PL182367B1 - Sposób wytwarzania kontaktów omowych w przyrządzie półprzewodnikowym - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania kontaktów omowych w przyrządzie półprzewodnikowym, polegający na nałożeniu wielowarstwowej metalizacji na p^ółprzewodnikowy materiał podłożowy, znamienny tym, że materiał podłożowy w postaci półprzewodnikowego azotku metalu grupy III typu p lub n pokrywa się metalizacją warstwową A/B/A/C, gdzie jako A nakłada się warstwę metalu reagującego z azotkiem w temperaturze Ti o grubości korzystnie 5-35 nm, jako B nakłada się warstwę domieszki akceptorowej dla podłoża typu p, a donorowej dla podłoża typu n, o grubości ok. 0,3 grubości warstwy A, natomiast jako C nakłada się pierwiastek reagujący w temperaturze T2>Ti z metalem A, przy czym grubość warstwy pierwiastka C jest około 1 Ο-krotnie większa od grubości warstwy A, a następnie materiał podłożowy z taką metalizacją poddaje się wygrzewaniu w temperaturze T2, korzystnie 400-500°C w czasie krótszym niż 60 min.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kontaktów omowych metal/półprzewodnik w przyrządzie półprzewodnikowym, zwłaszcza w przyrządach półprzewodnikowych z azotków metali grupy III, jak azotek galu, azotek glinu i azotek indu.

Istnieją zasadniczo dwa sposoby wytwarzania kontaktów omowych metal/półprzewodnik. Pierwszy z nich polegający na obniżeniu wysokości bariery potencjału na międzypowierzchni kontaktu metal/półprzewodnik jest obecnie najczęściej stosowany w odniesieniu do azotków galu, indu i glinu. Zgodnie z nim, gdy materiał jest typu n wytworzenie kontaktu omowego polega na osadzeniu na powierzchni półprzewodnika metalu o małej pracy wyjścia, porównywalnej z powinowactwem elektronowym półprzewodnika. W zastosowaniu do półprzewodnika typu p, do uformowania kontaktu omowego wymagany jest metal o pracy wyjścia w przybliżeniu równej sumie szerokości przerwy zabronionej półprzewodnika i jego powinowactwa elektronowego. Jest to zadanie praktycznie niewykonalne, bowiem jako metalizacje kontaktowe do półprzewodników typu p należałoby zastosować metale o pracach wyjścia > 6 eV, podczas gdy największe prace wyjścia metali niewiele przekraczają 5 eV. Drugi sposób polega na nałożeniu na powierzchnię półprzewodnika metalizacji zawierającej, w zależności od typu półprzewodnika, odpowiedniego rodzaju domieszkę i obróbce termicznej kontaktu

182 367 metal/półprzewodnik mającej na celu wprowadzenie tejże domieszki do podkontaktowej warstwy półprzewodnika. W rezultacie powstaje silnie domieszkowana podkontaktowa warstwa półprzewodnika tworząca tunelowe złącze metal/półprzewodnik o właściwościach omowych. Wytwarzanie kontaktów omowych do półprzewodnikowych azotków metali grupy III na drodze formowania silnie domieszkowanego obszaru podkontaktowego nie jest w literaturze opisane.

Przedstawiony poniżej sposób wykorzystuje metodę wykonywania kontaktów omowych na drodze indukowanej termicznie reakcji pomiędzy wielowarstwowa metalizacją i półprzewodnikiem, w wyniku której powstaje silnie domieszkowana podkontaktowa warstwa półprzewodnika.

Istota sposobu wytwarzania kontaktów omowych według wynalazku, polega na nałożeniu warstwy metalizacyjnej na półprzewodnikowy materiał podłożowy w postaci półprzewodnikowego azotku metalu grupy III typu p lub n. Warstwę metalizacyjną stanowi struktura czterowarstwowa A/B/A/C, gdzie A jest warstwą metalu reagującego z azotkiem w temperaturze Ti, korzystnie jeżeli warstwą tąjest nikiel lub pallad, o grubości 5-35 nm. B jest natomiast dla podłoża typu p warstwą domieszki akceptorowej, korzystnie jeżeli jest to warstwa magnezu, a dla podłoża typu n warstwą domieszki donorowej, korzystnie jeżeli jest to warstwa krzemu lub germanu, o grubości około 0,3 grubości warstwy A. Natomiast C jest pierwiastkiem reagującym w temperaturze T2 > Ti z metalem A, korzystnie jeżeli jest to warstwa krzemu, germanu lub antymonu, o grubości około 10-krotnie większej od grubości warstwy A. Po nałożeniu na materiał podłożowy takiej metalizacji całość poddaje się wygrzewaniu w temperaturze T2 = 400 - 500°C w czasie krótszym niż 60 min.

Jako warstwę A można nakładać warstwę niklu lub palladu, jako warstwę zawierającą domieszkę akceptorową - warstwę magnezu, jako warstwę zawierającą domieszkę donorowąwarstwę krzemu lub germanu. Natomiast jako pierwiastka reagującego w temperaturze T2 > Ti z metalem A można użyć krzemu, germanu lub antymonu.

Wytworzone według wynalazku, kontakty omowe charakteryzują się znakomitą morfologią powierzchni i międzypowierzchni kontaktu. Dzięki temu, że proces formowania kontaktów przebiega w fazie stałej, kontakty są jednorodne. Za ich szczególną zaletę należy uznać fakt że są płytkie, bowiem grubość warstwy podłożowej półprzewodnika uczestniczącej w reakcji kontaktowej zależy od grubości pierwszej warstwy metalu A i jest ograniczona do kilkudziesięciu nanometrów. Ma to fundamentalne znaczenie dla możliwości zastosowań kontaktów omowych w najnowocześniejszych przyrządach półprzewodnikowych, charakteryzujących się submikrometrowymi warstwami podkontaktowymi. Ponadto kontakty są stabilne termicznie aż do 400°C, dzięki czemu spełniają wymagania stawiane kontaktom w przyrządach przeznaczonych do zastosowań w wysokich temperaturach.

Przykład

Silnie domieszkowana podkontaktowa warstwa półprzewodnika, decydująca o własnościach omowych kontaktu, wytwarzana jest w rezultacie dekompozycji i powtórnego wzrostu półprzewodnika w fazie stałej. Proces formowania kontaktu omowego przebiega następująco. Metalizację kontaktową stanowi struktura wielowarstwowa A/B/A/C. W trakcie wygrzewania kontaktu, gdy temperatura pieca, w którym prowadzona jest obróbka termiczna osiągnie wartość Ti, metal A z pierwszej warstwy leżącej bezpośrednio na powierzchni półporzewodnika reaguje z półprzewodnikiem tworząc związek z metalem grupy III (Ga, In, Al) i związek z azotem. W ten sposób zachodzi dekompozycja podkontaktowej warstwy półprzewodnika. Gdy temperatura wygrzewania osiągnie wartość T2 zapoczątkowana zostaje reakcja pierwiastka C z drugą warstwą metalu A a następnie z utworzonymi wcześniej związkami. Wynikiem tych reakcji jest związek AC, który jest na tyle stabilny, iż wymusza powtórny wzrost półprzewodnika w fazie stałej. Cienka warstwa pierwiastka B usytuowana pomiędzy dwiema warstwami metalu A jest źródłem domieszki w procesie powtórnego wzrostu podkontaktowej warstwy półprzewodnika. W rezultacie wytworzona zostaje silnie domieszkowana warstwa podkontaktowa, tworząca tunelowe złącze metal/półprzewodnik o właściwościach omowych.

182 367

Według przykładu, na podłoże z azotku galu GaN typu p nałożono strukturę czterowarstwową Ni/Mg/Ni/Si. Pierwszą warstwą jest warstwa niklu - Ni o grubości 20 nm, drugą warstwą jest warstwa magnezu - Mg o grubości 6 nm. Trzecią warstwą jest warstwa Ni, o grubości 20 nm, a czwartą warstwą jest warstwa krzemu - Si o grubości 200 nm. Tak wytworzony kontakt poddaje się wygrzewaniu w temperaturze 450°C przez 30 min.

W przypadku zastosowania jako podłoża GaN typu n, metalizację kontaktową stanowi struktura warstwowa Ni/Si/Ni/Si o następujących grubościach poszczególnych warstw: pierwsza warstwa Ni - 20 nm, pierwsza warstwa Si - 6 nm, druga warstwa Ni - 20 nm, druga warstwa Si - 200 nm. Kontakt wygrzewa się w temperaturze 450°C przez 30 min.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania kontaktów omowych w przyrządzie półprzewodnikowym, polegający na nałożeniu wielowarstwowej metalizacji na półprzewodnikowy materiał podłożowy, znamienny tym, że materiał podłożowy w postaci półprzewodnikowego azotku metalu grupy III typu p lub n pokrywa się metalizacją warstwową A/B/A/C, gdzie jako A nakłada się warstwę metalu reagującego z azotkiem w temperaturze Ti o grubości korzystnie 5-35 nm, jako B nakłada się warstwę domieszki akceptorowej dla podłoża typu p, a donorowej dla podłoża typu n, o grubości ok. 0,3 grubości warstwy A, natomiast jako C nakłada się pierwiastek reagujący w temperaturze T₂>Tj z metalem A, przy czym grubość warstwy pierwiastka C jest około 10-krotnie większa od grubości warstwy A, a następnie materiał podłożowy z taką metalizacją poddaje się wygrzewaniu w temperaturze T₂, korzystnie 400-500°C w czasie krótszym niż 60 min.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako warstwę A nakłada się warstwę niklu.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako A nakłada się warstwę palladu.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako warstwę domieszki akceptorowej nakłada się warstwę magnezu.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako warstwę domieszki donorowej nakłada się warstwę krzemu.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako warstwę domieszki donorowej nakłada się warstwę germanu.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwiastkiem reagującym w temperaturze T₂>T1 z metalem A jest krzem.
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwiastkiem reagującym w temperaturze T₂>T), z metalem A jest german.
9. 9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwiastkiem reagującym w temperaturze T₂>T>, z metalem A jest antymon.