Способ изготовления омических контактов к нитридным гетероструктурам на основе si/al

Изобретение относится к способу формирования омических контактов к нитридным гетероструктурам по технологии вжигаемых омических контактов и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов с высокой степенью интеграции. Омический контакт формируют путем последовательного напыления в вакууме четырех слоев: кремний (Si), алюминий (Al), никель (Ni) и золото (Au), с использованием фоторезистивной маски на участок поверхности нитридной гетероструктуры с последующим статическим отжигом на графитовом столике в среде азота. Использование подслоя кремния обеспечивает при термической обработке за счет диффузии легирование подконтактной области, формируя высоколегированный полупроводник и изменяя работу выхода из него, обеспечивая формирование невыпрямляющего контакта алюминия с высоколегированной областью под контактом. Изобретение обеспечивает снижение температуры отжига, что обеспечивает улучшение морфологии омических контактов и повышение их технологичности. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к способу формирования омических контактов к нитридным гетероструктурам по технологии вжигаемых омических контактов и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов с высокой степенью интеграции.

Из предшествующего уровня техники известен способ [A. Crespo, R. Fitch, J. Gillespie, N. Moser, G. Via, M. Yannuzzi «Ti/Al/Ni/Au Ohmic Contacts on AlGaN/GaN HEMTs» // 2003 International Conference on Compound Semiconductor Mfg.] изготовления омических контактов к нитридным гетероструктурам, заключающийся в последовательном нанесении металлов Ti/Al/Ni/Au с последующим быстрым термическим отжигом при температурах выше 800°С. Недостатком способа являются грубая морфология омических контактов, высокое удельное сопротивление на большом диапазоне температур и сложная зависимость от параметров термической обработки и состава металлизации, что ставит проблемы воспроизводимости.

Известен способ [US 9040398 В2, H01L 21/265] изготовления омических контактов, заключающийся в имплантации ионов на определенные участки нитридной гетерострутктуры, нанесении металлических слоев на имплантированные области и последующем отжиге для обеспечения контакта с областью двумерного электронного газа (2DEG). Высокая концентрация ионов, которая должна быть использована для получения достаточной скорости активации в пределах имплантированных областей, создает большое количество дефектов структуры, что ухудшает характеристики омических контактов.

Известен способ [US 8685764 В2, H01L 33/00] изготовления омических контактов к легированному нитриду галлия, включающий нанесение алюминия или сплава на основе алюминия. Сопротивление омического контакта 5 10-5 Ом⋅см2. Недостатком способа является необходимость использования предварительно легированного нитрида галлия.

Известен способ [US 20150364330 A1, H01L 21/285] изготовления омических контактов на основе металла Та к гетероструктуре AlGaN/GaN, заключающийся в нанесении на барьерный слой гетероструктуры сначала слоя Та со скоростью 1 Å/секунду, затем слоев Ti и Al. Использование композиции на основе Та позволило улучшить рельеф контакта и получить сопротивление порядка 0,5 Ом⋅мм. При формировании омического контакта используется быстрый термический отжиг при температурах выше 800°С и в процессе отжига остается открытым слой Al, который склонен к окислению.

Известен способ [US 7719030 В2, H01L 29/739] изготовления омических контактов к нитридным гетероструктурам с низким сопротивлением с использованием алюминиевых сплавов, заключающийся в нанесении четырех слоев, Ti, AlSi, Ti и TiW, сплав AlSi имеет около 1% Si. Использование сплава AlSi вместо чистого Al позволило снизить контактное сопротивление примерно на 15-30% до 0,8-1 Ом⋅мм после быстрого термического отжига при температуре 875°С. Недостатком способа является большое удельное сопротивление и сложность получения сплава с содержанием Si 1%. Использование высоких температур отжига сказывается на ухудшении морфологии контакта.

Известен способ [US 20140346568 A1, H01L 29/45] изготовления омических контактов без содержания золота к предварительно запассивированным нитридным структурам с низкими температурами отжига, заключающийся в удалении в области формирования омического контакта защитного слоя диэлектрика и барьерного слоя гетероструктуры до области залегания 2DEG с осаждением двойного слоя Ti/Al. Соотношение толщина слоя Ti в слое Al находится между 0,01 до 0,1. После осаждения проводится быстрый термический отжиг. Получаемое сопротивление 0,62 Ом⋅мм. Дополнительное нанесение в вытравленную область под омические контакты на основе Ti/Al тонкого слоя Si позволило получить сопротивление до 0,3 Ом⋅мм. Таким образом, необходимым условием формирования низкотемпературных омических контактов без золота является плазмохимическое травление полупроводника, удаление барьерного слоя AlGaN, что усложняет технологический процесс изготовления омических контактов за счет использования дополнительных процессов и сложного плазмохимического оборудования. При этом омический контакт за счет удаления барьерного слоя формируется к GaN.

Известен способ, принятый за прототип [CN 103928511, H01L 29/45], изготовления омических контактов к гетероструктурам на основе нитрида галлия, заключающийся в последовательном нанесении пяти слоев Si и/или Ge, Al, Ti, металла и Au. В качестве слоя металла может быть Ti, Ni, Pt или Mo. Затем осуществляют быстрый термический отжиг в диапазоне температур от 700°С до 870°С в течение 20-60 секунд в среде азота. Недостатком метода является использование высоких температур, что приводит к ухудшению морфологии омических контактов.

Техническим результатом изобретения является снижение температуры отжига металлизации конструкции омических контактов к нитридным гетероструктурам, за счет чего происходит улучшение морфологии омических контактов, сформированных по технологии вжигаемых омических контактов, и повышение технологичности омических контактов.

Технический результат достигается за счет того, что омический контакт формируется путем последовательного напыления в вакууме композиции четырех слоев: кремний (Si), алюминий (Al), никель (Ni) и золото (Au), с использованием фоторезистивной маски «lift-off» на участок поверхности нитридной гетероструктуры с последующей термической обработкой на графитовом столике в среде азота. Использование подслоя кремния обеспечивает при термической обработке за счет диффузии легирование подконтактной области, формируя высоколегированный полупроводник и изменяя работу выхода из него, обеспечивая формирование невыпрямляющего контакта алюминия с высоколегированной областью под контактом. Алюминий является наиболее подходящим однокомпонентным элементом для омического контакта за счет маленькой работы выхода электрона из металла.

В традиционных работах используют Ti/Al контактный слой, при этом Ti обеспечивает образование азотных вакансий за счет взаимодействия полупроводника с контактной металлизацией, формируется TixN. Эти азотные вакансии формируют слой под контактом, играющий роль высоколегированного слоя, который образуется при температурах выше 750°С. Использование температур выше 900°С может приводить к обеднению поверхности гетероструктуры азотом, что влечет изменение свойств структуры и скажется на конечных параметрах приборов. Поэтому использование композиции на основе Si/Al за счет снижения температуры позволяет избежать получения развитого рельефа поверхности, не ровной границы и ухудшения свойств гетероструктуры.

Фиг. 1. Зависимость удельного сопротивления омического контакта от последовательно возрастающей температуры обработки на образцах с композициями омических контактов Si/Al/Ni/Au при толщине кремния 12,5; 7,5; 5 нм.

Фиг. 2. Зависимость удельного сопротивления омического контакта от длительности термической обработки для образцов с композициями омических контактов Si/Al/Ni/Au при толщине кремния 12,5 нм.

Фиг. 3. Фотография с оптического микроскопа рельефа омического контакта на основе Si/Al после термической обработки до 675°С.

Фиг. 4. Фотография с оптического микроскопа рельефа омического контакта после длительного отжига и повышения температуры до 725°С.

Как показали эксперименты (фиг. 1 и 2) с разной толщиной кремния в композиции, температурой и временем термической обработки, получение необходимого сопротивления омического контакта достигается при определенной толщине кремния длительностью термической обработки, либо увеличением температуры. Последовательная термическая обработка композиции омического контакта с увеличением температуры показала уменьшение сопротивления омического контакта при неизменном рельефе поверхности. Для контактов с толщиной кремния от 5 до 7,5 нм (фиг. 1) температурная зависимость от ее увеличения несущественная, то есть можно работать при формировании омических контактов с данной композицией в большом диапазоне температур, что является более технологично и воспроизводимо по сравнению с композициями на основе Ti/Al. Для композиции с толщиной кремния 12,5 нм были исследованы зависимость удельного сопротивления от длительности термической обработки в двух режимах, последовательный набор температуры с промежуточными измерениями и выдерживанием образца при температуре 675°С с последующим дополнительным отжигом при температуре 725°С в течение 120 секунд (фиг. 2). Длительная термическая обработка приводила к постепенному улучшению удельного сопротивления, а дополнительная обработка позволяла наблюдать улучшение сопротивления раньше, но после набора 2000 секунд и дополнительного нагрева 725°С началось ухудшение удельного сопротивления омического контакта с ухудшением его морфологии (фиг. 3, 4).

Таким образом, получается, что длительность и температура термических процессов определяют диффузию кремнию в нитрид галлия, как и его толщина. Можно при разных режимах и составах композиций получить схожий результат, что свидетельствует о технологичности данных омических контактов к нитридным гетероструктурам, сформированных по технологии вжигаемых омических контактов.

1. Способ изготовления омических контактов к нитридным гетероструктурам, включающий последовательное напыление в вакууме четырех слоев на участок поверхности нитридной гетероструктуры и последующую термическую обработку в среде азота, отличающийся тем, что напыляют последовательно слои Si, Al, Ni и Au.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что толщина слоя Si составляет от 5 до 7,5 нм.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термическую обработку проводят при температурах от 675 до 725°С.



 

Похожие патенты:

Использование: для изготовления тонкопленочных СВЧ-резонаторов с Брэгговским отражателем. Сущность изобретения заключается в том, что способ сглаживания поверхности пленки алюминия на диэлектрической подложке включает напыление пленки на подложку методом магнетронного распыления алюминиевой мишени в вакууме и с использованием металла иттрия, совместно распыляют алюминий и иттрий, причем иттрий равномерно распределен по поверхности в области эрозии алюминиевой мишени при отношении суммарной площади пластинок иттрия (SY) к суммарной площади области эрозии алюминиевой мишени (SAl) равном 2,0-6,0%, т.е.

Изобретение относится к области технологии изготовления многоуровневой металлизации сверхбольших интегральных микросхем. В способе формирования системы многоуровневой металлизации для высокотемпературных интегральных микросхем, включающем операции нанесения диэлектрических и металлических слоев, фотолитографию и травление канавок в этих слоях, нанесение барьерного и зародышевого слоев, нанесение слоя металла и его ХМП, процесс формирования одного уровня металлической разводки включает следующую последовательность основных операций: на пластину кремния со сформированным транзисторным циклом наносится слой вольфрама для формирования горизонтальных проводников, проводится его ХМП и сквозное травления областей под заполнение проводящим барьерным слоем нитрида титана и диэлектриком, ХМП диэлектрика, нанесение барьерного слоя нитрида титана и слоя вольфрама для формирования вертикальных проводников, ХМП слоя вольфрама, сквозное травление областей под заполнение диэлектрическим барьерным слоем нитрида кремния и диэлектриком, ХМП диэлектрика с последующим покрытием полученной структуры проводящим барьерным слоем нитрида титана.

Изобретение относится к технологии формирования омических контактов к гетероструктурам AlGaN/GaN и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов, в частности полевых транзисторов СВЧ диапазона.

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии формирования силицидных слоев с низким сопротивлением.

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления приборов с пониженным контактным сопротивлением.

Изобретение относится к области электронной техники и описывает возможность получения дырочной проводимости аморфной оксидной пленки на поверхности металлического стекла системы Ni-Nb путем искусственного оксидирования.

Изобретение относится к области нанотехнологий, а именно к способу создания упорядоченной ступенчатой поверхности Si(111)7×7, покрытой эпитаксиальным слоем силицида меди Cu2Si, и может быть использовано при создании твердотельных электронных приборов, например сенсоров газов или молекул.

Изобретение относиться к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления контактов полупроводникового прибора.

Изобретение относится к технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления контактов с пониженным сопротивлением. В способе изготовления полупроводникового прибора формируют контакты на основе силицида платины.
Изобретение относится к технологии полупроводниковых приборов. Способ формирования многослойного омического контакта включает предварительное формирование фотолитографией маски из фоторезиста на поверхности арсенида галлия электронной проводимости, очистку свободной от маски поверхности арсенида галлия, последовательное напыление слоя из эвтектического сплава золота с германием толщиной 10-100 нм, напыление с помощью магнетронного разряда постоянного тока слоя из сплава никеля с ванадием с содержанием ванадия 5-50 мас.
Наверх