Способ изготовления омических контактов к полупроводниковым приборам

 

Изобретение относится к методам импульсной лазерной обработки полупроволняковых структур и может быть использовано в технологии изготовления полупроводниковых приборов для беэпакуумного локального изготовления контактов. Целью изобретения является уменьшение удельного сопротивления контактов, что обеспечивается облучением сформированной конфигурации электродов с помощью сканирующего импульсного лазерного излучения с ионосекундной длительностью импульсов , с определенным размером гауссова пятна на полупроводнике, с определенной частотой повторения импульсов, зависящей от скорости сканирования, диаметра пятна и длительности импульса и с плотностью энергии в центре гауссова пятна (0,3-0,5) Лж/см . 1 ил. (Л С

СО1ОЗ СОЕЕТСНИХ

СО!ЯИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

26 А1 (191 (В (51) 5 Н 01 L 21/268! г—

f(f; тр, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (46) 15.07.92.Бюл. я 26 (21) 4681298/25 (22) 20.04.89 (71) Институт радиотехники и электрон, :.и АН СССР (72) Т.А.Брянцева, С.В.Винценц, В.Е,Любченко и Е.ОеЮневич (53) 621,382.002 (088.8) (56) E.Soudow, M.Mesch, Е.Nebauer, 0h mic AuGe contacts on n-GaAs produced by nanosecond laser pulse irradiation — Phys Stat Sol(a), 1984, v. 85, К 169 — К !73.

Г.Eckhardt ".Laser — annealed oh

mic contacts for СаАв microwave devices "Еазег — Solid" interactions

and laser prot.essing", Ed-s: S.D.Terris, Н.Y. AIP Conference Proceedings, Y 50, (1979), рр. 641 646. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОМИЧЕСКИХ

КОНТАКТОВ К ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМ ПРИБОРАМ

Изобретение относится к методам им( пульсной лазерной обработки полупроводниковых структур и может быть использовано в технологии изготовления полупроводниковых приборов для безвакуумного локального изготовления контактов.

Целью изобретения является уменьшение удельного сопротивления контактов, На чертеже изображен график вольтамперных характеристик структур.

Оптимальный интервал плотности энергии лазерного излучения в центре

Ъ гауссова пятна Е установлен экспе5 риментально. При Е „ 0,3 Дж/см на границе металл-полупроводник после ла(57) Изобретение относится и методам импульсной лаэсрной обработки полупроводниковых структур и может быть использовано в технологии изготовления полупроводниковых приборов для беэвакуумного локального изготовления контактов. Целью изобретения является уменьшение удельного сопротивления контактов, что обеспечивается облу |ением сформированной конфигурации электродов с помощью сканирующего импульсного лазерного излучения с ионосекундной длительностью импульсов, с определенным размером гауссова пятна на полупроводнике, с определенной частотой повторения импульсов, C

Ж зависящей от скорости сканирования, диаметра пятна и длительности импульса и с плотностью энергии в центре гауссова пятна (0,3-0,5) Дж/см, i ил. L эерного сканирования сохраняется потенциальный барьер и контакты обнаруживают неомическое поведение, при

E o 0 5 Дж/см начинается повреждение

П е обрабатываемой структуры. Для обеспечения режима остывания области контакта в промежутках времени между импульсами излучения лазера и формирования омического контакта, частоту повторения fn импульсов выбирают в

V 1 пределах 100 — c f f — х-, где V а 1000ц скорость сканирования; а — диаметр гауссова пятна, с „ — длительность импульса излучения лазера.

Пример 1. Для изготовления омических контактов диодные структуры формируют следующим образом. На сильно легированной подложке толщи:ной 300 мкм с концентрацией электронов и ** 2 10 см выращивают эпитаксиальный слой GaAs толщиной

1 2 мкм и концентрацией электронов

1б и 2 10 см . В нанесенной сверху пленке 810) фотолитографически вскрывают окна, диаметр которых с учетом эффектов растравливания составляет

d 16 м., Расстояние между центрами окон 25 мкм. В окна вакуумным

Ф напылением наносят слой эвтектическо го (88 мас.% Au, 12 мас.Е Се) золото" 1 германиевого сплава толщиной 0,1 мкм. Полученные диодные структуры обрабатывают с помощью сканирования излучением лазера., Пучок света с длиной волны ф =- 1,0б мкм от лазера модули- эп руют по аМплитуде с помощью акуста,оптического модулятора. На вьходе модулятора излучение- представляет собой последовательность коротких световых импульсов с длительностью 1:, = 300 и 25 следующих с частотой f > = 4 кГц. С . помощью набора светофильтров выставляют требуемую энергию импульсов лазерного излучения Е „ =- 2,3 "10 Дж, 5 которую регистрируют с помощью измерителя. Зеркалом пучок оптического излучения направляют в микроскоп и далее фокусируют его на обрабатываемом участке образца. Плотность энергии на образце в центре гауссова пятна диаметром а " 80 мкм составляет

Е = О 4р Дж/см . Зависимость интен5

И сивности света, от времени I(t.) в импульсе регис.рируют фотодиадом и наблюдают на осциллографе.

4О

Сканирование диодных структур осуществляют пучком света с гау< совым пространственным распределением интенсивности с шагом сканирования

5 мкм и скоростью V =: 0,,02 см/с, Ре/ гистрируют ток между сглошной металлизацией нижней стороны образца и одним иэ верхних контактов диаметром с1 эпитаксиальной пленке СаАз; Измеренные вольт-амперные характеристики полупроводниковых приборов приведены 0 иа чертеже.

Кривая. 1 соответствует неэбработанной лазером диодной структуре с барьером Шоттки в области верхнего контакта. После сканирования структуры лазерным излучением с выбранной энергией импульсов Е > —— 2,3 ° 10 Дж,,в окнах образуются омические контакты. Полученная ВАХ диодов Ганна обозначена на Чертеже кривой 2. Спадающий участок ВАХ при больших напряжениях смещения обусловлен эффектами разогрева электронов сильным электрическим полем в эпитаксиальной пленке СаАв. Зависимость тока от напряжения в диодах после лазерной обработки симметрична относительно нулевого смещения. При малых напряжениях общее сопротивление, измеренное из наклона ВАХ, составляет В,„ = 15 Ом.

Пример 2. Способ изготовления контактов аналогичен примеру 1 за исключением того, что плотность энергии в центре гауссова пятна при лазерной обработке структур составляет

E„0.,3 Дж/см (Е .1,5 ° iO Дж),а частота следования импульсов излуче1

f = — 00 0- = 33 кГц, 100с и

Полученная ВАХ диодов. Ганна изображена на фиг.1 кривой 3. В результате лазерной обработки формируются контакты. Наклон ВАХ при малых на- пряжениях дает несколько большее, чем в примере 1, общее сопротивление к овц = 25. Ом.

Выход за пределы рекомендуемого. о интервала значений Е в сторону к уменьшения атой величины приводит к тому, что в области контакта остается модифицированный потенциальный барьер. Например, при Г „ = 1,4-10 Дж (Е„ = 0,28 Дж/см ) вольт-амперные ха5 рактеристики диодных структур — кривая 4 на фиг. 1 — носят асимметричный характер, относительно нулевого напряжения. Это свидетельствует о сохранении .остаточного барьера в структуре металл-полупроводник.

Наклон ВАХ при малых напряжениях дает в этом случае высокое общее сопротивление 65 Ом. Дальнейший выход . из рекомендуемого интервала значений Е (Е = 1,05 ° 10 Дж, Ез = 0,21 Дж/см2) приводит к тому, что ВАХ диодных структур в результате лазерного сканирования не изменяется — кривая 1 на фиг.1. Зависимость тока от напряжения при этом соответствует сохранению в области контакта барьера Шоттки. Выход за пределы частотного диапазона в сторону увеличения fy npu с

Б

Е p 0,3 Дж/см приводит к началу повреждения диодных структур.

Р оящ

4 4Рс аrctап - 7- - + + g t

5 15899

Пример 3. Способ изготовления контактов аналогичен примеру 1, за исключением того, что плотность энергии в центре гауссового пятна

5 составляет Е „ 0,5 Дж/cM (Е1 2,5-10" Дж), а частота следования

V импульсов Г 100 —. = 0,25 кГц. По1О лученная ВАХ диодов изображена на фиг. 1 кривой 5. В окнах образуются омические контакты. Общее сопротивление диодных структур, измеренное из наклона ВАХ, составляет К „р18 Ом. 15

Выход за пределы рекомендуемого интервала значений Е > в сторону увеличения Е „.(Е „ = 0,54 Дж/см, Е„*

2,7 10 Дж) приводит к исчезнове нию спадающего участка на зависимос- 20 тях тока от напряжения диодных структ р при больших напряжениях — кри" зля 6 нл фиг. 1.

Это свидетельствует о возникновении нежелательных необратимых йзме- 25 нений в тонкой эпитаксиальной пленке

СаАя. Такие изменения вызываются сильным кратковременным многократным фотостимулировлнным нагревом образцов.

Дальнейший выход за предел рекомен- 30 дуемого интервала значений Е> в сто5 рону увеличения плотности энергии

"мпульсов излучения лазера (Е и

= 0,6 Дж/см, Е,„З ° 10 Дж) приводит к тому, что возникает видимое . на поверхности повреждение диодных структур и выход приборов из строя.

Выход эа пределы частотного диапазона в сторону уменьшения f „ при Е„

0,5 Дж/см приводит к сохранению . 40 в области верхнего -контакта остаточного барьера.

Из примеров 1-3 следует, что наи.меньшее общее сопротивление диодов

Ганна, сформированных сканирующей 45 импульсной лазерной обработкой коиl тактов, составляет Rosg 15 Ом (при-. мер 1). Сопротивление измеряется из начального наклона BAX диодов. Для определения удельного контактного cof I противления Р из величины Rob ис- . пользуют следующий метод. В, случае цилиндрических по форме контактов к эпитаксиальной пленке полупроводника, сформированной на сильно легиро- ванной подложке, справедливо соОтношение

26 6 где R и„,„- сопротивление прибора, измеренное из начального нлклонл

ВЛХ; первое второе и третье слагаемые прлной части равенства — соответственно, сопротивление растекания в эпитлксилльной пленке, собственно сопротивление контакта и остаточное сопротивление нижнего контакта и подложки, Г1 — удельное сопротивление эпитаксиальной пленки, 1 — толщина этой пленки, d — диаметр контлктч °

Обычно R0 2-3 Ом. Пренебрегая Rg мы имеем для энлчепнл Р верхнюю оценку ° В диодах Ганна использовлны эпитаксилльные пленки СаЛя со следующими параметрами: толщина 1 2 мкм концентрация электронов п = 2 10 см 3 подвижность носителей 11= 5 10 B/ñì с.

Расчет показывает, что для контактов с диаметром d = 16 мкм полученное удельное контактное сопротивление Рс не превышает значения (),.=1,8 10 Ом см, Известно, что нл поверхности полупроводников с малой концентрацией электронов п труднее получить омические контакты с малым удельным сопротивлением, чем на полупрогоднинлх с большим значением п. Поэтому для конкретного сравнения качества полученных контактов значения б необходимо сопостовлять при одинаковых концентрациях п. Для приведения () к одному и тому Яе энлчению п=2 ° 10" см используем известное эмпирическое со-1 отношение P «п . В нашем способе значение p = 1,8 ° 10 Ом см полу-5 чено для эпитлксиальной пленки СаАя с и = 2 ° 10 см Поэтому для СаАя с и = 2 10 см, мы можем ожидать

t7 -э

p = 1,8 10 Ом"см . Н прототипе наименьшее удельное сопротивление кон47 тактов 0 к пленке СаЛя с п=2 ° 10 см (с

-я составляет 1 10 Ом ° см . Улучшение

1 в несколько раэ по сравнению с прототипом вызвано более оптимальным температурно-временным режимом сканирующей лазерной обработки диодныХ структур. Более низкое оптимальное значение Е связано с тем, что форя мирование омических контактов в нашем случае осуществляется с помощью многократно повторяющихся фотостимулированных нагревов лиодных структур.

Активная область приборов в обьеие полупроводника прогреллется меньше, чем в прототипе нэ-зл гораздо более короткого времени воздействия при сканирующей импульсной лазерной обработке структур. формуланэобретения скорость сканирования, диаметр гауссова пятна, длительность импульса лазерного излучения.

V и л

l и

Составитель Н,Листвина

Редактор R,Чубиетова Техред А,Кравчук

Корректор М.Максимишинец

Заказ 2823 Тираж Подписное !

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС

„„p, 1 13035, Москва, Б-35, Раушская наб., д. й/5

Производственно-пэлательский комбинат Патент, г.ужгород, ул. р я 11 л. Гага ина 101

Способ изготовления омических кон1 тактов к полупроводниковым приборам,, влияющий на формирование поверхности полупрЬводника электродов заданной 1п конфигурацИи„ сканирование полученной структуры лазерным излучением, с днаметром гауссова пятна на поверхности полупроводника превышающим раэ мер электрода, и шагом па крайней ме- 15 ре на порядок меньшим диаметра гауссова -пятна, о т л и. ч а ю а1 и и с я тем, что, с целью уменьшения удельного сопротивления контактов, сканирование осуществляют импульсным лазерным излучением наносекундной длительности с плотностью энергии в центре гауссова пятна (0,3-0,5) Дж/см и частотой повторения импульсов Гп где