Способ изготовления омических контактов
METHOD FOR MANUFACTURING OHMIC CONTACTS

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 nGaN 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 nGaN 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 nGaN. Далее осаждают на область nGaN металл, образующий омический контакт. Высокое легирование nGaN 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 (nGaN), 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 nGaN, который эпитаксиально осаждается через предварительно сформированную диэлектрическую маску на гетероструктуру, состоящую из барьерного слоя AlGaN (3) и проводящего слоя GaN (5). Перед эпитаксиальным доращиванием nGaN 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 nGaN, 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
2
4
2
2
6
2
3
2
2
+
+
+
+
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 NO+SiH при температуре 300°C наносится диэлектрическая пленка SiO. Травление диэлектрической пленки SiO через предварительно сформированные с помощью фотолитографии «окна» осуществляется плазмохимическим методом в смеси SF и O. Затем через туже фоторезистивную маску последовательно за травлением диэлектрика проводится плазмохимическое травление гетероструктуры в смеси BCl и Ar на глубину ниже залегания двумерного электронного газа. Далее на гетероструктуру со сформированной диэлектрической маской SiO происходит осаждение высоколегированного полупроводникового материала (nGaN) в установке молекулярно-лучевой эпитаксии при температуре 850°C. После осаждения nGaN происходит удаление диэлектрической маски SiO в жидком растворе (HF:NH4F:H2O=1:3:7) и температурный отжиг гетероструктуры с осажденным nGaN 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 nGaN. Удельное сопротивление изготовленных омических контактов составило 0,08 Ом⋅мм.