Спосіб формування контактів до приладів на гарячих електронах на основі напівпровідників типу а в

ДЛЯ СЛУЖЕБНОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ Э К 1 СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЄСПУБЛИН (in I \J\Jfy£4l (9 U V 1) (5D5 01 L ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ ПРИ ГННТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 (21) 4715623/25 (22) 10.07.89 ( 7 2 ) В . Н . И в а н о в , Л„Е„Коваленко и В.3.Скакун (53) 621.382 (088.8) (56) Иванов В.Н. и д р . Повышение н а дежности Au-Ge контактов к диодам Ганна. Электронная техника, с е р . 1 , Электроника СВЧ, 1980, в ы п . 1 , с . 9 5 - 1 0 1 . Авторское свидетельство СССР № 1238625, к л . Н 01 L 21/18, 1984. (54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ КОНТАКТОВ К ПРИБОРАМ Н ГОРЯЧИХ ЭЛЕКТРОНАХ А НА ОСНОВЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ ТИПА A W B V (Ь7) Изобретение о т н о с и т с я к п о л у п р о водниковой э л е к т р о н и к е и может быть и с п о л ь з о в а н о в т е х н о л о г и и формирования к о н т а к т о в к приборам на г о р я ч и х э л е к т р о н а х н а основе полупроводников Изобретение относится к полупроводниковой э л е к т р о н и к е и может быть и с п о л ь з о в а н о в т е х н о л о г и и формирования к о н т а к т о в к приборам на г о р я ч и х э л е к т р о н а х на основе полупроводников A w B^ (GaAs, I n P ) , например диодам Ганна. И з в е с т н ы способы формирования конт а к т о в к полупроводникам типа А | Л В " (I), включающие следующие основные операции: - очистку поверхности полупроводника , - нанесение контактной металлизации ( к о н т а к т н о г о слоя., обычно с о с т о я щего и з э в т е к т и ч е с к о г о с п л а в а , например Au-Ge, б а р ь е р н о г о с л о я из т у г о 25-91 типа A1" B v . Цель и з о б р е т е н и я - п о в ы шение КПД п р и б о р о в . Способ в к л ю ч а е т очистку поверхности полупроводника импульсной (Ьотонной о б р а б о т к о й , ф о р мирование к о н т а к т н о г о , б а р ь е р н о г о , технологического слоев и термообраб о т к у методом ИФО в едином т е х н о л о г и ч е с к о м ц и к л е . Барьерный слой формируют в д в е с т а д и и . На п е р в о й с т а д и и н а н о с я т барьерный слой толщиной 2 0 50 нм и п р о в о д я т т е р м о о б р а б о т к у м е т о дом ИФО п р и т е м п е р а т у р е на 5 0 - 1 5 0 К выше т е м п е р а т у р ы п л а в л е н и я к о н т а к т н о го с л о я н е м е н е е 6 0 с . На в т о р о й с т а дии допыляют барьерный слой д о с у м марной толщины 100-200 нм при п о д д е р жании т е м п е р а т у р ы подложки в п р о ц е с с е напыления на 150-250 К выше т е м п е р а туры п л а в л е н и я к о н т а к т н о г о с л о я . плавкого металла или (соединения типа фазы внедрения и технологического слоя Аи), - термообработку (вжиганне) контакта. Большинство способов формирования контактов предусматривает химическую очистку поверхности полупроводника, напыление контактной металлизации в вакууме и термообработку в нейтральной или восстановительной среде. Основной недостаток этих способов большие трудозатраты вследствие р а з дельного проведения операций, невысо кое качество подготовки поверхности полупроводника, сравнительно большая длительность межоперационного вре 662289 4 В предложенном способе .после на-" мени, что приводит к ухудшению пиления контактного слоя и первого стабильности электрических параметров тонкого (20-50 нм) слоя барьерного ї надежности приборов. Кроме того, ї материала, производят термообработку такие способы не позволяют получить с методом импульсной фотонной обработвысокоэффективные приборы (для диоки (ИФО). При этом контактный слой дов Ганна КПД обычно не превышает 3расплавляется и селективно растворяет 4%). в себе материал полупроводника, обраНаиболее близок к предлагаемому способу, включающий очистку поверх- JO зуя вытянутые вдоль направления L011J участки расплава с субмикронными разности полупроводника, напыление конмерами в направлении J_01 1J . Тонкий тактной металлизации и термообработбарьерный слой не препятствует переку в едином технологическом цикле в мещению расплава к областям травлевакуумной камере. Очистку поверхности полупроводника и термообработку нане-15 ния, в результате весь материал контактного слоя собирается в вытянутые сенного контакта осуществляют путем участки, между которыми находится маимпульсной фотонной обработки с помотериал барьерного слоя. При толщине щью кварцевых галогенных ламп. Конпервого слоя барьерного материала метактную металлизацию наносят в виде пакета контактного слоя (обычно эв- 20 нее 20 нм в процессе термообработки нарушается его сплощность, слой разтектики Au-Ge), барьерного слоя (турушается, и расплав собирается в капгоплавкого металла, соединения типа ли вследствие плохого смачивания пофазы внедрения или их сочетания) и верхности полупроводника. При толщине технологического слоя (Аи) и подвергают термообработке, в результате ко-25 более 50 нм барьерный слой "прижимает" расплав к поверхности полупроводторой формируется омический контакт. ника, затрудняя его перемещение к обДанный способ позволяет получать ластям селективного растворения. Темвысокостабильные и надежные контакты. пературу подложки в процессе ИФО выПри этом значительно снижается трудобирают исходя из того, чтобы обеспеемкость процесса их изготовления, -^ , чить достаточную текучесть расплава т.к. процесс проводится в едином тех(нижний предел на 50 К выше темперанологическом цикле. Однако получить туры плавления контактного слоя) и приборы с высоким КПД при формироване допустить слишком быстрого раствонии контакта по данному способу не рения материала полупроводника в расудается 9 т.к. в таком контакте отсут35 ствуют области инжекции высокоэнергеплаве - в этом случае не смогут сфо-ртических электронов. мироваться вытянутые области (верхн и й Цель изобретения - повышение коэфпредел на 150 К выше температуры фициента полезного действия приборов плавления контактного слоя). Выбранное время не менее 60 с на горячих электронах на основе полу|П 40 обеспечивает полное стягивание распроводников типа А В^. плава контактного слоя в вытянутые Положительный эффект достигается* области. следующим образом. Одним из основных факторов, влияющих на величину КПД Для окончательного формирования приборов на горячих электронахв явбарьерного слоя его допыляют до тол45 ляется размер прикатодной "мертвой щины 100-200 нм при поддержании темзоны", т.е, расстояние, которое трепературы подложки в процессе напылебуется электронам для разогрева-набония на 150-250 К выше температуры ра энергии, достаточной для перехода плавления контактного слоя. При этом в верхнюю длину. В приборах, имеющих 50 происходит окончательное вплавление сплошной омический катодный контакт контактного слоя в полупроводник в (в реальном случае - локальные омиуже сформированных вытянутых обласческие участки большой площади тях, что обеспечивает получение хорофиг.1), электроны на катоде имеют нуших омических свойств в этих участлевую энергию, "мертвая зона" велика ках. При толщине барьерного слоя ме(до половины толщины активной облас- 55 нее 100 нм не обеспечивается доста( т и ) , следствием чего является невысо-' точная надежность контакта при экский КПД приборов. Такой тип контакта 1 плуатации приборов при повышенной реализуется в способе-прототипе. температуре. Увеличение толщины ба 1662289 рьерного слоя свыше 200 нм нецелесоем из NbN. После этого производили образно ввиду возможного его растрестермообработку методом ИФО (темпера-кивания. тура подложки 730 К) в течение 60 с. Второй барьерный слой толщиной 115 нм При таком двухстадийном способе наносили также магнетронным напылениформирования контактов образуются осем из NbN, причем температура подложтроугольные выступы в глубь полупроки составляла в процессе нанесения * водника с субмикронными размерами (в 030 К. Поверх барьерного слоя магневытянутых областях расплава), что тронным напылением наносили слой Аи обеспечивает хорошие инжектирующие 10 Т О Л Щ И Н О Й 500 нм. КПД диодов Ганна, свойства этих областей. Эти области полученных из данной пластины, сосразделяются неинжектирующнми областятавлял в среднем 8,7% при мощности ми. до 340 мВт. Вблизи инжектирующих областей за П р и м е р 3. Подложку GaAs очисчет размерного эффекта (эффект ост- 15 щали в вакууме методом ИФО. Затем мерия) значительно возрастает напряжентодом магнетронного напыления наносиность электрического поля и электроны ли контактный слой 40 нм Ge и 200 нм набирают необходимую энергию, прохоАи. Первый барьерный слой толщиной дя небольшое расстояние. Поле барьера Ыоттки в неинжектирующих областях 20 50 нм наносили магнетронным напылением из NbN. После этого производили способствует еще большему сокращению термообработку методом ИФО (темпера"мертвой зоны". Таким образом, в притура подложки 780 К) в течение 60 с. борах с контактом, полученным согласВторой барьерный слой толщиной 150 нм но предлагаемому способу, "мертвая зона" занимает незначительную часть 25 наносили также магнетронным напылением из Но, причем температура подложактивной области, что приводит к суки составляла в процессе нанесения щественному росту КПД (в 2-3 раза). 880 К. Поверх барьерного слоя магнеНиже описаны примеры осуществлетронным напылением наносили слой Аи ния способа. П р и м е р 1. Подложку GaAs очи- 30 Т О Л Щ И Н О Й 500 нм. КПД диодов Ганна, полученных из данной пластины, сосщали в вакууме методом ИФО (длительтавлял в среднем t0,4% при мощности ность импульса 0,04 с, промежуток до 530 мВт. кзжду импульсами 1,2 с, количество импульсов 75). Затем методом магнетДанный способ, по сравнению с баронного напыления наносили контактный зовым, имеет значительные преимущестслой - 20 нм Ge и 100 нм Аи (темпера- 35 ва, позволяя получать такой же эффект тура плавления 629 К ) . Первый барьер(повышение КПД в 2-3 раза) при сущеный слой толщиной 20 нм' наносили магственном упрощении технологического нетронным напылением из ТІВ-. После процесса. Предлагаемый способ не треэтого произвоидили термообработку мебует сложного оборудования для ренттодом ИФО (температура подложки 680 К) 40 геновской или электронной фотолитов течение 60 с. Второй барьерный слой графии, контакт формируется в едином толщиной 80 нм наносили также магнетехнологическом цикле в серийной .ватронным напылением из ТіБ 2 , причем куумной установке, что приводит к потемпература подложки составляла в провышению процента выхода годных при цессе нанесения 780 К. Поверх барьер- 45 одновременном удешевлении произйод- • ного слоя магнетронным напылением наства. носили слой Аи Т О Л Щ И Н О Й 500 нм. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Затем пленку GaAs со сформованнымконтактом использовали для изготовлеСпособ формирования контактов к ния диодов Ганна - 8-мм диапазона волн. 50 приборам на горячих электронах на осКПД диодов составлял в среднем 9,3% нове полупроводников типа А В , вклюпри мощности до 420 мВт. чающий очистку поверхности полупроводника с помощью импульсной фотонной П р и м е р 2. Подложку GaAs очиобработки, формирование контактного, щали в вакууме методом ИФО. Затем мебарьерного и технологического слоев тодом магнетронного напыления наносии термообработку при температуре выше ли контактный слой 30 нм Ge и 150 нм точки плавления контактного слоя, Аи, Первый барьерный слой, толщиной проводимые в едином технологическом 35 нм наносили магнетронным напылени 8 1662289 ре на 50-150 К выше температуры плавциклеt о т л и ч а ю щ и й с я тем, ления контактного слоя не менее 60 с„ что, с целью повышения коэффициента допьшения до толщины 100-200 нм при полезного действия приборов, барьертемпературе подложки при допылении на ный слой формируют путем последова150-250 К выше температуры плавления тельного нанесения его толщиной 20контактного слоя. 50 нм, термообработки при температу Редактор Т.Федотов Составитель Л.Андреева Техред Л.Олийнык Корректор М.Самоорская Заказ 2585/ДСП Тираж 234 Подписное БНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", Г.Ужгород, ул. Гагарина,101