Способ получения омических контактов к арсениду галлия Советский патент 1993 года по МПК H01L21/283 

Изобретение относится к технологии полупроводниковых приборов и интегральных схем и может быть использовано для формирования омических контактов к арсе- ниду галлия, необходимых для нормальной работы различных полупроводниковых приборов.

На фиг. 1 приведен график, показывающий типичный профиль распределения высоты неровностей поверхности контактной площадки от расстояния вдоль контакта (шипообразные неровности высотой 0,15- 0,2 мкм наблюдались во всех случаях); на фиг. 2 - типичный профиль распределения высоты неровностей поверхности контактной площадки, сформированной по предлагаемой технологии.

Целью изобретения является уменьшение разброса величины удельного контактного сопротивления омических контактов и повышение качества поверхности контактных площадок, заключающееся в получении зеркально гладкой поверхности, что позволяет повысить выход годных приборов и

применять заявляемый способ при изготовлении субмикронных приборов.

Проведение экспериментальных исследований позволило определить границы технологических параметров процесса вплавления при которых наблюдается положительный эффект.

В таблице представлены результаты опытов, в которых изменяли температуру процесса Ti на первой стадии, в течение которой пленка доращивалась до минимально допустимой для перехода на вторую стадию толщины hi, температуру Та, при которой в течение времени г 2 осуществлялся процесс вплавления на второй стадии. Во всех этих опытах после вплавления на второй стадии структура охлаждалась до комнатной температуры.

Как видно из таблицы, при варьировании значениями температуры Ti положительный эффект наблюдается в случае, если Ti находится в интервале 363-400°С (опыты 1 - 3). Если Ti выше 400°С (опыт 3) происходит перевплавление контакта. Под пере- вплавлением понимается случай, когда

00

N

ел о

вследствие большой температуры или длительности ее воздействия происходит увеличение взаимной растворимости GaAs и расплава металлизации, что изменяет состав расплава, подлежащего затвердению, и при его кристаллизации образуются контакты с удельным сопротивлением в 10-100 раз выше, что недопустимо, так как влечет ухудшение характеристик прибора.

Значение нижней границы 363°С обус- ловлено отсутствием образования при более низких температурах жидкой фазы и соответственно невозможности процесса вплавления.

В опытах 3. 4, 5 определялась нижняя граница значений толщины пленки, при которой еще наблюдается положительный эффект. Как следует из приведенных данных положительный эффект исчезает при hi меньше 40 нм. Вероятно при меньших тол- щинах диэлектрическая пленка не является сплошной, а имеет островковый характер, как в большинстве случаев при таких толщинах и поэтому расплав поступает через микропоры в пленке, что при кристаллизации проявляется в шероховатой поверхности площадки омического контакта. Верхняя граница величины толщины диэлектрической пленки не задается, так как при возрастании толщины пленки вероятность появления пор уменьшается, что заведомо гарантирует положительный эффект, .

Результаты опытов .6-9 позволяют, Ьп ределить нижнюю и верхнюю грэниць температуры Т2 на второй стадии, при которых еще наблюдается положительный эффект. При Т2 410°С (опыт 7) вплавления не происходит, сопротивление омического контакта увеличилось на 3 порядка, а при Т2 420°С (опыт 9) наблюдается перевплавлё- ние контактов.

Важным параметром определяющим свойства омических контактов является время вплавления г 2 на второй стадии. Результаты опытов 1,5,8,10,11.12 свидетельствуют о том, что при т 2 3 мин вплавление омических контактов не успевает протекать до конца, а при т ч 10 мин формируемые

омические контакты перевплавляются.

Таким образом положительный эффект, заключающийся в зеркальности поверхности омического контакта, малом разбросе величин удельного контактного сопротивления достигается в случае, если Ti находится в пределах 363-400°С, толщина пленки диэлектрика, при которой возможен переход на вторую стадию не менее 40 нм, Т2 составляет 410-420°С и время выдержки структуры при Та должно быть в интервале значений 3-10 мин.

Предложенный способ получения омических контактов к арсениду галлия был опробован в Ленинградском государственном техническом университете на кафедре Общая и полупроводниковая металлургия. Далее приводятся результаты этих испытаний.

Для изготовления омических контактов на подложках из арсенида галлия (САГ-26К) предварительно создавалась металлизация, включающая следующие слои:

1. Золото-германиевая

эвтектикатолщиной 0,07 мкм

2. Никельтолщиной 0,03 мкм

3. Золототолщиной 0,15 мкм После подготовки исходной структуры проводился процесс вплавления, включающий в себя выполнение следующей последовательности технологических операций:

1. Структура помещается в реакционную камеруустановки для осаждения диэлектрических пленок. После чего реакционная камера (реактор) герметизируется и либо ва- куумируется и продувается инертным газом в течение 30-40 мин с расходом 0,2 л/мин при непрерывной откачке газов из реактора, либо продувается инертным газом без откачивания с расходом 1-1,5 л/мин.

2. Осуществляется нагрев структуры до температуры, при которой начинается рост диэлектрической пленки, после этого в реактор подаются реагенты, обеспечивающие, выращивание на поверхности структуры диэлектрической пленки. С этого момента начинается рост пленки, Одновременно продолжают нагрев структуры до температуры не выше 400°С. В том случае, если температура достигла 400°С, а пленка диэлектрика еще не достигла толщины 40 нм, дальнейший нагрев структуры прекращают и делают выдержку до образования пленки толщиной более 40 нм.

3. После формирования диэлектрической пленки толщиной 40 нм производят нагрев структуры до 410-420°С и делают выдержку в течение 3-10 мин.

4. По истечений заданного времени оключают подачу реагентов в реактор, еы- ключают нагревательные устройства и осуществляют продувку реактора инертным газом с расходом 0,5 л/мин в течение 30-40 мин с одновременным охлаждением структуры до комнатной температуры, после чего реактор разгерметизируют и из него извлекают подложку.

П р и м е р 1. Процесс вплавления осуществлялся одновременно с осаждением на структуру диэлектрической яленки нитридагаллия, образующейся в результате протекания реакции пиролиза моноаммиаката хлорида галлия при пониженном давлении (300 Па) в реакторе проточного топа

GaClaNHs- GaN-f 3HCI

Условия процесса были следующими. При температуре 390°С (Ti) было закончено выращивание пленки нитрида галлия толщиной 50 нм, после чего структуру нагрели и выдержали в течение 6 минут при 415°С (Т2), а затем охладили до комнатной температуры.

Разброс величины сопротивления омических контактов по пластине составил 4% изменения проведены в 40 точках),величина максимальной высоты неровностей поверхности омического контакта составила 0,02 мкм.

Пример 2, Процесс вплавления осуществляли одновременно с осаждением на поверхность структуры диэлектрической пленки нитрида германия, образующейся в результате протекания реакции аммоноли- за тетрахлорида германия при нормальном давлении в реакторе проточного типа

3GeCl4 + 4NH3 - GesN4 + 12НС

Условия процесса были следующие. При температуре 400°С (Г-i) было закончено выращивание диэлектрической пленки толщиной 70 нм, после этого структуру нагрели и выдержки при 420°С (12) в течение 5 мин,

чение 3-10 мин.

Влияние параметров процесса на характеристики омических контактов

а затем охладили до комнатной температуры.

Разброс величины сопротивления омических контактов по пластине составил 5% 5 (измерения проведены в 40 точках), величина максимальной высоты неровностей поверхности омического контакта составила 0,02 мкм.

Таким образом использование предла0 гаемого способа вплавления омических контактов позволяет добиться уменьшения разброса величины удельного контактного сопротивления омических контактов по пла5 стине и зеркально гладкой поверхности контактных площадок, что увеличивает выход годных приборов и позволяет применять способ в субмикронной технологии. Формула изобретения

0 Способ получения омических контактов к арсениду галлия, включающий последовательное нанесение на арсеиид галлия металлических слоев эвтектики золото - германий, никеля и золота и вплавление

5 слоев путем нагрева структуры, выдержки и охлаждения, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности удельного контактного сопротивления и качества поверхности контактов, впяавление ведут

0 одновременно с осаждением диэлектрической пленки, инертной по отношению к материалам структуры в условиях вплавления, осуществляют предварительный нагрев до 363-400°С и предварительную выдержку до

0 образования пленки диэлектрика толщиной не менее 40 нм, повышают температуру до 410-420°С, а выдержку осуществляют в те../

Назначение: микроэлектроника. Сущность изобретения: процесс включения слоя эвтектики золото-германий, никеля и золота ведут одновременно с осаждением на поверхность заранее созданной на арсениде галлия металлизации диэлектрической пленки, инертной по отношению к подложке и применяемым металлам в условиях вплав- ления. Структуру нагревают до 363-400°С, выдерживают до образования пленки диэлектрика толщиной не менее 40 нм, затем температуру повышают до 410-420°С и де; л лают выдержку в.течение 3-10 мин. 2 ил., 1 табл.

395

395

395

50

50

«IS

«15 М5

Про Одностадийное йппэвление без

то осаждений пленки

типТ ПО°С Т 3 мин

Контакт не вплавлен

Контакт перевплавлен

Контакт не вппэвлен

10

0,02

Контакт пере- вплавлен

1)5$

15S

0,2

50 100 750 20Д ISO Расстояние ска г/ряЗании „.Фиг. .

300 350 400