Способ изготовления омических контактов к полупроводниковым приборам Советский патент 1992 года по МПК H01L21/268 

Изобретение относится к методам импульсной лазерной обработки полупроводниковых структур и может быть использовано в технологии изготовления полупроводниковых приборов для безвакуумного локального изготовления контактов.

Целью изобретения является уменьшение удельного сопротивления контактов.

На чертеже изображен график вольт- амперных характеристик структур.

Оптимальный интервал плотности энергии лазерного излучения в центре гауссова пятна Е, установлен экспериментально. При Е 0,3 Дж/см на границе металл-полупроводник после лазерного сканирования сохраняется потенциальный барьер и контакты обнаруживают неомическое поведение, при ,5 Дж/см начинается повреждение обрабатываемой структуры. Для обеспечения режима остывания области контакта в промежутках времени между импульсами излучения лазера и формирования омического контакта, частоту повторения „ импульсов выбирают в

пределах ,-. где V скорость сканирования; а - диаметр гауссова пятна, ц - длительность им- пульба излучения лазера.

Пример 1. Для изготовления омических контактов диодные структуел

оо со со ю

С5

1ры формируют следующим образом. На силы;о легированной подложке толщи- :иой мкм с концентрацией электронов п 2МО см вырагдивагот эпи

таксиальный слой СаЛз толщиной мкм н концентрацией электронов п см. В нанесенной сверху пленке SiO фотолитографически вскрывают окна, диаметр которых с учетом эффектов растравливания составляет d г 16 М- 1. Расстояние между цент- рам11 окон 25 мкм. В окна вакуумным напылением наносят слой эвтектическо - го (88.мае.% Аи, 12 мас.% Ge) золотогерманиевого сплава толщиной 0,1 мкм,

Полученные диодные структуры обрабатывают с помощью сканирования иэ- луче1 иеы лазера., Пучок света с длиной волны 1,06 мкм от лазерй модули- pyioT по аг- плитуде с помощью акусто- iоптического модулятора. На вьжоде модулятора излучение-представляет собой последовательность коротких световых импульсов с длительностью -( 300 HC следующих с частотой f j, 4 кГц, С . помощью набора снетофильтров выстав- лягот требуемую энергию импульсов ла- . зерного излучения Е (, 2j3 10 Дж, Которую регистрируют с помощ ю изме- рителя. Зеркалом пучок оптичеюкого излучения направляют в микроскоп и далее фокусируют его на обрабатываемом участке образца. Плотность энер гии на образце з центре гауссова пят- на диаметром а С; 80 мкм составляет Е 0,4 Дж/см. Зависимость интенсивности озета, от времени I(t:) в импульсе регисчрируют фотодиодом и наблюдают на осциллографе,

Сканирование диодных структур осуществляют пучком света с гауссрвым пространственным распределением интенсивности с шагом сканирования 5 мкм и скоростью V - 0,02 см/с. Ре- гистрируют ток между сплошно лизацией нижней стороны образца и .одним из верхних KOHTaKi OB диаметром d эпитаксиальной пленке GaAsj Измеренные вольт-амперные характеристики полупроводниковых приборов приведены на чертеже.

Кривая. 1 соответствует необработанной лазером диодной структуре с барьером Шоттки в области верхнего контакта. После сканирования структуры лазерным излучением с выбранной энергией импульсов Е 2,3 ПО Дж, ,в окнах образуются омические контак

ты о Полученная ВАХ диодов Ганна обозначена на 1ертеже кривой 2. Спадающий участок ВЛХ при больших напряжениях смещения обусловлен эффектами разогрева электронов сильным электрическим полем в эпитаксиальной пленке GaAs, Зависимость тока от напряжения в диодах после лазерной обработки симметрична относительно нулевого смещения. При малых напряжениях общее сопротивление, измеренное из наклона ВАХ, составляет R орц, 15 Ом.

Пример 2. Способ изготовления контактов аналогичен примеру 1 за исключением того, что плотность энергии в центре гауссова пятна -при лазерной обработке структур составляет Е 0,3 Дж/сн (EJ, .1,5«10- Дж),а частота следования импульсов излучени« fn 33 кГц.

Полученная ВАХ диодов Ганна изображена на фиг.1 кривой 3. В результате лазерной обработки формируются контакты. Наклон ВАХ при малых напряжениях дает несколько больщеё, чем в примере 1, общее сопротивление 2

R

оец

25 Ом.

. Q

с

0

Выход за пределы рекомендуемого.

- г. интервала значении Ej в сторону

уменьшения этой величины приводит к тому, что в области контакта остается модифицированный потенциальный барьер. Например, при Е 1,4

(Е

0,28 Дж/см) вольт-амперные характеристики диодных структур - кривая 4 на фиг.1 - носят асимметрич- ньй характер относительно нулевого напряжения. Это свидетельствует о сохранении -остаточного барьера в структуре металл-полупроводник.

Наклон ВАХ при маЛых напряжениях дает в этом случае высокое общее сопротивление Ом, Дальнейший выход из рекомендуемого интервала значений (ЕП 1 ,05., Е. 0,21 Дж/смО приводит к тону, что ВАХ диодных структур в результате лазерного сканирования не изменяется - кривая 1 на фиг.1. Зависимость тока от жения при этом соответствует сохранению в области контакта барьера Шот- тки. Выход за пределы частотного диапазона в сторону увеличения fy, при ,

Е 0,3 Дж/см приводит к началу повреждения диодных структур.

Пример 3. Способ изготовления контактов аналогичен примеру 1, за исключением того, что плотность энергии в центре гауссового пятна

составляет Е - 2,),

0,5 Дж/см (Е

а частота следования

V импульсов Fy, 100 - 0,25 кГц. ПоS

лученная ВАК диодов .изображена на фиг,1 кривой 5. В окнах образуются омические контакты. Общее сопротивление диодных структур, измеренное из наклона ВАХ, составляет Кобц,-18 О

Выход за пределы рекомендуемого интервала значений Е в сторону увеличения Е. (Е 0,54 Дж/см , Е„ 2,7 ) приводит к исчезновению спадающего участка на зависимостях тока от напряжения диодных струк т Р при больгаих напряжениях - кривая 6 на фиг,1.

Это свидетельствует о возникновении нежелательных необратимых изменений в тонкой эпитаксиальной пленке GaAs. Такие изменения вызываются силным кратковременным многократным фо- тостимулированным нагревом образцов. Дальнейший выход за предел рекомендуемого интервала значений Е в сторону увеличения плотности энергии мпульсов излучения лазера (Е « 0,6 Дж/см ЕП 3-10- Дж) приводит к тому, что возникает видимое на поверхности повреждение диодных структур и выход приборов из строя. Выход за пределы частотного диапазона в сторону уменьшения fy, при Е 0,5 Дж/см приводит к сохранению в области верхнего -контакта остаточного барьера. .

Из примеров 1-3 следует, что наименьшее общее сопротивление диодов Ганна, сфорг ированных сканирующей импульсной лазерной обработкой кон- тактов, составляет Roetf 15 Ом (пример 1). Сопротивление измеряется из начального наклона ВАХ диодов. Для

где R

ОБЦ

- сопротнпленип .

0

5

0

5

0

5

5

измеренное ия начального каклопа ВАХ; первое второе и третье слагаемые пряной части рлрснстра - соответственно, сопротивление растекания в эпитаксиальной пленке, собственно сопротивление контакта и остаточное сопротивление нижнего контакта и подложки; р - удельное сопротивление эпитаксиальной пленки , I - то. . этой пленки, d - диаметр контакта. Обычно RQ«:2-3 Ом. Пренебрегая Rg, мы имеем для значения р Depxinoio онен- ку В диодах Ганна использованы эпи- таксиальные пленки GaAs со следующими параметрами: толщина мкм, концентрация электронов п 210 см , подвижность носителей Л( 5 10 В/см С. Расчет показывает, что для контактов с диаметром d 16 мкм полученное удельное контактное сопротивлени е с не превышает значения рс. 1,8 ЧО Ъм См .

Известно, что на поверхности полупроводников с малой концентрацией электронов п труднее получить омические контакты с малым удельным сопротивлением, чем на полупроводникях с большим значением п. Поэтому для конкретного сравнения качества полученных контактов значения 0. необходимо сопостовлять при одинаковых кон- центрациях п. Для приведения PC к одному и тому Же значению п 2 10 см используем известное эмпирическое соотношение Pf.-n . В нашем способе значение р 1,8-10 Ом-см получено для эпитаксиальной пленки GaAs с п Поэтому для GaAs с п 210 см , мы можем ожидать PC 1 ,8 10 Ом--см . В прототипе наименьшее удельное сопротивление контактов р к пленке GaAs с составляет 110 0м-см . Улучшение Of в несколько раз по сравнению с прототипом вызвано более оптимальным температурно-временным режимом сканирующей лазерной обработки диодных

Изобретение относится к методам импульсной лазерной обработки полу- проволняковых структур и может быть использовано в технологии изготовления полупроводниковых приборов для беэпакуумного локального изготовления контактов. Целью изобретения является уменьшение удельного сопротивления контактов, что обеспечивается облучением сформированной конфигурации электродов с помощью сканирующего импульсного лазерного излучения с ионосекундной длительностью импульсов, с определенным размером гауссова пятна на полупроводнике, с определенной частотой повторения импульсов, зависящей от скорости сканирования, диаметра пятна и длительности импульса и с плотностью энергии в центре гауссова пятна (0,3-0,5) Лж/см . 1 ил. (Л С

определения удельного контактного со- 50 структур. Более низкое оптимальное

противления р с из величины ис-

пользуют следующий метод. В. случае цидиндрических по форме контактов к эпитаксиальной пленке полупроводнизначение Е связано с тем, что формирование омических контактов в нашем случае, осуществляется с помощью многократно повторяютихся фотостиму- ка, сформированной на сильно легиро- -с лированных нагревоп диодных структур.

Активная область приборов в объеме полупроводника прогревается меньше, t чем в прототипе из-за гораздо более j короткого времени воздейстпия при

ванной подложке, справедливо соотношение

- -WiT s

Общ

скаянрук5щеП импульсной лазерной обработке структур.

Формула изобретения

Способ изготовления омических кои- тйктоп к полупроводниковым приборам,, влияющий на формирование поверкности полупрЬвбдника элек -родов заданной конфигурации, сканирование пол гчен- нс)й структуры лазерным излучением, с; диаметром гауссова пятна на поверхности полупроводника превьппающим pajc мер электрода, и шагом по крайней м€ ре на порядок меньшш диаметра гауссова -пятна, отличагощ,ийся

-

«J

тем, что, с целью уменьшения удельного сопротивления контактов, сканирование осуществляют импульсным лазерным излучением наносекулдной длительности с плотностью энергии в центре гауссова пятна (0,3-0,5) Лж/см и частотой повторения импульсов f, где

)

100 - : f

V - скорость сканирования; и - диаметр гауссова пятна} t- длительность импульса лазерного излучения.