(gòu)，對后續(xù)工藝的展開有好處，故選擇采用離子束濺射設(shè)備制備各金屬層。具體地，在制備化合物半導(dǎo)體的金屬化結(jié)構(gòu)時，利用離子束濺射設(shè)備在化合物半導(dǎo)體襯底上，自下向上依次生長:第一層金屬薄膜，最佳厚度200至6000埃,可選材料可以但不限于為N1、In、Ge、Al、Au 等；第二層金屬薄膜，最佳厚度100至3000埃,可選材料可以但不限于為Au、Pt、T1、Cr等；第三層金屬薄膜，最佳厚度200至6000埃,可選材料可以但不限于為Pd、Ni等；以及，電極層金屬薄膜，最佳厚度100至3000埃,可選材料可以但不限于為Au和Pt等。上述第一層金屬薄膜、第二層金屬薄膜、第三層金屬薄膜和電極層金屬薄膜均是在同一真空腔室內(nèi)、同一真空度下離子束濺射制得。在各金屬層濺射制備結(jié)束后，優(yōu)選地，進行真空熱處理操作。在進行真空熱處理操作時，考慮到第一層金屬薄膜與化合物半導(dǎo)體襯底的共晶點低，且又要防止電極層金屬薄膜在其他金屬膜層中過擴散影響電學(xué)特性，因此真空熱處理時，退火溫度不易過高，退火溫度不易過長，本實施例給出最佳退火溫度為250°C至400°C，最佳保溫時間30分鐘至2小時。綜上所述，本發(fā)明實施例所述的化合物半導(dǎo)體的金屬化結(jié)構(gòu)，消除了膜基分離的現(xiàn)象，實現(xiàn)了化合物半導(dǎo)體金屬化結(jié)構(gòu)即具有良好的電學(xué)特性，又具有穩(wěn)定的力學(xué)特性，大大提高了化合物半導(dǎo)體器件的可靠性，大大提高了紅外探測器的成品率，結(jié)構(gòu)簡單，重復(fù)性好。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含 這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種化合物半導(dǎo)體的金屬化結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括:化合物半導(dǎo)體襯底，以及自化合物半導(dǎo)體襯底向上依次制備的第一層金屬薄膜、第二層金屬薄膜、第三層金屬薄膜和電極層金屬薄膜，形成化合物半導(dǎo)體的金屬化層狀結(jié)構(gòu)； 其中，各層金屬薄膜的厚度均小于I U m,且各層金屬薄膜的總厚度小于2 u m ;所述第一層金屬薄膜的材料為與化合物半導(dǎo)體襯底材料的共晶點在150°C 450°C范圍內(nèi)的金屬材料；所述第二層金屬薄膜的材料為激活能在150kJ/mol 500kJ/mol范圍內(nèi)的金屬材料；所述第三層金屬薄膜的材料為與第二層金屬薄膜材料和電極層金屬薄膜材料在硬度和彈性模量兩個力學(xué)參數(shù)上相匹配的金屬材料。
2.如權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體的金屬化結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第三層金屬薄膜的厚度大于所述第二層金屬薄膜和所述電極層金屬薄膜的厚度。
3.如權(quán)利要求2所述的化合物半導(dǎo)體的金屬化結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一層金屬薄膜的厚度為200 6000埃；所述第二層金屬薄膜的厚度為100 3000埃；所述第三層金屬薄膜的厚度為200 6000埃；所述電極層金屬薄膜的厚度為100 3000埃。
4.如權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體的金屬化結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電極層金屬薄膜的材料為電導(dǎo)率大于3.0X IO7S nT1，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的金屬材料。
5.如權(quán)利要求1至4中任意一項所述的化合物半導(dǎo)體的金屬化結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一層金屬薄膜的材料為N1、In、Ge、Al或Au ;所述第二層金屬薄膜的材料為Au、Pt、Ti或Cr ;所述第三層金屬薄膜的材料為Pd或Ni ;所述電極層金屬薄膜的材料為Au或Pt。
6.如權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體的金屬化結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一層金屬薄膜、第二層金屬薄膜、第三層金屬薄膜和電極層金屬薄膜通過離子束濺射設(shè)備制備得到。
7.如權(quán)利要求6所述的在化合物半導(dǎo)體的金屬化結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述離子濺射設(shè)備制備各層金屬薄膜時在同一真空腔室內(nèi)、同一真空度下制備。
8.如權(quán)利要求6或7所述的化合物半導(dǎo)體的金屬化結(jié)構(gòu)，其特征在于，通過所述離子束濺射設(shè)備濺射各層金屬薄膜結(jié)束后，進行真空熱處理；其中，真空熱處理時，退火溫度為250°C 400°C，保溫時間 30min 2h。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種化合物半導(dǎo)體的金屬化結(jié)構(gòu)，包括化合物半導(dǎo)體襯底，以及自襯底向上依次制備的第一層金屬薄膜、第二層金屬薄膜、第三層金屬薄膜和電極層金屬薄膜，形成金屬化層狀結(jié)構(gòu)；其中，各層金屬薄膜的厚度均小于1μm，且各層金屬薄膜的總厚度小于2μm；第一層金屬薄膜的材料為與化合物半導(dǎo)體襯底材料的共晶點在150～450℃范圍內(nèi)的金屬材料；第二層金屬薄膜的材料為激活能在150～500kJ/mol范圍內(nèi)的金屬材料；第三層金屬薄膜的材料為與第二層金屬薄膜材料和電極層金屬薄膜材料在硬度和彈性模量兩個力學(xué)參數(shù)上相匹配的金屬材料。本發(fā)明實現(xiàn)了化合物半導(dǎo)體器件的金屬化結(jié)構(gòu)既具備良好電學(xué)特性，又具備穩(wěn)定的力學(xué)結(jié)合強度。
文檔編號H01L31/0224GK103227214SQ20131013095
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月16日
發(fā)明者史夢然, 趙建忠, 曹雪峰, 孫浩 申請人:中國電子科技集團公司第十一研究所