Спосіб створення низькотемпературного омічного контакту до напівпровідників типу а3в5

Реферат: 3 5 Спосіб створення низькотемпературного омічного контакту до напівпровідників типу А В включає очищення поверхні пластини напівпровідника і напилення на попередньо підігріту пластину двох контактоутворюючих шарів з шару металу і шару германію, потім шар дифузійного бар'єру тугоплавкої сполуки та зовнішній контактний шар, після чого отриману контактну структуру відпалюють в атмосфері суміші водню та азоту. Як перший контактоутворюючий шар напилюють шар золота товщиною 150-200 нм, шар германію напилюють товщиною 10-50 нм, як дифузійний шар напилюють шар бориду титану і здійснюють швидкий термічний відпал контактної структури протягом 10-30 сек. при температурі 400500 °C. UA 97882 U (12) UA 97882 U UA 97882 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способів створення омічних контактів метал-напівпровідник, що широко використовуються в напівпровідниковій мікроелектроніці для стратегічних та прикладних потреб. Ряд важливих характеристик інтегральних мікросхем (частота, шум, підсилення, надійність) визначається параметрами транзисторів і зокрема якістю використовуваних в них омічних контактів. Крім цього постійний розвиток мікроелектроніки і перехід до нанометрових розмірів ставить більш жорсткі вимоги до омічних контактів. Зменшення контактного опору омічних контактів має важливе значення, також і для надвисокочастотної мікроелектроніки, зокрема для роботи діода Ганна (ДГ), який складається з двох омічних контактів та напівпровідника, активна область якого генерує НВЧ коливання в діапазоні від десятих ГГц до сотень ТГц. Напівпровідникова мікроелектроніка такого класу часто використовується в умовах космосу, що призводить до виникнення ряду важливих проблем, однією з яких є проблема низької температури, близької до гелієвої. [1-2] Виявилося, наприклад, що в області температур від 20 °C до 200 °C, питомий контактний опір рс омічного контакту, який використовується в ДГ може змінюватися на значну величину [34]. Можна припустити, що при температурах, що наближаються до мінус 273 °C зміни у величині питомого контактного опору будуть значно суттєвішими. На даний час нам відомі лише кілька робіт, в яких автори досліджують питання залежності питомого контактного опору при температурах близьких до абсолютного нуля [5]. Тому пошук шляхів формування контакту з більш слабкою температурною залежністю, ніж ті, що використовуються зараз в промисловості, є актуальною задачею напівпровідникової мікроелектроніки. Це дасть можливість покращити параметри напівпровідникових приладів в тому числі діодів Ганна. Відомий спосіб створення омічних контактів до GaAs [6] (аналог), що включає хімічну очистку поверхні пластини GaAs (100) з наступним безпосереднім осадженням шару Pd при температурі 80-90 °C товщиною 15-20 нм та відпал при Т=450-500 °C тривалістю 0,5-20 хв з наступним підігрівом пластини напівпровідник до 250 °C та магнетронним напиленням шарів металізації на шар Pd, що має хорошу адгезію до шарів металізації з наступною термообробкою при Т=180-500 °C тривалістю 20 хв. Перевагами такого методу є запобігання утворення окисної плівки на поверхні напівпровідника шляхом нанесення шару Pd на щойно очищену поверхню GaAs. Проте такий метод має і ряд недоліків, серед яких сильно залежність від температури оточуючого середовища ρс, яка очевидно обумовлена структурними неоднорідностями, що виникають на межі розділу між першим та другим шарами Pd, нанесених при різних температурах. Також один з недоліків цього методу пов'язаний зі складністю технологічного процесу побудованому на дворазовому відпалі структури. Відомий спосіб створення омічного контакту до GaAs [5], вибраний нами за прототип, полягає у виготовленні методом MOCVD (Metalorganic chemical vapour deposition) 15 -3 напівізоляційної підкладки GaAs (100) легованої Si до рівня 6,510 cм (при Т=300 К), ультразвуковій очистці, промивці ацетоном та ізопропіловим з наступним виполіскуванням в деіонізованій воді поверхні напівпровідника. Наступний етап полягає у напиленні шарів металізації Аl (200 нм) - V (50 нм) - Ge (126 нм) - Pd (50 нм) на поверхню n-GaAs та відпалюванні при температурі 325 °C протягом 30 хв в атмосфері суміші газів Н2(15 %)+N2(85 %). Контактний опір вимірювався методом TLM (transmission line method). Безумовними перевагами цього методу є прогнозована більш висока температурна стабільність контакту обумовлена використанням в контактній металізації дифузійного бар'єру у вигляді тугоплавкого металу ванадію, а також збереження омічності контакту в діапазоні температур від 4,2 К до 300 К, що робить можливим використання напівпровідникових приладів на їх основі в більш широких температурних діапазонах ніж зазвичай, наприклад від 100 до 300 К в такому випадку ρс змінюється менше ні на половину порядку. Проте поряд з перевагами даного способу існують наступні недоліки, а саме значна зміна контактно опору при зміні температури в температурному діапазоні від 4,2 К до 300 К. Так для зразка з рівнем легування 15 -3 -2 -5 2 (при Т=300 К) Nd=6,510 см ρс змінюється в діапазоні 4,410 1,310 Омсм , що складає майже три порядки і очевидно буде дуже негативно відображатися на роботі напівпровідникового приладу при наднизьких температурах. В основу корисної моделі поставлена задача звуження діапазону зміни питомого контактного опору омічного контакту метал-напівпровідник в діапазоні температур 4,2-300 К без збільшення загальної величини питомого контактного опору ρс. Поставлена задача вирішується тим, що включає очищення поверхні пластини напівпровідника і напилення на попередньо підігріту пластину двох контактоутворюючих шарів з шару металу і шару германію потім шар дифузійного бар'єру тугоплавкої сполуки та зовнішній контактний шар, після чого отриману контактну структуру відпалюють в атмосфері суміші водню 1 UA 97882 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 та азоту, який відрізняється тим, що як перший контактоутворюючий шар напилюють шар золота товщиною 150-200 нм, шар германію напилюють товщиною 10-50 нм, як дифузійний шар напилюють шар бориду титану і здійснюють швидкий термічний відпал контактної структури протягом 10-30 сек. при температурі 400-500 °C. Необхідність очищення поверхні напівпровідника обумовлена наявністю оксидів і сторонніх домішок, що негативно впливають на стабільність і величину опору контакту. Шари Аu та Ge, що напилюють перед дифузійним бар'єром, при відпалі утворюють золотогерманієву евтектику, яка зарекомендувала себе як гарний контактоутворюючий матеріал для напівпровідників типу 3 5 А В , до яких власне і належать GaAs та ІnР. Шар бориду тугоплавкого металу виконує функцію дифузійного бар'єру, що запобігає взаємодифузії між зовнішнім та контактоутворюючими шарами металізації. Товщина дифузійного бар'єру 100-200 нм виявляється цілком достатньо для виконання покладеної на нього функції. Зовнішній контактний шар необхідний для включення приладу в зовнішнє коло, його товщина обиралася з розрахунку економічної раціональності використання. Температурна стабільність даної контактної металізації, що представлена на кресленні крива 1, має слабку залежність від температури, що пов'язано з використанням як дифузійний бар'єр борид титану, що має кращу температурну стабільність в порівнянні з ванадієм, що застосовується в прототипі. 3 5 Для реалізації способу, на попередньо очищену поверхню пластини А В на підігріту до 90100 °C, пошарово в одному технологічному циклі магнетронним випаровуванням у вакуумі наносилися шари контактної металізації в послідовності Au, Ge, ТіВ2 та верхній контактний шар Аu. Потім проводилась швидка термічна обробка при температур 400-500 °C, яка нами реалізувалась за допомогою п'яти ламп КГ 2000 з максимальною сумарною потужністю 10 кВт тривалістю 10-30 сек в атмосфері водню і азоту. Суть корисної моделі пояснює креслення. На кресленні наведені експериментальні залежності питомого контактного опору від температури з кроком 10 К для контакту Ge(30 нм)-Аu(180 нм)-ТіВ2(100 нм)-Аu(200 нм) до GaAs 15 -3 (Фіг. крива 1). Об'ємний рівень легування матеріалу складає 610 см . Як видно з креслення, залежність має слабко спадаючий характер. Для зразка, який пройшов швидкий термічний відпал при температурі 410 °C з тривалістю 30 сек. отримане значення питомого контактного -5 2 опору при кімнатній температурі менше ніж в прототипі на 110 Омсм . 3 5 Таким чином зазначений спосіб формування омічного контакту до напівпровідників типу А Б (арсенід галію, фосфід індію) дозволив створити омічні контакти, які при зміні температури від 4,2 до 300 К майже не змінюють значення питомого контактного опору (зміна в межах 2,910 4 -5 2 8,810 Омсм ), що значно краще ніж в прототипі де значення ρс в згадуваному температурному діапазоні змінюється приблизно на три порядки. Джерела інформації: 1. EiseleH. Submillimeter-wave InP Gunn devices/ Eisele H., Kamoua R.// IEEE Trans. Microw. Theory Techn… - 2004. - V. 52, №. 10. - P. 2371-2378. 2. Алфеев В.Н. Радиотехника низких температур. - M.: Советское радио, 1966. - 368 с. 3. Mechanism of contact resistance formation in ohmic contacts with high dislocation density/ A.V. Sachenko, A.E. Belyaev, N.S. Boltovets, R.V. Konakova, Y.Y. Kudryk, S.V. Novitskii, V.N. Sheremet, J. Li, S.A. Vitusevich// J. Appl. Phys. - 2012. - Vol. 111, №. 8. - Р. 083701-083701-9. 4. Влияние микроволнового облучения на сопротивление омических контактов Au-TiBx-Ge+ + ++ Au-n -n -n -GaAs(lnP)/ А.Е. Беляев, A.В. Саченко, Н.С. Болтовец, В.Н. Иванов, Р.В. Конакова, Я.Я. Кудрик, Л.А. Матвеева, В.В. Миленин, С.В. Новицкий, B.Н. Шеремет// ФТП. - 2012. - Т. 46, № 4. - С. 558-561. 5. Прототип. The temperature dependence of contact resistivity of the Ge/Pd and the Si/Pd nonalloyed contact scheme on nGaAs/ Yu L.S., Wang L.C., Marshall E.D., Leu S.S., Kuech T.F.// J. Appl. Phys. - 1989. - V. 65, №. 4. - P. 1621-1625. 6. Аналог. Пат. SU 865065 Российская Федерация, МПК Н01L 21/28. Способ изготовления омических контактов к полупроводниковым приборам/ Филипченко В.Я. Миронов Б.Н. Минеева М.А…; заявитель и патентообладатель. - № 2009129813/28; заявл. 03.08.09; опубл. 27.12.00, Бюл. № 36. 55 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 60 Спосіб створення низькотемпературного омічного контакту до напівпровідників типу А В , який включає очищення поверхні пластини напівпровідника і напилення на попередньо підігріту пластину двох контактоутворюючих шарів з шару металу і шару германію, потім шар дифузійного бар'єру тугоплавкої сполуки та зовнішній контактний шар, після чого отриману 3 2 5 UA 97882 U 5 контактну структуру відпалюють в атмосфері суміші водню та азоту, який відрізняється тим, що як перший контактоутворюючий шар напилюють шар золота товщиною 150-200 нм, шар германію напилюють товщиною 10-50 нм, як дифузійний шар напилюють шар бориду титану і здійснюють швидкий термічний відпал контактної структури протягом 10-30 сек. при температурі 400-500 °C. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3