砷化鎵低噪音假晶高電子遷移率電晶體之銅金屬化導線製程

Abstract

這篇論文研究使用在砷化鎵上面的銅金屬擴散障礙層之特性，並探討銅金屬化蕭特基接觸以及銅金屬化導線製程應用在砷化鎵元件上之可行性。在這些擴散障礙層的研究中，耐火金屬以及耐火金屬之氮化物被應用在銅金屬化蕭特基二極體以及銅金屬化導線製程之製作。 本篇研發之砷化鎵蕭特基二極體，其蕭特基結構使用銅金屬，並使用耐火金屬作為障礙層。這種蕭特基結構具有比傳統鈦/鉑/金蕭特基結構更低的串聯電阻。根據電性及材料分析，鈦/鈷/銅以及鈦/鉬/銅之熱穩定性可達攝氏四百度，而鈦/鈷/銅蕭特基結構之熱穩定性可達攝氏三百度。總而言之，銅金屬化蕭特基結構具有優良的電性及熱穩定性，並且可應用於砷化鎵元件的蕭特基金屬製程。 在本實驗中使用氮化鎢作為銅金屬化導線製程之擴散障礙層。這是由於氮化鎢和傳統製程上有高度的相容性。本實驗發展使用銅金屬化導線之砷化鎵低噪音假晶高電子遷移率電晶體之製程。此製程使用濺鍍氮化鎢作為擴散障礙層並使用鈦金屬作為附著層。製作出來的低噪音砷化鎵假晶高電子遷移率電晶體在操作頻率為十八兆赫茲時，元件噪音最低可達一點零九分貝、相關增益值可達六點九分貝。經過攝氏兩百五十度的高溫退火二十個小時以後，銅金屬以及下層的接觸金屬間並沒有金屬原子交互擴散的現象；元件特性在經過熱退火以後並未產生明顯的變化。這個結果顯示銅金屬化空氣橋製程可以應用在低噪音假晶高電子遷移率電晶體上。