Способ изготовления омических контактов Российский патент 2018 года по МПК H01L21/28 

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.

Из предшествующего уровня техники известен способ [US 7700974 B2, H01L 29/778] изготовления омических контактов к полупроводниковой гетероструктуре AlGaN/GaN, включающий образование углублений строго заданных размеров в слое AlGaN путем «сухого» травления. В места образования углублений наносят слои металлов Ti/Al/Ni/Au, а затем нагревают указанные осажденные металлы до высокой температуры (более 800°C), в результате чего образуется омический контакт с двумерным электронным газом. Недостатком способа является грубая морфология омических контактов и высокое удельное сопротивление.

Известен способ [US 20080258150 A1, H01L 29/778] изготовления омических контактов к гетереструктуре AlGaN/GaN, заключающийся в ионной имплантации Si, для формирования легированного кремнием n⁺GaN для непосредственного контакта с областью двумерного электронного газа. 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 [Zheng Z., Seo Н., Liang Pang L., Kim K. // Phys. Status Solidi. A. 2011. V. 208. N 4. P. 951-954] создания омических контактов с помощью селективно выращенного n⁺GaN на поверхности гетероструктуры AlGaN/GaN и последовательного нанесения слоев металлизации Ti/Al/Ni/Au. В данном способе омические контакты имеют высокое удельное сопротивление.

Известен способ [US 8878245 B2, H01L 29/66] изготовления омических контактов к гетероструктуре, которая состоит из одного или более эпитаксиального слоя и барьерного слоя. Барьерный слой может включать в себя несколько слоев, такие как AlGaN и AlH. На барьерный слой наносится маска, материал маски выбирается таким образом, что он может функционировать в качестве пассивирующего слоя. Например, SiN может быть использован в качестве маски. Затем происходит травление маски, барьерного и эпитаксиального слоев через сформированные в маске с помощью фотолитографии «окна». И осуществляется рост высоколегированного полупроводникового материала, который контактирует с эпитаксиальным слоем. В гетероструктурах AlGaN/GaN это может быть n⁺GaN. Далее осаждают на область n⁺GaN металл, образующий омический контакт. Высокое легирование n⁺GaN обеспечивает связь металла с двумерным электронным газом без отжига контактов при высоких температурах. Недостатком способа является высокое удельное сопротивление.

Техническим результатом изобретения является уменьшение удельного сопротивления омических контактов.

Технический результат достигается за счет того, что после роста высоколегированного полупроводникового материала (n⁺GaN), который контактирует с двумерным электронным газом гетероструктуры AlGaN/GaN, и снятия диэлектрической маски, осуществляется высокотемпературный отжиг гетероструктуры с дорощенным высоколегированным полупроводниковым материалом при температуре 600-650°C в течении 10-15 минут в среде азота. Данный отжиг позволяет улучшить контактное сопротивление между дорощенным высоколегированным полупроводниковым материалом и двумерным электронным газом гетероструктуры за счет диффузионного размытия контактной границы и отжига дефектов, которые возможно возникают при снятии диэлектрической маски. Отжиг необходимо проводить непосредственного перед фотолитографией под нанесение металлических слоев омического контакта к высоколегированному полупроводниковому материалу для лучшей дегидрации поверхности, обеспечивающей хорошую адгезию фоторезистов.

Конструкция омических контактов с дорощенным высоколегированным полупроводниковым материалом представлена на фиг. 1. Омический контакт к гетероструктуре состоит из напыляемых металлических слоев (1) и высоколегированного полупроводникового материала (2). В качестве высоколегированного полупроводникового материала используется n⁺GaN, который эпитаксиально осаждается через предварительно сформированную диэлектрическую маску на гетероструктуру, состоящую из барьерного слоя AlGaN (3) и проводящего слоя GaN (5). Перед эпитаксиальным доращиванием n⁺GaN через диэлектрическую маску производится вытравливание гетероструктуры на глубину ниже залегания области (4) двумерного электронного газа.

Эксперименты по термической обработки тестов с омическими контактами к гетероструктуре AlGaN/GaN с дорощенным высоколегированным полупроводниковым материалом показали, что при нагреве от 600-650°C в среде азота происходит ухудшение сопротивления контакта металлических слоев к дорощенному высоколегированному полупроводниковому материалу, что объясняется миграцией металла к границе полупроводникового материала, входящего в состав металлических слоев. Но при термической обработке тестов выявлен эффект улучшения удельного сопротивления контакта высоколегированного полупроводникового материала к двумерному электронному газу. Поэтому перед формированием металлических слоев к дорощенному высоколегированному полупроводниковому материалу необходимо провести термическую обработку гетероструктуры со сформированным областями n⁺GaN, при этом происходит улучшение контакта между высоколегированным полупроводниковым материалом и двумерным электронным газом, что улучшает суммарное удельное сопротивление омического контакта к нитридным гетероструктурам.

Пример осуществления способа

Эпитаксиально выращенная на подложке гетероструктура состоит из проводящего слоя GaN толщиной 2-3 мкм и барьерного слоя AlGaN толщиной 10-25 нм. После формирования «меза»-изоляции приборов путем плазмохимического вытравливания верхних активных слоев на глубину до 70 нм в смеси N₂O+SiH₄ при температуре 300°C наносится диэлектрическая пленка SiO₂. Травление диэлектрической пленки SiO₂ через предварительно сформированные с помощью фотолитографии «окна» осуществляется плазмохимическим методом в смеси SF₆ и O₂. Затем через туже фоторезистивную маску последовательно за травлением диэлектрика проводится плазмохимическое травление гетероструктуры в смеси BCl₃ и Ar на глубину ниже залегания двумерного электронного газа. Далее на гетероструктуру со сформированной диэлектрической маской SiO₂ происходит осаждение высоколегированного полупроводникового материала (n⁺GaN) в установке молекулярно-лучевой эпитаксии при температуре 850°C. После осаждения n⁺GaN происходит удаление диэлектрической маски SiO₂ в жидком растворе (HF:NH4F:H2O=1:3:7) и температурный отжиг гетероструктуры с осажденным n⁺GaN при температуре 650°С в течение 15 мин в среде азота. Сразу после отжига формируется фоторезистивная маска для последующего последовательного нанесения металлических слоев Cr/Au (40/300 нм) на области n⁺GaN. Удельное сопротивление изготовленных омических контактов составило 0,08 Ом⋅мм.

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. Техническим результатом изобретения является уменьшение удельного сопротивления омических контактов. Технический результат достигается за счет того, что после роста высоколегированного полупроводникового материала (n⁺GaN), который контактирует с двумерным электронным газом гетероструктуры AlGaN/GaN, и снятия диэлектрической маски, осуществляется высокотемпературный отжиг гетероструктуры с дорощенным высоколегированным полупроводниковым материалом при температуре 600-650°C в течение 10-15 минут в среде азота. 1 ил.

Способ изготовления омических контактов к гетероструктурам AlGaN/GaN, включающий вытравливание гетероструктуры через диэлектрическую маску на глубину ниже залегания области двумерного электронного газа, осаждение высоколегированного полупроводникового материала, снятие диэлектрической маски и последовательное напыление металлических слоев на участки осаждения высоколегированного полупроводникового материала, отличающийся тем, что после снятия диэлектрической маски перед напылением металлических слоев проводится отжиг при температуре 600-650°C в течение 10-15 мин в среде азота.