СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОМИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ К ПЛАНАРНОЙ СТОРОНЕ СТРУКТУРЫ С ЛОКАЛЬНЫМИ ОБЛАСТЯМИ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ ГРУППЫ АВ Российский патент 1997 года по МПК H01L21/28 

Изобретение относится к области полупроводниковой электроники, использующей полупроводниковые соединения типа A³B⁵, такие как арсенид галлия, фосфид индия и твердые растворы на их основе; касается проблемы формирования омических контактов к перечисленным материалам и может быть использовано при разработке и изготовлении лазерных диодов, светодиодов и других приборов.

Известен способ получения омического контакта к структуре с локальными областями низколегированного полупроводника p-типа, включающий:
нанесение диэлектрической пленки на структуру;
формирование резистивной маски на диэлектрической (SiO₂) пленке;
формирование полосковой полупроводниковой области (вскрытие диэлектрика);
удаление резистивной маски;
проведение диффузии цинка в полосковые области;
нанесение контакта с адгезионным слоем (Cr, Au) на планарную поверхность (App. Phys. Ltt. 41(5),1, September, 1982, pp. 485 487).

Использование диффузии примеси (Zn) в полосковые области повышает уровень концентрации основных носителей в полупроводнике, что дает возможность получить низкоомный омический контакт с помощью металлизации из CrAu.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа, относится трудновоспроизводимость процесса диффузии, т.е. получение гарантированной глубины залегания цинка.

Другим аналогом получения омического контакта к лазерной структуре на основе арсенида галлия является способ по патенту Японии N2-13944, кл. H 01S 3/18, H01L 21/28, включающий:
осаждение контактного слоя (AuZn, Au);
формирование фоторезистивной маски;
травление металлизации для получения локальных контактов полосковой геометрии;
удаление фоторезистивной пленки;
термообработку при температуре образования контакта.

Этот способ дает возможность использовать любые контактные материалы, но травление искажает форму и размеры рабочих элементов.

В настоящее время для создания металлизации с определенной конфигурацией широко применяется метод "взрывной" фотолитографии.

Известен следующий способ получения металлизации к полупроводнику, включающий осаждение двуокиси кремния (на Si), нанесение алюминия, формирование элементов микрорисунка на алюминии, нанесение вспомогательного диэлектрического слоя Al₂O₃ толщиной 0,1 мкм, осаждение второго слоя алюминия, удаление диэлектрического слоя Al₂O₃ с осажденным на него слоем алюминия, т.е. проведение взрывной фотолитографии путем растворения вспомогательного диэлектрического слоя Al₂O₃ (Зарубежная электронная техника, 1987, май, 5 (312), стр. 23 патент Японии N52-12546).

Наиболее близким способом к заявленному прототипом является техническое решение, включающее нанесение на полупроводниковую структуру диэлектрической пленки из двуокиси кремния, формирование локальных областей под контакты с помощью резистивной маски, нанесение контактного материала, отжиг (G.H.Olsen Laser diodes For the 1,5 μk-2,0 μk Wave Length Rang J. of Optical Comnunications 2 (1981), pp. 11 19.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что он не обеспечивает надежности омических контактов к планарной стороне структуры, содержащей локальные области низколегированных полупроводников группы A³B⁵, сформированные в диэлектрической пленке (SiO₂).

Сущность изобретения в следующем. Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности омических контактов к планарной стороне структуры, содержащей локальные области низколегированных полупроводников группы A³B⁵, сформированные в диэлектрической пленке (SiO₂).

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе изготовления омических контактов, включающем нанесение на полупроводниковую структуру диэлектрической пленки из двуокиси кремния, формирование локальных областей под контакты с помощью резистивной маски, нанесение контактного материала, отжиг, отличающийся тем, что на пленку двуокиси кремния наносят вспомогательную диэлектрическую пленку из оксида европия, металлизацию первого уровня, обеспечивающую создание омического контакта к низколегированным полупроводникам A³B⁵ p- или n-типа (т.е. сплавы Au с легирующей акцепторной примесью Zn, Be, Mn для полупроводников p-типа; сплавы Au с легирующей донорной примесью Ge, Te, Sn - для полупроводников n-типа) и селективность травления относительно пленки оксида европия; формируют локальные контактные области "взрывной" фотолитографией путем растворения вспомогательной пленки из оксида европия под ненужными металлическими областями, наносят металлизацию второго уровня с адгезионным подслоем (из ванадия или хрома), а затем один из контактных материалов (Au, Ni, Al и другие).

Надежность контактов, полученных по предлагаемому способу, обеспечивается за счет использования двухуровневой металлизации. В качестве металлизации первого уровня служат сплавы на основе золота с легирующими примесями, создающими низкоомные контакты к полупроводниковым областям соединений A³B⁵ с низкой концентрацией: Au с акцепторной примесью Zn, Be, Mn для полупроводников p-типа;
Au с донорной примесью Ge, Sn, Te для полупроводников n-типа.

Создание нужной конфигурации локальных контактов осуществляется "взрывной" фотолитографией с помощью вспомогательного слоя, состоящего из диэлектрической пленки оксида европия.

Выбор оксида европия в качестве вспомогательного слоя обусловлен следующими причинами:
исключительной адгезией этого материала к полупроводнику (GaAs, InP) и пленке двуокиси кремния без применения высокотемпературного нагрева пластин в процессе напыления пленки;
легкостью растворения пленки, например, как в концентрированной, так и сильно разбавленной (1 10) соляной кислоте. Это обеспечивает селективность ее травления относительно полупроводников (указанных выше) пленки двуокиси кремния и металлизации первого уровня;
наличие маски из оксида европия (по сравнению с маской из фоторезиста) не ограничивает температуру нагрева пластин при напылении металлизации первого уровня, а также позволяет проводить операцию вжигания для формирования омического контакта в локальных полупроводниковых областях до снятия вспомогательного слоя, т.е. до проведения "взрывной" фотолитографии. Это обеспечивает хорошую адгезию сплавов на основе золота к полупроводниковой поверхности.

В результате этого после осуществления операции "взрыва" образуются четкие границы локальных контактных областей с заданной конфигурацией и размерами.

Так как сплавы на основе золота обладают неудовлетворительной смачиваемостью к диэлектрическим покрытиям, то после осуществления вжигания образуются разрывы в металлической пленке, что облегчает доступ травителя к пленке оксида европия в процессе проведения "взрывной" фотолитографии. В связи с этим вспомогательная пленка из диэлектрика может быть меньше или равняться толщине металлизации первого уровня.

Нанесение металлизации второго уровня, содержащей адгезионный слой, обеспечивает получение надежных покрытий как с локальными областями с металлизацией первого уровня, так и к диэлектрической пленке двуокиси кремния.

Суть изобретения поясняется описанием с примерами и графическим материалом, изображающим элементы эпитаксиальной меза-структуры после технологических операций, входящих согласно изобретению в предлагаемый маршрут изготовления омических контактов к планарной стороне, содержащей локальные области низколегированных полупроводников соединений A³B⁵ p- или n-типа, где на фигуре:
1 подложка из полупроводника A³B⁵ p- или n-типа;
2 эпитаксиальный слой низколегированного полупроводника группы A³B⁵ p- или n-типа;
3 пленка двуокиси кремния;
4 пленка оксида европия;
5 резистивная маска;
6 металлизация первого уровня (сплав с легирующей примесью);
7 металлизация второго уровня.

Пример 1. (Изготовление омического контакта к планарной стороне структуры, содержащей локальные области низколегированного соединения A³B⁵ p-типа, сформированные в диэлектрической пленке).

На эпитаксиальные структуры на основе InP с верхним низколегированным эпитаксиальным слоем 2 (фиг. "а") наносилась пленка двуокиси кремния 3 толщиной 0,3 мкм из газовой смеси моносилана с аргоном при температуре 450^oC (фиг. "а").

На двуокись кремния наносилась вспомогательная пленка оксида европия 4 (фиг. "б") толщиной путем испарения в вакууме с помощью электронно-лучевого испарителя. Исходным материалом для получения пленок оксида европия служили специальные таблетки. Пластины перед напылением оксида европия прогревались до 100^oC.

Затем на полученной структуре формировалась резистивная маска 5 (фиг. "в") с полосковыми окнами шириной 3 мкм, с помощью которой осуществлялось травление диэлектрических пленок. Пленка оксида европия травилась в растворе HCl H₂O (1 10), а двуокись кремния в травителе из HF NH₄F (40%) (1 9). После травления структура принимала вид, соответствующий фиг. "г". Затем следует удаление резистивной маски в диметилформамиде с моноэтаноламином и структура принимает вид, представленный на фиг. "д".

Далее наносилась металлизация первого уровня 6 из сплава золота с цинком AuZn (90 10), создающая омический контакт к низколегированному соединению A³B⁵ p-типа, что отражено на фиг. "е". Толщина пленки сплава составляла 0,1 мкм. После этого проводилась операция вжигания в среде водорода при температуре 450^oC в течение 1 мин. Затем осуществлялась "взрывная" фотолитография путем растворения вспомогательного слоя оксида европия в растворе HCl H₂O (1 10). В результате этого формировались контакты к полосковым областям, образованным в пленке двуокиси кремния, что отражено на фиг. "ж".

Следующей операцией была металлизация второго уровня 7, состоящая из нанесения адгезионного подслоя ванадия V ( ) и золота Au (0,5 мкм), при нагреве пластин до 200^oC, обеспечивающая надежное покрытие как к металлизации первого уровня (AuZn), так и к пленке двуокиси кремния. В готовом виде структура представлена на фиг. "з".

Пример 2. Изготовление контактов к планарной стороне структуры, содержащей локальные области низколегированного соединения A³B⁵ n-типа, сформированные в диэлектрической пленке.

На эпитаксиальные структуры на основе InP с верхним эпитаксиальным слоем 2 (фиг. "а") наносилась пленка двуокиси кремния 3 толщиной 0,3 мкм из газовой смеси моносилана с аргоном при температуре 450^oC (фиг. "а"). На двуокись кремния наносилась вспомогательная пленка оксида европия 4 толщиной примерно 0,1 мкм путем испарения в вакууме с помощью электронно-лучевого испарителя на пластины, нагретые до 100^oC (фиг. "б").

Затем на полученной структуре формировалась резистивная маска 5 с полосковыми окнами шириной примерно 3 мкм (фиг. "в"), с помощью которой осуществлялось травление диэлектрических пленок. Пленка оксида европия травилась в растворе HCl H₂O (1 10), а двуокись кремния в травителе из HF NH₄F (40%) (1 9). После травления структура принимает вид, соответствующий фиг. "г". Затем следует удаление резистивной маски в диметилформамиде с моноэтаноламином (фиг. "д"), после чего наносилась металлизация первого уровня 6 из сплава AuGeNi (80 10 10), создающая омический контакт к низколегированному соединению A³B⁵ n-типа (фиг. "а"). Толщина пленки составляла 500 За металлизацией следовало вжигание контакта при T 450^oC в течение 1 мин в среде водорода. После этого осуществлялась "взрывная" фотолитография путем растворения вспомогательного слоя оксида европия в растворе (1 10), в результате чего формировались контакты к полосковым областям, образованным в пленке двуокиси кремния (фиг. "ж"). На полученную структуру наносилась металлизация второго уровня 7, состоящая из адгезионного подслоя ванадия и золота 0,5 мкм при нагреве пластин до 200^oC, обеспечивающая надежное покрытие как к металлизации первого уровня (AuGeNi), так и к пленке двуокиси кремния (фиг. "з").

Пример 3. Изготовление контактов к планарной стороне структуры, содержащей локальные области низколегированного соединения из GaAs p-типа.

На структуру с верхним эпитаксиальным слоем из арсенида галлия 2 (фиг. "а") наносилась пленка двуокиси кремния 3 толщиной 0,35 мкм из газовой смеси моносилана с аргоном при температуре 450^oC (фиг. "а"). На двуокись кремния наносилась вспомогательная пленка оксида европия 4 толщиной ≃ 0,1 мкм путем испарения в вакууме с помощью электронно-лучевого испарителя на пластины, нагретые до 100^oC (фиг. "б").

Затем на полученной структуре формировалась резистивная маска 5 с полосковыми окнами шириной ; 3 мкм (фиг. "в"), с помощью которой осуществлялось травление диэлектрических пленок. Пленка оксида европия травилась в растворе HCl H₂O (1 10), а двуокись кремния в травителе из HF NH₄F (40%) (1 9). После травления структура принимает вид, соответствующий фиг. "г". Затем резистивная маска удалялась в смеси диметилформамида с моноэтаноламином (фиг. "д"), после чего наносилась металлизация первого уровня 6, состоящая из сплава AuZn (90 10), создающая низкоомной контакт к арсениду галлия (фиг. "е"). Толщина пленки составляла
Далее следовал отжиг полученной системы при температуре 450^oC в течение 1 мин в среде водорода, после чего осуществлялась "взрывная" фотолитография путем растворения вспомогательного слоя оксида европия в растворе HCl H₂O (1 10), в результате чего формировались контакты к полосковым областям, образованным в пленке двуокиси кремния (фиг. "ж"). После этого на полученную структуру наносилась металлизация второго уровня 7, состоящая из адгезионного подслоя хрома толщиной и пленки золота толщиной 0,4 мкм при нагреве пластин до 250^oC, обеспечивающая надежное покрытие как к металлизации первого уровня (AuZn), так и к пленке двуокиси кремния (фиг. "з").

Пример 4. Изготовление контактов к планарной стороне структуры, содержащей локальные области низколегированного арсенида галлия n-типа.

На структуру с верхним эпитаксиальным слоем из арсенида галлия n-типа 2 (фиг. "а") наносилась пленка двуокиси кремния 3 толщиной 0,35 мкм из газовой смеси моносилана с аргоном при температуре 450^oC (фиг. "а"). На двуокись кремния наносилась вспомогательная пленка оксида европия 4 толщиной 0,1 мкм путем испарения в вакууме на пластины, нагретые до 100^oC (фиг. "б"). Затем на полученной структуре формировалась резистивная маска 5 с полосковыми окнами шириной 3 мкм (фиг. "в"), с помощью которой осуществлялось травление диэлектрических пленок. Пленка оксида европия травилась в растворе HCl H₂O (1 10), а двуокись кремния в травителе из HF NH₄F (40%) (1 9). После травления структура принимает вид, соответствующий фиг. "г". После удаления резистивной маски в смеси диметилформамида с моноэтаноламином (фиг. "д") на пластины наносилась металлизация первого уровня 6, состоящая из сплава AuGe (90 10) толщиной создающая низкоомный контакт к арсениду галлия n-типа (фиг. "е"). Далее следовал отжиг системы при T 450^oC в течение 1 мин в среде водорода, после чего осуществлялась "взрывная" фотолитография путем растворения вспомогательного слоя оксида европия в растворе HCl H₂O (1 10). В результате этого формировались контакты к полосковым областям, образованным в пленке двуокиси кремния (фиг. "ж"). Затем на полученную структуру наносилась металлизация второго уровня 7, состоящая из подслоя ванадия толщиной и пленки никеля толщиной 0,1 мкм при нагреве пластин до 250^oC, обеспечивающая надежное покрытие как к металлизации первого уровня (AuGe), так и к пленке двуокиси кремния.

В таблице приведены сравнительные данные по выходу годных пластин после операции изготовления омических контактов по заявленному способу и базовому способу (032.917 МК, 035.063 ТК).

Использование: при разработке и изготовлении лазерных диодов, светодиодов и других приборов. Сущность: способ включает нанесение на полупроводниковую структуру диэлектрической пленки из двуокиси кремния, нанесение вспомогательного диэлектрического слоя, формирование локальных областей под контакты с помощью резистивной маски, нанесение контактного материала первого уровня, формирование локальных металлических контактов "взрывной" фотолитографией путем растворения вспомогательного диэлектрического слоя под ненужными металлическими областями. В качестве вспомогательного диэлектрического слоя наносят пленку оксида европия (Eu₂O₃), в качестве металлизации первого уровня наносят сплавы, обеспечивающие создание омических контактов к низколегированным полупроводникам A³B⁵ или p-типа (Au : Zn (Be, Mn) - для p-типа, (Au : Ge (Te, Sn) -для n-типа и селективность травления относительно пленки оксида европия, которые подвергаются отжигу, а в качестве металлизации второго уровня наносят адгезионный подслой из ванадия (V) или хрома (Cr), а затем один из контактных материалов: Au, Ni, Al и другие. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ изготовления омических контактов к планарной стороне структуры с локальными областями низколегированных полупроводников группы A³B⁵ из арсенида галлия или фосфида индия, включающий нанесение на полупроводниковую структуру диэлектрической пленки из двуокиси кремния, формирование локальных областей под контакты с помощью резистивной маски, нанесение контактного материала, отжиг, отличающийся тем, что на пленку двуокиси кремния наносят вспомогательную диэлектрическую пленку из оксида европия (Eu₂O₃), нанесение контактного материала проводят последовательным формированием металлизации первого уровня, формируют локальные контактные области "взрывной" фотолитографией путем растворения вспомогательной пленки из оксида европия под ненужными металлическими областями, наносят металлизацию второго уровня. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве металлизации первого уровня наносят сплавы на основе золота (Au) с легирующей акцепторной примесью из Zn, Be, Mn для полупроводников р-типа, сплавы на основе золота (Au) с легирующей донорной примесью из Ge, Te, Sn для полупроводников n-типа, обеспечивающие селективность травления относительно пленки оксида европия. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве металлизации второго уровня наносят адгезионный подслой из V или Cr и один из контактных материалов, например, из Au, Ni, Al.