СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОМИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ GaN/AlGaN Российский патент 2008 года по МПК H01L21/28 

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

Известен способ изготовления омических контактов полупроводниковой гетероструктуры, включающий напыление металлических слоев на участок поверхности гетероструктуры и ее быстрый термический отжиг с использованием радиационного нагрева с помощью кварцевых ламп, описываемых, в частности, в US 4482393.

Недостатками способов, содержащих операцию быстрого термического отжига с помощью кварцевой лампы, являются:

- неравномерность нагрева гетероструктуры вследствие различий поглощающих свойств разных топологических участков, сформированных на ее поверхности, что ведет к неравномерности сопротивления по площади омического контакта;

- высокая температура кварцевой лампы, затрудняющая измерение температуры гетероструктуры в процессе отжига, что приводит к ухудшению ее качества и затрудняет воспроизведение ее параметров.

Известен также способ изготовления омических контактов полупроводниковой гетероструктуры GaN/AlGaN, включающий предварительное образование на поверхности AlGaN слоя гетероструктуры углубления строго заданных размеров посредством травления. Углубление позволяет приблизить омический контакт к гетеропереходу между слоями AlGaN и GaN, что обеспечивает уменьшение контактного сопротивления омического контакта, US 6897137 В2. В месте образования углубления производят последовательное напыление Ti, Al, Ni, Au. Затем производят быстрый термический отжиг с помощью кварцевой лампы.

Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящего изобретения.

Недостатком прототипа является необходимость образования углубления строго заданных размеров на поверхности полупроводниковой гетероструктуры, что существенно усложняет и удлиняет процесс изготовления контактов; кроме того, как отмечено выше, осуществление быстрого термического отжига с помощью кварцевой лампы обусловливает неравномерность сопротивления по площади омического контакта, а также затрудняет контроль температуры гетероструктуры в процессе ее отжига, что ведет к ухудшению качества гетерострутуры и затрудняет воспроизведение ее параметров. Возможен недопустимый перегрев полупроводниковой гетероструктуры, что приводит к ее деградации.

Задачей настоящего изобретения является упрощение и сокращение времени процесса изготовления омических контактов полупроводниковой гетероструктуры GaN/AlGaN, а также повышение качества гетероструктуры и обеспечение воспроизводимости ее параметров за счет контроля ее температуры в процессе отжига.

Согласно изобретению в способе изготовления омических контактов полупроводниковой гетероструктуры GaN/AlGaN, включающем последовательное напыление Ti, Al, Ni, Au на участок поверхности слоя AlGaN и быстрый термический отжиг полупроводниковой гетероструктуры, быстрый термический отжиг производят контактным способом с использованием графитового резистивного нагревателя, при этом полупроводниковую гетероструктуру располагают на поверхности нагревателя.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «новизна».

Благодаря реализации отличительных признаков изобретения осуществляется равномерный контактный нагрев гетероструктуры, поскольку исключается зависимость температуры нагрева от поглощающих свойств различных топологических участков гетероструктуры; также исключается неопределенность при измерении температуры гетероструктуры, обусловленная влиянием фонового теплового излучения кварцевой лампы.

Контролируемость параметров процесса изготовления омических контактов полупроводниковой гетероструктуры согласно заявленному способу исключает необходимость предварительного образования углубления под омический контакт, так как при равномерном нагреве и строгом контроле температуры гетероструктуры в процессе быстрого термического отжига обеспечивается возможность контроля диффузии металлов, образующих омические контакты в заданном месте гетероструктуры на заданную глубину; кроме того, обеспечивается заданное качество гетероструктуры благодаря равномерному сопротивлению по площади омического контакта; контролируемость температуры гетероструктуры в процессе быстрого термического отжига обусловливает постоянство воспроизведения ее параметров.

Заявителем не обнаружены какие-либо источники информации, содержащие сведения о влиянии заявленных отличительных признаков на достигаемый вследствие их реализации технический результат. Это, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии данного технического решения критерию «изобретательский уровень».

Способ изготовления омических контактов полупроводниковой гетероструктуры GaN/AlGaN реализуется следующим образом.

В вакуумную камеру помещают гетероструктуру GaN/AlGaN со сформированными на ее поверхности элементами приборной топологии. На заданный участок (или несколько участков) поверхности слоя AlGaN с помощью электронно-лучевого напыления напыляют последовательно слои Ti, Al, Ni, Au заданной толщины. После этого полупроводниковую гетероструктуру перемещают в камеру быстрого термического отжига и располагают на поверхность находящегося в этой камере графитового резистивного нагревателя, представляющего собой слой графита, нанесенный на подложку из пиролитического нитрида бора в виде плоской спирали с токоподводами. Производят откачку воздуха из камеры и подают взамен поток инертного газа, в частности азота. Затем нагревают гетероструктуру со скоростью не менее 100°С/с до температуры 850-950°С и поддерживают эту температуру в течение 20-40 секунд. Контроль температуры осуществляют с помощью термопары и пирометра. После этого проводят быстрое охлаждение гетероструктуры путем принудительного обдува инертным газом. В процессе быстрого термического отжига происходит плавление алюминия и его реакция с остальными компонентами омических контактов, в результате возникают соединения сложного состава, образующие омические контакты с равномерным сопротивлением по поверхности.

ПРИМЕР 1.

Методом молекулярно-пучковой эпитаксии на подложке сапфира выращена полупроводниковая гетероструктура для полевого СВЧ-транзистора, состоящая из буферного слоя переменного состава Al_xGa_1-xN (0<х<1), канального слоя GaN толщиной 100 нм и барьерного слоя Al_0,3Ga_0,7N толщиной 25 нм (все слои не легированы). На предварительно сформированные топологические участки поверхности барьерного слоя Al_0,3Ga_0,7N методом электронно-лучевого напыления наносят последовательность металлических слоев Ti (20 нм), Al (200 нм), Ni (50 нм), Au (нм). Далее проводят быстрый термический отжиг всей гетероструктуры с целью получения омических контактов при температуре 900°С в течение 30 секунд. На полученных омических контактах проведено измерение контактного сопротивления (R_c) методом длинной линии, которое составило 0,12 Ом·мм.

ПРИМЕР 2.

То же, что и в примере 1, но барьерный слой Al_0,3Ga_0,7N общей толщиной 25 нм состоит из трех подслоев: (1) нелегированного слоя толщиной 1 нм, (2) легированного Si (5·10¹⁸ см^-3) слоя толщиной 10 нм и (3) нелегированного слоя толщиной 14 нм. Быстрый термический отжиг проведен при температуре 900°С в течение 20 секунд. Получено значение R_c=0,1 Ом·мм.

ПРИМЕР 3.

То же, что и в примере 2, но барьерный слой общей толщиной 25 нм (также состоящий из трех подслоев) имеет состав Al_0,4Ga_0,6N. Быстрый термический отжиг проведен при температуре 900°С в течение 40 секунд. Получено значение R_c=0,14 Ом·мм.

Для способов-аналогов значение R_c составляет обычно от 0,2 Ом·мм в варианте с заглублением контакта (Прототип) до 0,6-2,0 Ом·мм в обычном варианте быстрого термического отжига со ртутной лампой.

Изобретение относится к технологии формирования омических контактов к полупроводниковым структурам GaN/AlGaN и может быть использовано при изготовлении приборов микроэлектроники, в частности полевых транзисторов СВЧ-диапазона. Сущность изобретения: в способе изготовления омических контактов полупроводниковой гетероструктуры GaN/AlGaN, включающем последовательное напыление Ti, Al, Ni, Au на участок поверхности слоя AlGaN и быстрый термический отжиг полупроводниковой гетероструктуры, быстрый термический отжиг производят контактным способом с использованием графитового резистивного нагревателя, при этом полупроводниковую гетероструктуру располагают на поверхности нагревателя. В результате упрощается процесс изготовления и сокращается время процесса изготовления омических контактов полупроводниковой гетероструктуры GaN/AlGaN, а также повышается качество гетероструктуры и обеспечивается воспроизводимость ее параметров за счет контроля ее температуры в процессе отжига.

Способ изготовления омических контактов полупроводниковой гетероструктуры GaN/AlGaN, включающий последовательное напыление Ti, Al, Ni, Au на участок поверхности слоя AlGaN и быстрый термический отжиг полупроводниковой гетероструктуры, отличающийся тем, что быстрый термический отжиг производят контактным способом с использованием графитового резистивного нагревателя, при этом полупроводниковую гетероструктуру располагают на поверхности нагревателя.