專利名稱：用于半導體結構的歐姆觸點的制作方法
技術領域：
背景技術：
在現今制作的幾乎每一種消費性和商業電子裝置中均能找到半導體裝置。其寬范圍用途包含諸如二極管和晶體管等單一分立裝置以及可包含在單一半導體襯底上互連的數百萬個半導體裝置的集成電路。用于半導體裝置制造的新材料的發現以及新的半導體裝置制造方法的開發繼續改進該等裝置的效率，也擴展了其已經寬范圍的實際應用。發光二極管(LED)是廣泛用于消費性和商業應用中的半導體裝置的一個實例。LED含有若干半導體材料，其包含P摻雜半導體材料、η摻雜半導體材料和這兩種材料之間的結。如在正常二極管中，電流容易地從P側(或陽極)流動到η側(或陰極)，而不會沿相反方向流動。當電壓以正確極性施加到半導體結構時，結受到正向偏壓，且電荷載子、電子和電洞流入結中。當電子在移出η摻雜區并進入結中時遇到電洞，其降至較低能級，并以發射光的形式釋放能量。所發射光的波長且因此其色彩取決于形成結的材料的帶隙能量。有時η摻雜和P摻雜半導體材料可包含不同半導體材料的多個層。有時將有源層夾于η摻雜半導體材料與P摻雜半導體材料之間，從而允許當電子移動穿過結時進一步控制所發射光子的波長(例如色彩)以及所發射光子的數量(例如亮度)。有源層本身可包含各種半導體材料的若干層，且有時可含有若干發光層。具有包括一個以上發光層的有源層的LED通常稱為多重阱(MW)LED或多重量子阱(MQW)LED。與此相比，在有源層中具有單一發光層的LED稱為雙重異質結構(DH)LED或單一量子阱(SQW) LED。為了利用半導體結構作為半導體裝置，電必須能夠到達結構；例如，必須能夠跨越所述結構施加電壓。由于電位和相應的電流通常穿過金屬介質轉移，因此需要金屬介質與半導體結構之間的連接以能夠將電壓施加到所述結構。觸點是半導體結構的區域，所述區已經制備以充當半導體結構與金屬介質之間的連接。觸點具有低電阻，隨時間在各種溫度下穩定，且當隨時間經受各種電氣條件時也穩定，其對于半導體裝置的性能和可靠性來說是至關重要的。其它所要的性質包含平滑的表面形態、制造簡單、高生產良率、良好的耐腐蝕性和對半導體良好的粘附。理想的觸點對半導體結構的性能沒有影響，此意味著其具有零電阻且在半導體結構與金屬之間沒有電壓降的情況下輸送所需的電流，且還意味著施加到觸點的電壓與結構中所產生的電流之間的關系是完美線性。實際上，觸點通常必定會具有一些電阻，但提供近似線性電壓-電流關系且呈現低電阻的觸點是所要的。這些觸點稱為歐姆觸點。當兩個固體彼此接觸放置時，除非每一固體均具有相同的電化學電位(也稱為功函數)，否則電子將從一個固體流動到另一固體直到達到平衡，在兩個固體之間形成電位(稱為接觸電位)。接觸電位可使兩個固體之間的連接具有絕緣性質，且是諸如在二極管中的整流等現象的根本原因。接觸電位使得電壓-電流關系為非線性的，且因此兩個固體之間的連接偏離理想歐姆觸點性質。一般來說，為了產生具有最低電阻且具有最佳線性且對稱的電壓-電流關系的歐姆觸點，正在尋求功函數與待形成歐姆觸點的特定半導體材料的功函數接近的材料。在半導體結構(包含待變成LED的結構)上制造歐姆觸點的傳統方法設計將一種或一種以上各種材料沉積到結構上，以便所述一種或一種以上材料僅觸及半導體結構的特定部分。通常，如此沉積到半導體上的材料尚不能形成歐姆觸點，因為每一材料的功函數之間的關系使得形成不想要的接觸電位。因此，沉積步驟接著是退火工藝以在化學上改變材料，此可相應地改變其功函數。在退火期間，所沉積層和半導體結構的鄰接部分的原子發生擴散，此使得材料混合到不同程度，此基本上使所沉積層成為半導體結構的一部分而仍允許其保持其基本物理形狀。通過允許原子的重新定位，退火使得能夠形成具有不同于最初所沉積層或結構的鄰接部分的性質的新化學物質，且優選使得半導體結構的新形成部分具有所要的歐姆觸點性質。盡管退火對于形成歐姆觸點來說通常是必需的，但高溫可將熱缺陷引入到半導體結構中，此在所得半導體裝置中導致不利影響，例如差的性能和差的操作·壽命。另外，高溫可引起觸點的表面特征(表面形態)的不想要變化(例如形成珠粒和斑點)，此易于使得更難以電氣連接到歐姆觸點且效率較低。高溫的不利影響因較長時間暴露于這些溫度而加劇。因此，正在尋求在半導體結構上形成歐姆觸點的組合物和方法，其可操作較短時間退火且不需要高溫退火。舉例來說，用于LED半導體裝置和其它半導體裝置中的常用半導體是氮化鎵(GaN)，經常發現其作為半導體結構中的η摻雜和/或ρ摻雜材料的層。通常尋求使用GaN的特定層(例如η摻雜GaN(n-GaN))形成歐姆觸點。穩定的金屬_n_GaN系統對于完成含有n-GaN的半導體裝置(包含LED)來說是必要的。通過使鈦(Ti)、隨后鋁(Al)沉積到半導體結構上制作的觸點在含有n-GaN的半導體裝置(Ti/ΑΙ-雙層)中最普遍。然而，Ti/Al-雙層系統在中間溫度范圍熱退火之后易于傾向于轉化成不所要的高電阻觸點。此可能是由于在Al上形成氧化鋁(Al2O3)的緣故，此導致接觸電阻增加。此變化能是由于在退火工藝期間形成氮化鈦(TiN)的緣故。Ti/Al-雙層系統可轉化成歐姆觸點且當在較高溫度下退火時呈現可為約10_5Qcm2到10_6Qcm2的比接觸電阻。然而，在高溫下的退火可導致半導體裝置性能和可靠性退化，這是因為Al具有低熔點(約660°C )且在退火期間易于滾成球。因此，大多數基于Ti/Al-雙層的觸點的表面形態極為粗糙。另外，對半導體結構施加高溫引入熱缺陷，此也可造成半導體裝置的性能退化
發明內容
在圖式中，未必按比例繪制，貫穿若干視圖，相同編號可描述實質上類似組件。所述圖式大體上以實例方式而非以限制方式圖解說明論述于本文中的各個實施例和實例。圖I圖解說明待變成多個LED半導體裝置的半導體結構100的二維端視圖。圖2圖解說明待變成多個LED半導體裝置的半導體結構100的三維視圖。
圖3圖解說明待變成多個LED半導體裝置的半導體結構100的三維近視圖。圖4圖解說明Al-Ti 二元合金相圖。圖5圖解說明在半導體結構上形成歐姆觸點的方法，其使用Ti材料、隨后Al材料，接著實施退火。圖6圖解說明本發明用于在半導體結構上形成歐姆觸點的組合物和方法的特定實施例，其包括TiAlxNy材料，隨后實施退火。圖7圖解說明本發明用于在半導體結構上形成歐姆觸點的組合物和方法的特定實施例，其使用TiAl3材料，隨后實施退火。圖8圖解說明本發明在半導體結構上形成歐姆觸點的組合物和方法的特定實施例，其使用TiAlxNy材料、隨后Al材料，接著實施退火。 圖9圖解說明本發明在半導體結構上形成歐姆觸點的組合物和方法的特定實施例，其使用TiAl3材料、隨后Al材料，接著實施退火。
具體實施例方式本發明提供用于在半導體結構上形成歐姆觸點的組合物。所述組合物包含TiAlxNy材料。TiAlxNy材料至少部分地與半導體結構鄰接。半導體結構包含至少一種半導體材料變量X和y不同時等于零。當變量y等于零時，X不等于I。本發明提供用于在半導體結構上形成歐姆觸點的方法。所述方法包含提供半導體結構。所述半導體結構包含η摻雜GaN材料。方法還包含沉積TiAlxNy材料。鄰接于η摻雜GaN材料的至少一部分沉積TiAlxNy材料。TiAlxNy材料為大約200埃到2000埃厚。變量X和y不同時等于零。當變量y等于零時,變量X不等于I。方法還包含使半導體結構和TiAlxNy材料退火。在大約660°C到880°C或小于大約660°C到880°C下實施退火。退火實施大約30秒到60秒的持續時間。本發明提供用于在半導體結構上形成歐姆觸點的方法。方法包含提供半導體結構。半導體結構包含η摻雜GaN材料。方法包含沉積TiAlxNy材料。鄰接于η摻雜GaN的至少一部分沉積TiAlxNy材料。TiAlxNy材料為大約50埃到200埃厚。變量χ和y不同時等于零。當變量y等于零時，變量χ不等于I。方法還包含沉積鋁材料。鄰接于TiAlxNy材料的至少一部分沉積鋁材料。沉積鋁材料以便TiAlx材料在鋁材料與η摻雜GaN材料之間。鋁材料為大約1000埃厚。方法還包含使半導體結構和TiAlxNy材料和鋁材料退火。在大約660°C或小于大約660°C下實施退火。退火實施大約30秒到60秒的持續時間。本發明在各個實施例中提供用于在半導體結構上形成歐姆觸點的組合物和方法。在各個實施例中，所述組合物包含TiAlxNy材料。TiAlxNy材料至少部分地與半導體結構鄰接。TiAlxNy可為TiAJ。組合物可包含鋁。鋁可鄰接TiAlxNy的至少一部分，以便TiAlxNy在鋁與半導體結構之間。方法包含使組合物退火以在半導體結構上形成歐姆觸點。本發明涉及用于在半導體結構上形成歐姆觸點的組合物和方法。當闡述組合物和方法時，除非另外說明，否則以下術語具有以下意義。如本文所用，術語“鄰接”是指物理觸及或接觸的區域。如本文所用，術語“鄰接”是指任何程度的物理觸及或接觸。如本文所用，術語“歐姆觸點”是指提供近似線性電壓-電流關系且呈現低電阻的觸點。歐姆觸點可用于將電位連接到半導體結構或半導體裝置。歐姆觸點可認為是在半導體結構上，且其也可認為是半導體結構的一部分。如本文所用，術語“半導體裝置”是指準備用于預期用途的半導體結構，例如準備用作電子裝置組件，以及例如準備在集成電路中作為組件起作用。此術語可指(但不限于)制造狀態，其中對于半導體裝置的預期操作來說必要的所有半導體材料層處于適當位置且必要時已經退火，已實施必要的鈍化，且已在半導體結構上形成必要的觸點以使得能夠跨越結構施加所要的電位。此術語可指多個半導體裝置，且指準備用于其預期用途的多個半導體結構。如本文所用，術語“半導體材料”是指包含(但無需排外地)一種或一種以上化學化合物，所述化學化合物當為純的時，其導電性介于導體與絕緣體的導電性之間。半導體材料可未經摻雜、η摻雜或ρ摻雜，且包含(但不限于)(在其摻雜前或摻雜后的狀態下)以下中的至少一者GaN、InGaN, AlGaN, AlGaInN, InN、GaAs, AlGaAs, AlGaAs, GaAsP、AlGaInP、GaP、AlGaP、ZnSe, SiC、Si、金剛石、BN、AIN、MgO, SiO、ZnO, LiAlO2' SiC、Ge、InAs, InAt、InP、C、Ge、SiGe、Al Sb、AlAs、AlP、BP、BAs、GaSb、InSb、AlzGa1^zAs、InGaAs、InzGa1^zAs、InGaP、AlInAs、AlInSb、GaAsN、AlGaP、AlGaP、InAsSb、InGaSb、AlGaAsP、AlInAsP、AlGaAsN、InGaAsN, InAlAsN、GaAlAsN、GaAsSbN, GaInNAsSb 或 GaInAsSbP。如本文所用，術語“半導體結構”是指(但不限于)至少一個半導體材料層，但也可指多個半導體材料層，所述層待變成半導體裝置。一旦制造工藝完成，即可出現變成半導體裝置的狀態。術語“半導體結構”也可指處于制造的中間階段的一個或一個以上半導體裝置。此術語可指(但不限于)待變成多個半導體裝置的一個或一個以上半導體材料層。當所述結構包含至少一個半導體材料層或多個半導體材料層，且所述結構還包含出于形成歐姆觸點的目的與至少一個半導體材料層鄰接的其它材料的層時，那么此術語也涵蓋待變成半導體裝置的所述結構。如本文所用，化學式“TiAlxNy”是指(但不限于)鈦(Ti)與鋁(Al)與氮(N)的摩爾比為I : χ y的化合物，其中χ和y可各自獨立地等于零。化學式也可另外或者是指(但不限于)Ti與Al與N的摩爾比為I : χ y的元素鈦、鋁和氮的混合物，其中鈦、鋁和氮的原子并未鍵結在一起作為具有化學式TiAlxNy的化合物，而是作為均質、半均質或非均質混合物存在；在此情形下，鈦、鋁和/或氮的原子可以但未必化學鍵結在一起作為化合物，所述化合物未必相同，所述化合物可以但未必以相同比例包含所有三種這些元素，所述化合物可以但未必是有意形成的，且所述化合物可以但未必暫時或永久存在。在一些實施例中，χ和另外或者I在整個TiAlxNy材料中并非是一致的值。因此，在一些實施例中，在一些位置中的TiAlxNy材料相對于其它位置中的TiAlxNy材料，χ或y可具有在某些范圍內的值，而非具有確切的值。在指定χ或y的值的一些實施例中，值的指定不僅涵蓋在整個材料中χ或y —致地等于指定值的實施例，而且涵蓋當TiAlxNy材料的組合物對其整體進行取樣時χ或y的值平均約為指定值的實施例。相應地，在禁止χ與y的一對特定值的實施例中，不禁止其中在TiAlxNy材料內可發現具有所禁止的數值對的TiAlxNy試樣的實施例，而僅禁止以下實施例其中TiAlxNy材料在整個所述材料中一致地具有所禁止的χ和y的數值對，或其中當組合物TiAlxNy材料對其整體進行取樣時，TiAlxNy材料具有所禁止的χ和y的數值對作為χ和y的平均值。
現將詳細參考本發明的某些實施例，在所附結構和式中圖解說明其實例。盡管將結合所列舉的權利要求來闡述本發明，但應了解其并非意欲將本發明限定于這些權利要求。與此相反，本發明意欲涵蓋可包含于由權利要求所界定的本發明范圍內的所有替代、修改和等效物。在說明書中提及“一個實施例”、“實施例”、“實例性實施例”等表示所闡述的實施例可包含特定特征、結構或特性，但每一個實施例不一定包含所述特定特征、結構或特性。而且，此些片語未必是指同一個實施例。此外，當結合實施例闡述特定特征、結構或特性時，認為無論是否明確闡述，影響結合其它實施例所闡述的此特征、結構或特性在所屬領域的技術人員的知識范圍內。在一些實施例中，本發明提供用于在半導體結構上形成歐姆觸點的組合物，其包括至少部分地與半導體結構鄰接的TiAlxNy材料,其中χ和y不同時等于零。本發明的一些實施例可為包含至少一種半導體材料的半導體結構。本發明的一些實施例可為待變成一個或一個以上半導體裝置用于電路(包含集成電路)和用于半導體裝置的任何應用的半導體·結構。在本發明的一些實施例中，所主張的半導體結構待變成的半導體裝置的類型不受限制，且包含(但不限于)任一種或一種以上晶體管，包含MOSFET (金屬氧化物半導體場效應晶體管)；任何MOS裝置；任何二極管(一種通常僅在一個方向上傳導電流的裝置)，包含所有類型的LED;集成電路(含有小型化電子電路的多個半導體裝置)；微處理器；和存儲器，包含RAM(隨機存取存儲器)和ROM(只讀存儲器)存儲器。在本發明的一些實施例中，TiAlxNy和或者或另外半導體結構可含有一些化學雜質，使得在那些實施例中，TiAlxNy可含有或可不含一些不是Ti、Al或N的化學元素，且半導體結構可含有或可不含一些不是半導體材料的化學元素，且鋁(如果存在)可含有或可不含一些不是鋁的化學元素。在這些實施例中，為了參考TiAlxNy或為半導體結構的至少一部分的半導體材料或鋁(如果存在)，無需指出是否存在雜質。在這些實施例中，所存在雜質的含量不足以妨礙歐姆觸點的預期形成，也不足以妨礙半導體結構欲形成的半導體裝置的操作。在一些實施例中，在半導體材料中可稱為化學雜質的某些化合物的存在是有意的，且有時可使半導體材料經摻雜，在所述情形下通常雜質的存在使得半導體裝置的預期操作成為可能。本發明的一些實施例包含(但不限于)用于形成多個觸點的組合物和方法，且并不限于用于形成一個觸點或一次形成一個觸點的組合物和方法。因此，本發明的一些實施例中包含用于形成多個觸點的組合物和方法，且另外本發明的實施例涵蓋用于一次形成多個觸點的組合物和方法。本發明的一個實施例包含用于形成延伸跨越半導體結構的一個或一個以上歐姆觸點的組合物和方法，其接著可在退火之后且有時在其它步驟之后進行切割或切削或切斷或切片成許多單獨的半導體結構或半導體裝置。在圖1、2和3中顯示在制造完成后待成為多個LED半導體裝置的半導體結構100。由這些圖式所繪示的半導體結構經簡化；在實際實施例中材料和結構的厚度或形狀中可存在圖I到3中未繪示的紋理化或變化。圖I顯示半導體結構100的二維剖視圖，圖2顯示半導體結構100的三維視圖，且圖3顯示半導體結構100的三維近視圖。在此特定實施例中，半導體結構包含擴散勢壘124、隨后反射鏡122、藍寶石120和緩沖層118。在緩沖層118上是η摻雜GaN 112，接著是有源區110、ρ摻雜GaN 108和銦錫氧化物(ITO) 106。至少部分地與半導體結構100鄰接、特定來說至少部分地與n-GaN 112鄰接者是TiAl3116。至少部分地與TiAl3116鄰接者是鋁114。至少部分地與半導體結構100鄰接、特定來說至少部分地與ITO 106鄰接者是TiAl3104。至少部分地與TiAl3鄰接者是鋁102。在圖2中可見者是TiAl3117，其至少部分地與半導體結構100鄰接、特定來說至少部分地與n-GaN 112鄰接。至少部分地與TiAl3117鄰接者是A1115。在改變材料的化學組成的退火之后，半導體結構100接著可在Al和TiAl3所位于的位置、特定來說115和117、102和104以及114和116處包含三個單獨的寬歐姆觸點，且包含也可通過退火化學改質的n-GaN的多個部分。在退火之后且有時在其它步驟之后，接著將半導體結構100切割或切削或切斷或切片成許多單獨的半導體結構或裝置，例如個體化LED，每一者含有多個歐姆觸點。本發明的一些實施例涵蓋半導體結構與TiAlxNy之間任何程度的鄰接，其包含僅數個原子的鄰接，或大部分半導體結構的表面與TiAlxNy的鄰接。本發明的一些實施例涵蓋TiAlxNy與為半導體結構的至少一部分的半導體材料的一個特定部分之間的鄰接；本發明 的一些實施例另外或者涵蓋TiAlxNy與為半導體結構的至少一部分的半導體材料的多個特定部分之間的鄰接。本發明的一個實施例是用于在半導體結構上形成歐姆觸點的組合物，其包括至少部分地與半導體結構鄰接的TiAlxNy材料,其中χ和y不同時等于零。在一些實施例中，當y等于零時，χ不等于I。在一些實施例中，TiAlxNy材料與半導體結構之間的鄰接包含至少部分地與η摻雜GaN鄰接。在一些實施例中，TiAlxNy材料與半導體結構之間的鄰接包含至少部分地與P摻雜GaN鄰接。在一些實施例中，TiAlxNy材料與半導體結構之間的鄰接包含至少部分地與半導體結構的至少一部分鄰接。在本發明的一些實施例中，TiAlxNy材料與半導體結構之間的鄰接包含至少部分地與半導體結構的一個以上部分鄰接。本發明的實施例是用于在半導體結構上形成歐姆觸點的組合物，其包括至少部分地與半導體結構鄰接的TiAlxNy材料，其中TiAlxNy材料與半導體結構之間的鄰接包含至少部分地與可未經摻雜、η摻雜或ρ摻雜的半導體材料的至少一部分鄰接，其中未經摻雜、η摻雜、或P摻雜材料在其摻雜前或摻雜后的任一或兩種狀態下包含以下中的至少一者GaN、nGaN、AlGaN, AlGaInN, InN、GaAs、AlGaAs、AlGaAs、GaAsP、AlGalnP、GaP、AlGaP、ZnSe, SiC、51金剛石、8隊六1隊]\%0、510、2110、1^六102、5扣、66、11^8、11^扒11^、(、66、5166、六1513、六1八8、A1P、BP、BAs、GaSb> InSb、AlzGa1^As> InGaAs> InzGa1^As> InGaP、AlInAs、AllnSb、GaAsN、AlGaP, AlGaP, InAsSb, InGaSb, AlGaAsP, AlInAsP, AlGaAsN, InGaAsN, InAlAsN、GaAlAsN、GaAsSbN, GaInNAsSb 或 GaInAsSbP。本發明的另一個實施例是用于在半導體結構上形成歐姆觸點的組合物，其包括至少部分地與半導體結構鄰接的TiAlxNy材料。在一些實施例中，在退火工藝之前或在退火工藝的至少一部分期間，TiAlxNy材料至少部分地與半導體結構鄰接。在一些實施例中，TiAlxNy材料是使用以下中的至少一者添加原子層沉積、物理氣相沉積(PVD)或化學氣相沉積(CVD)。在一個實施例中，本發明提供用于在半導體結構上形成歐姆觸點的組合物，其包括至少部分地與半導體結構鄰接的TiAlxNy材料，其中χ等于約3且y等于約零。在另一個實施例中，TiAl3材料介于大約5埃與4000埃厚之間。在另一個實施例中，TiAl3材料介于大約50埃與4000埃厚之間。在另一個實施例中，TiAl3材料介于大約50埃與2000埃厚之間。在另一個實施例中，TiAl3材料介于大約100埃與1000埃厚之間。在另一個實施例中，TiAl3材料為大約200埃厚。在另一個實施例中，TiAl3材料為大約150埃厚。在另一個實施例中，TiAl3材料為大約100埃厚。在一個實施例中，本發明提供用于在半導體結構上形成歐姆觸點的組合物，其包括至少部分地與半導體結構鄰接的TiAlxNy材料，其中所述組合物進一步包含鋁材料，其中鋁材料鄰接TiAlxNy材料的至少一部分。在相關實施例中，TiAlxNy在半導體結構與鋁之間。在另一相關實施例中，鋁是使用以下中的至少一者添加原子層沉積、物理氣相沉積(PVD)或化學氣相沉積(CVD)。在另一相關實施例中，鋁介于約5埃與4000埃厚之間。在另一相關實施例中，鋁介于約250埃與2000埃厚之間。在另一相關實施例中，鋁介于約750埃與1250埃厚之間。在另一相關實施例中，鋁為大約1000埃厚。在一些實施例中，本發明提供用于在半導體結構上形成歐姆觸點的組合物，其包 括至少部分地與半導體結構鄰接的TiAlxNy材料，其中TiAlxNy材料介于約5埃與4000埃厚之間。在另一個實施例中，TiAlxNy材料介于大約50埃與4000埃厚之間。在另一個實施例中，TiAlxNy介于大約50埃與2000埃厚之間。在另一個實施例中，TiAlxNy材料介于大約100埃與1000埃厚之間。在另一個實施例中，TiAlxNy材料為大約200埃厚。在另一個實施例中，TiAlxNy材料為大約150埃厚。在另一個實施例中，TiAlxNy材料為大約100埃厚。本發明的另一個實施例提供用于在半導體結構上形成歐姆觸點的組合物，其包括至少部分地與半導體結構鄰接的TiAlxNy材料，其中χ介于約O與10之間。在另一個實施例中，χ介于約I與10之間。在另一個實施例中，χ介于約O與5之間。在另一個實施例中，χ介于約O與I之間。在另一個實施例中，χ介于O與O. 5之間。在一些實施例中，本發明提供用于在半導體結構上形成歐姆觸點的組合物，其包括至少部分地與半導體結構鄰接的TiAlxNy材料，其中y介于約O與10之間。在另一個實施例中，y介于約O與5之間。在另一個實施例中，y介于約O與I之間。在另一個實施例中，y介于約O與O. 5之間。本發明的實施例包含用于在半導體結構上形成歐姆觸點的方法，其包括使用于在半導體結構上形成歐姆觸點的組合物退火的步驟，所述組合物包括至少部分地與半導體結構鄰接的TiAlxNy材料。在一些實施例中，半導體結構可在以下溫度下退火小于500°C到15000C ;小于約 1000。。到 15000C ;約 800。。;小于約 660°C ;或小于約 500。。。本發明的實施例包含用于在半導體結構上形成歐姆觸點的方法，其包括使用于在半導體結構上形成歐姆觸點的組合物退火的步驟，所述組合物包括至少部分地與半導體結構鄰接的TiAlxNy材料。在一些實施例中，可使半導體結構退火大約O. 001分鐘到10分鐘；大約5分鐘到10分鐘；大約I分鐘到5分鐘；大約I分鐘；大約30秒到60秒；或大約O. 001分鐘到I分鐘。在一些實施例中，本發明提供用于在半導體結構上形成歐姆觸點的方法，其包括以下步驟提供半導體結構，其中所述半導體結構包含η摻雜GaN材料；鄰接于η摻雜GaN的至少一部分沉積TiAlxNy材料,其中χ和y不同時等于零；和使半導體結構和TiAlxNy退火。在相關實施例中，χ等于約3且y等于約零。在另一相關實施例中，TiAlxNy材料為約200埃到2000埃厚。在另一相關實施例中，TiAlxNy材料為約200埃厚。在另一相關實施例中，在約800°C下實施退火工藝。在另一相關實施例中，在小于660°C下實施退火工藝。在另一相關實施例中，退火工藝實施大約O. I分鐘到10分鐘。在另一相關實施例中，退火工藝實施大約30秒到60秒。本發明的另一個實施例提供用于在半導體結構上形成歐姆觸點的方法，其包括以下步驟提供半導體結構，其中所述半導體結構包含η摻雜GaN ;鄰接于η摻雜GaN的至少一部分沉積TiAlxNy材料,其中χ和y不同時等于零；鄰接于TiAlxNy的至少一部分沉積Al,以便TiAlxNy在Al與η摻雜GaN之間；和使半導體結構和TiAlxNy材料和Al材料退火。在相關實施例中，χ等于約3且y等于約零。在另一相關實施例中，TiAlxNy材料為約50埃到200埃厚且Al材料為約1000埃厚。在另一相關實施例中，在小于660°C下實施退火工藝。在另一相關實施例中，退火工藝實施大約O. I分鐘到10分鐘。在另一相關實施例中，退火工藝實施大約30秒到60秒。本發明的各個實施例提供制造LED的方法，其包括使用用于在半導體結構上形成歐姆觸點的組合物，其包括至少部分地與半導體結構鄰接的TiAlxNy材料，其中χ和y不 同時等于零；或包括用于在半導體結構上形成歐姆觸點的方法，其包括使用于在半導體結構上形成歐姆觸點的組合物退火的步驟，所述組合物包括至少部分地與半導體結構鄰接的TiAlxNy材料，其中χ和y不同時等于零；或包括用于在半導體結構上形成歐姆觸點的方法，其包括以下步驟提供半導體結構，其中所述半導體結構包含η摻雜GaN材料；鄰接于η摻雜GaN的至少一部分沉積TiAlxNy材料,其中χ和y不同時等于零；和使半導體結構和TiAlxNy材料退火；或包括用于在半導體結構上形成歐姆觸點的方法，其包括以下步驟提供半導體結構，其中所述半導體結構包含η摻雜GaN ;鄰接于η摻雜GaN的至少一部分沉積TiAlxNy材料,其中χ和y不同時等于零；鄰接于TiAlxNy的至少一部分沉積招材料，以便TiAlxNy在鋁與η摻雜GaN之間；和使半導體結構和TiAlxNy材料和鋁材料退火。本發明的各個實施例提供通過所述方法中的任一者形成的組合物或產物，所述方法包括用于在半導體結構上形成歐姆觸點的方法，其包括使用于在半導體結構上形成歐姆觸點的組合物退火的步驟，所述組合物包括至少部分地與半導體結構鄰接的TiAlxNy材料，其中χ和y不同時等于零；或包括用于在半導體結構上形成歐姆觸點的方法，其包括以下步驟提供半導體結構，其中所述半導體結構包含η摻雜GaN材料；鄰接于η摻雜GaN材料的至少一部分沉積TiAlxNy材料,其中χ和y不同時等于零；和使半導體結構和TiAlxNy材料退火；或包括用于在半導體結構上形成歐姆觸點的方法，其包括以下步驟提供半導體結構，其中半導體結構包含η摻雜GaN材料；鄰接于η摻雜GaN的至少一部分沉積TiAlxNy材料，其中χ和y不同時等于零；鄰接于TiAlxNy的至少一部分沉積招材料，以便TiAlxNy在鋁與η摻雜GaN之間；和使半導體結構和TiAlxNy材料和鋁材料退火。本發明的各個實施例提供LED，其包括用于在半導體結構上形成歐姆觸點的組合物，其包括至少部分地與半導體結構鄰接的TiAlxNy材料,其中χ和y不同時等于零；或通過所述方法中的任一者制備的LED，所述方法包括用于在半導體結構上形成歐姆觸點的方法，其包括使用于在半導體結構上形成歐姆觸點的組合物退火的步驟，所述組合物包括至少部分地與半導體結構鄰接的TiAlxNy材料，其中χ和y不同時等于零；或包括用于在半導體結構上形成歐姆觸點的方法，其包括以下步驟提供半導體結構，其中所述半導體結構包含η摻雜GaN材料；鄰接于η摻雜GaN的至少一部分沉積TiAlxNy材料，其中χ和y不同時等于零；和使半導體結構和TiAlxNy材料退火；或包括用于在半導體結構上形成歐姆觸點的方法，其包括以下步驟提供半導體結構，其中所述半導體結構包含η摻雜GaN材料；鄰接于η摻雜GaN材料的至少一部分沉積TiAlxNy材料,其中χ和y不同時等于零；鄰接于TiAlxNy的至少一部分沉積鋁材料，以便TiAlxNy在鋁與η摻雜GaN之間；和使半導體結構和TiAlxNy材料和鋁材料退火。圖5到9圖解說明形成歐姆觸點的組合物和方法，圖6到9圖解說明本發明的特定實施例，其并非打算以任何方式限制本發明。在圖5到9中所顯示的二維剖視圖打算顯示在材料之間的相關結，且不能代表在完整結構中的半導體材料的整體，因此材料在完整結構中可具有與如在圖5到9中所顯示的形狀或大小不同的形狀或大小。在圖5中顯示在η摻雜GaN(n-GaN)半導體結構上形成歐姆觸點的不利方法的實例，所述實例不是本發明的實施例，且所述實例包含在包括n-GaN 506材料的半導體結構上形成大約200埃厚的鈦材料504，隨后形成至少部分地與鈦材料504鄰接的大約1000埃厚的鋁材料502。應注意，在圖5中且同樣在圖6到9中，所繪示的n-GaN材料可為較大 n-GaN材料(未顯示)的剖視圖。接著在800°C下使結構退火I分鐘，這是容許形成歐姆觸點514的適當時間和溫度。在歐姆觸點514中，材料經歷一些化學變化，這是由原子擴散穿過材料并產生新化合物造成的。因此，在歐姆觸點514中，鋁材料508可包含最初在材料502中不存在的其它化合物，鈦材料510可包含最初在材料504中不存在的其它化合物，且靠近鈦材料510的n-GaN材料512可包含最初在材料506中不存在的其它化合物。在退火工藝期間，由于鈦材料504在n-GaN材料506與鋁材料502之間，因此鋁原子需擴散穿過鈦材料504以到達n-GaN表面，從而允許形成可使觸點具有歐姆性質的化學物質；擴散穿過材料需要較高退火溫度和另外或者更長的退火時間。此方法的缺點包含使用高溫，其可將熱缺陷引入到半導體結構中。此方法的另一缺點包含使用元素狀態的鋁，其在大約660°C下熔化(參見圖4)，此意味著其在高溫退火工藝期間熔化，使得其形成珠粒和斑點，從而使所得歐姆觸點上具有不想要的表面形態。此方法的另一缺點包含退火工藝所需要的時間量，其使高熱量對半導體結構的不利影響倍增，且另外高熱量對元素鋁的不利影響(例如熔化和形成珠粒)增加。本發明的一些實施例提供超過用于在半導體結構上形成歐姆觸點的已知組合物和方法的優點，所述半導體結構包含待變成LED半導體裝置者。優點可包含(但不限于)在退火工藝期間使用較低熱量、使用較短時間的退火工藝和使用更適應高溫退火工藝的材料。圖6中顯示提供用于在半導體結構上形成歐姆觸點的組合物的本發明實施例，所述組合物包括至少部分地與半導體結構鄰接的TiAlxNy材料602，所述半導體結構包括n-GaN材料604。在退火工藝之后，形成歐姆觸點612。在歐姆觸點612中，材料經歷一些化學變化，這是由原子擴散穿過材料并產生新化合物造成的。因此，在歐姆觸點612中，TiAlxNy材料608可包含最初在材料602中不存在的其它化合物，且靠近TiAlxNy材料608的n_GaN材料610可包含最初在材料604中不存在的其它化合物。一些TiAlxNy組合物可具有高于800°C的熔點(參見圖4當y等于零時的非限制性實例)。因此，可在800°C下使半導體結構退火，而沒有使用在退火溫度下熔化的用于形成歐姆觸點的材料的缺點，由此改進所得歐姆觸點的表面形態，并由此改進所得歐姆觸點的質量。本發明的此實施例可是有利的，這是因為含鋁的材料(TiAlxNy，材料602)與半導體材料604 (n-GaN)鄰接，此允許鋁原子擴散到n-GaN材料604而不必擴散穿過另一材料，從而可能容許更快形成用于形成歐姆觸點所需的化合物，允許較短退火時間，此降低在半導體結構中形成熱缺陷的可能性。在此特定實施例中含鋁的TiAlxNy材料602接近n-GaN材料60 4的額外優點是在退火期間可需要較少熱量來產生所要的歐姆觸點，此也降低在半導體結構中形成熱缺陷的可能性。圖7中顯示提供用于在半導體結構上形成歐姆觸點的組合物的本發明另一個實施例，所述組合物包括至少部分地與半導體結構鄰接的TiAl3材料702，所述半導體結構包括n-GaN材料704。在退火工藝之后，形成歐姆觸點712。在歐姆觸點712中，材料經歷一些化學變化，這是由原子擴散穿過材料并產生新化合物造成的。因此，在歐姆觸點712中，TiAl3材料708可包含最初在材料702中不存在的其它化合物，且靠近TiAl3材料708的n-GaN材料710可包含最初在材料704中不存在的其它化合物。TiAl3的熔點為大約1370°C (圖4)。因此，可在800°C下使半導體結構退火，而沒有使用在退火溫度下熔化的用于形成歐姆觸點的材料的缺點，由此改進所得歐姆觸點的表面形態，并由此改進所得歐姆觸點的質量。本發明的此實施例也可為有利的，這是因為含有鋁的材料(TiAl3，材料702)與半導體材料(n-GaN，材料704)鄰接，此允許鋁原子擴散到n_GaN材料704而不必擴散穿過另一材料，從而可能容許更快形成用于形成歐姆觸點所需的化合物，允許較短退火時間，此降低在半導體結構中形成熱缺陷的可能性。在此特定實施例中鋁(TiAl3，材料702)接近n-GaN材料704的額外優點是在退火工藝期間可需要較少熱量來產生所要的歐姆觸點712，此也降低在半導體結構中形成熱缺陷的可能性。圖8中顯示提供用于在半導體結構上形成歐姆觸點的組合物的本發明另一個實施例，所述組合物包括至少部分地與包括n-GaN材料806的半導體結構鄰接的大約100埃厚的TiAlxNy材料804，且進一步包括至少部分地與TiAlxNy材料804鄰接的大約1000埃厚的鋁材料802。在退火工藝之后，形成歐姆觸點814。在歐姆觸點814中，材料經歷一些化學變化，這是由原子擴散穿過材料并產生新化合物造成的。因此，在歐姆觸點814中，鋁材料808可包含最初在材料802中不存在的其它化合物，TiAlxNy材料810可包含最初在材料804中不存在的其它化合物，且靠近TiAlxNy材料810的n-GaN材料812可包含最初在材料806中不存在的其它化合物。本發明的此實施例可為有利的，這是因為含有鋁的材料(TiAlxNy,材料804)鄰接半導體材料(η-GaN，材料806)，由此允許鋁原子擴散到n_GaN材料806而不必擴散穿過另一材料，從而可能容許更快形成用于形成歐姆觸點所需的化合物，允許較短退火時間，這降低在半導體結構中形成熱缺陷的可能性。在此特定實施例中鋁(TiAlxNy，材料804)接近n-GaN材料806的額外優點是在退火期間可需要較少熱量以產生所要的歐姆觸點，這也降低在半導體結構中形成熱缺陷的可能性。圖9中顯示提供用于在半導體結構上形成歐姆觸點的組合物的本發明另一個實施例，所述組合物包括至少部分地與包括n-GaN材料906的半導體結構鄰接的大約100埃厚的TiAl3材料904，且另外包含至少部分地與TiAl3材料904鄰接的大約1000埃厚的鋁材料902。在退火工藝之后，形成歐姆觸點914。在歐姆觸點914中，材料經歷一些化學變化，這是由原子擴散穿過材料并產生新化合物造成的。因此，在歐姆觸點914中，鋁材料908可包含最初在材料902中不存在的其它化合物，TiAl3材料910可包含最初在材料904中不存在的其它化合物，且靠近TiAl3材料910的n-GaN材料912可包含最初在材料906中不存在的其它化合物。本發明的此實施例可為有利的，這是因為含有鋁的材料(TiAl3材料，904)鄰接n-GaN材料906，此允許鋁原子擴散到n_GaN材料906而不必擴散穿過另一材料，從而可能容許更快形成用于形成歐姆觸點所需的化合物，可能允許較短退火時間，此降低在半導體結構中形成熱缺陷的可能性。在此特定實施例中招(TiAl3,材料904)靠近n-GaN材料906的額外優點是在退火期間可需要較少熱量以產生所要的歐姆觸點，此也降低在半導體結構中形成熱缺陷的可能性。在退火工藝期間需要較少熱量的另一優點是避免鋁材料902熔化，此改進所得歐姆觸點914的表面形態且改進所得歐姆觸點914的質量。 所有公開案、專利和專利申請案均以引用方式并入本文中。盡管在上述說明書中，已結合本發明的某些優選實施例闡述了此所揭示標的物，且已出于圖解說明的目的陳述了 許多細節，但所屬領域的技術人員將易知，所揭示標的物可容許額外實施例且本文所闡述的某些細節可在不背離所揭示標的物的基本原則的情況下有顯著變化。
權利要求
1.一種用于在半導體結構上形成歐姆觸點的組合物，其包括 至少部分地與所述半導體結構鄰接的TiAlxNy材料； 其中所述半導體結構包括至少一種半導體材料； 其中X和y不同時等于零； 其中當y等于零時，X不等于I。
2.根據權利要求I所述的組合物，其中所述TiAlxNy材料與所述半導體結構之間的所述鄰接包括至少部分地與η摻雜GaN材料鄰接。
3.根據權利要求I所述的組合物，其中所述TiAlxNy材料與所述半導體結構之間的所述鄰接包括至少部分地與至少一種半導體材料鄰接。
4.根據權利要求I所述的組合物，其中所述TiAlxNy材料與所述半導體結構之間的所述鄰接包括至少部分地與至少一種可未經摻雜、η摻雜或P摻雜的半導體材料鄰接，其中所述未經摻雜、η摻雜或P摻雜的半導體材料在其摻雜之前或之后的任一或兩種狀態下包括以下至少一者GaN、InGaN, AlGaN, AlGaInN, InN、GaAs, AlGaAs, AlGaAs, GaAsP, AlGaInP,GaP、AlGaP、ZnSe, SiC、Si、金剛石、BN、AIN、MgO, SiO、ZnO, LiAlO2' SiC、Ge、InAs, InAt,InP, C、Ge、SiGe, Al Sb, AlAs、A1P、BP、BAs、GaSb, InSb, AlzGa1^zAs, InGaAs, InzGa1^zAs,InGaP、AlInAs、AlInSb、GaAsN、AlGaP、AlGaP、InAsSb、InGaSb、AlGaAsP、AlInAsP、AlGaAsN、InGaAsN, InAlAsN、GaAlAsN、GaAsSbN, GaInNAsSb 或 GaInAsSbP。
5.根據權利要求I所述的組合物，其中所述TiAlxNy材料在退火工藝之前或在所述退火工藝的至少一部分期間至少部分地與所述半導體結構鄰接。
6.根據權利要求I所述的組合物，其中所述半導體結構待變成發光二極管LED半導體>j-U ρ α裝直。
7.根據權利要求I所述的組合物，其中所述TiAlxNy材料是使用以下至少一者添加原子層沉積、物理氣相沉積PVD或化學氣相沉積CVD。
8.根據權利要求I所述的組合物，其中所述TiAlxNy材料為大約50埃到2000埃厚。
9.根據權利要求I所述的組合物，其中所述TiAlxNy材料為大約200埃厚。
10.根據權利要求I所述的組合物，其中X等于約3且y等于約零。
11.根據權利要求I所述的組合物，其中所述組合物進一步包括 招材料； 其中所述鋁材料鄰接所述TiAlxNy材料的至少一部分； 其中所述TiAlxNy材料在所述半導體結構與所述鋁材料之間。
12.根據權利要求11所述的組合物，其中所述鋁材料是使用以下至少一者添加原子層沉積、物理氣相沉積PVD或化學氣相沉積CVD。
13.根據權利要求11所述的組合物，其中所述鋁材料在約5埃與4000埃厚之間。
14.根據權利要求11所述的組合物，其中所述鋁材料為大約1000埃厚。
15.根據權利要求11所述的組合物，其中所述TiAlxNy材料在約25埃與300埃厚之間。
16.根據權利要求11所述的組合物，其中所述TiAlxNy材料為大約100埃厚。
17.根據權利要求I所述的組合物，其中X介于大約O與10之間。
18.根據權利要求I所述的組合物，其中y介于約O與10之間。
19.一種用于在半導體結構上形成歐姆觸點的方法，其包括使根據權利要求I所述的組合物退火的工藝。
20.根據權利要求19所述的方法，其中所述退火工藝在大約500°C到1500°C或小于小于大約500°C到1500°C下實施。
21.根據權利要求19所述的方法，其中所述退火工藝在大約800°C或小于大約800°C下實施。
22.根據權利要求19所述的方法，其中所述退火工藝實施大約O.001分鐘到200分鐘。
23.根據權利要求19所述的方法，其中所述退火工藝實施大約30秒到60秒。
24.一種用于在半導體結構上形成歐姆觸點的方法，其包括以下步驟 提供半導體結構； 其中所述半導體結構包括η摻雜GaN材料； 鄰接于所述η摻雜GaN材料的至少一部分沉積TiAlxNy材料； 其中所述TiAlxNy材料為大約200埃到2000埃厚； 其中X和y不同時等于零； 其中當y等于零時，X不等于I ;和 使所述半導體結構和所述TiAlxNy材料退火； 其中所述退火在大約660°C到800°C或小于大約660°C到800°C下實施大約30秒到60秒的持續時間。
25.一種用于在半導體結構上形成歐姆觸點的方法，其包括以下步驟 提供半導體結構，其中所述半導體結構包括η摻雜GaN材料； 鄰接于所述η摻雜GaN材料的至少一部分沉積TiAlxNy材料； 其中所述TiAlxNy材料為大約50埃到200埃厚； 其中X和y不同時等于零； 其中當y等于零時，X不等于I ; 鄰接于所述TiAlxNy材料的至少一部分沉積鋁材料，以便所述TiAlxNy材料在所述鋁材料與所述η摻雜GaN材料之間； 其中所述鋁材料為大約1000埃厚；和 使所述半導體結構和所述TiAlxNy材料以及所述鋁材料退火； 其中所述退火在大約660°C或小于大約660°C下實施大約30秒到60秒的持續時間。
26.一種組合物或產品，其至少部分地通過包括根據權利要求19、24或25中任一權利要求所述的方法的方法形成。
27.—種LED，其包括根據權利要求I所述的組合物或至少部分地通過包括根據權利要求19、24或25所述的方法中的任一者的方法制備。
全文摘要
本發明提供用于在半導體結構上形成歐姆觸點的組合物和方法。所述組合物包含至少部分地與所述半導體結構鄰接的TiAlxNy材料。所述TiAlxNy材料可為TiAl3。所述組合物可包含鋁材料，所述鋁材料鄰接所述TiAlxNy材料的至少一部分，以便所述TiAlxNy材料在所述鋁材料與所述半導體結構之間。所述方法包含使所述組合物退火以在所述半導體結構上形成歐姆觸點。
文檔編號H01L33/36GK102947956SQ201180031071
公開日2013年2月27日 申請日期2011年5月25日 優先權日2010年5月25日
發明者永軍·杰夫·胡, 約翰·馬克·梅爾德里姆, 山明·牟, 艾弗里特·艾倫·麥克蒂爾 申請人:美光科技公司