PL194171B1 - Sposób wytwarzania kontaktów omowych - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania kontaktów omowych polegający na nałożeniu warstwy metalizacyjnej na półprzewodnikowy materiał podłożowy, znamienny tym, że materiał podłożowy w postaci azotku metalu grupy III pokrywa się co najmniej jedną warstwą trudnotopliwej metalizacji a następnie poddaje się wygrzewaniu w temperaturze równej lub wyższej niż 900°C.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kontaktów omowych metal/półprzewodnik do azotków metali grupy III, zwłaszcza do takich jak azotek galu, azotek glinu i azotek indu.

Znane są zasadniczo dwa sposoby wytwarzania kontaktów omowych metal/półprzewodnik. Jeden z nich polega na obniżeniu wysokości bariery potencjału na międzypowierzchni kontaktu metal/półprzewodnik i jest obecnie najczęściej stosowany w odniesieniu do azotków galu, indu i glinu. Zgodnie z tym sposobem, 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 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 własnościach omowych. Praktyczna realizacja tego sposobu opisana jest w artykule E. Kaminska, A. Piotrowska, A. Barcz, M. Guziewicz, S. Kasjaniuk, M.D. Bremser, R.F. Davis, E.Dynowska, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. vol.482, str. 1077, 1998r. W sposobie tym na półprzewodnik nanosi się metalizację wielowarstwową, w której pierwszą warstwę stanowi metal tworzący w niskiej temperaturze związki z obydwoma komponentami półprzewodnika, drugą warstwę stanowi domieszka, trzecia warstwa jest identyczna jak pierwsza, zaś czwartą - materiał tworzący w wyższej temperaturze stabilny związek z metalem z pierwszej i trzeciej warstwy. Reakcja prowadząca do wytworzenia silnie domieszkowanej podkontaktowej warstwy półprzewodnika przebiega w następujący sposób. W trakcie wygrzewania kontaktu, wraz ze wzrostem temperatury pieca najpierw metal stanowiący pierwszą warstwę reaguje z półprzewodnikiem tworząc związki z jego dwoma komponentami. W wyższej temperaturze materiał z ostatniej warstwy reaguje z metalem. Ponieważ powstający w wyniku tej reakcji związek jest bardzo stabilny, wymusza on dekompozycję uformowanych wcześniej związków metalu z komponentami półprzewodnika i rekrystalizację cienkiej warstwy półprzewodnika. W trakcie rekrystalizacji do półprzewodnika wbudowuje się domieszka, a przez to zrekrystalizowana warstwa podkontaktowa jest silnie domieszkowana.

Przedstawiony poniżej sposób wykorzystuje metodę wykonania kontaktów omowych poprzez zwiększenie koncentracji swobodnych nośników ładunku w podkontaktowej warstwie półprzewodnika bez wprowadzania dodatkowej domieszki z zewnątrz.

Istota sposobu wytwarzania kontaktów omowych według wynalazku polega na nałożeniu na podłoże półprzewodnikowe, w postaci azotku metalu grupy III, co najmniej jednej warstwy trudnotopliwej metalizacji i wygrzaniu jej w temperaturze > 900°C. Przy czym metalizację stanowi materiał będący trudnotopliwym związkiem lub roztworem stałym zawierającym metal przejściowy, bądź struktura wielowarstwowa składająca się z kilku cienkich warstw takich materiałów.

Wynalazek zostanie bliżej objaśniony na dwóch przykładach wykonania. W pierwszym przykładzie wykonania, na podłoże z azotku galu GaN typu p nałożono metalizację w postaci struktury dwuwarstwowej ZrN/ZrB2. W strukturze tej cyrkon Zr jest metalem przejściowym, zaś azotek cyrkonu ZrN i borek cyrkonu ZrB2 są związkami trudnotopliwymi. Pierwszą warstwą tej metalizacji jest warstwa azotku cyrkonu ZrN o grubości 50 nm, a drugą warstwą jest warstwa borku cyrkonu ZrB2 również o grubości 50 nm. Tak nałożoną strukturę warstwową poddaje się wygrzewaniu przez 30 sek w temperaturze 1000°C.

W przykładzie tym wzrost koncentracji swobodnych nośników ładunku w podkontaktowej warstwie półprzewodnika, decydujący o własnościach omowych kontaktu, uzyskiwany jest w rezultacie oddziaływania pomiędzy trudnotopliwym związkiem lub roztworem stałym metalu przejściowego a półprzewodnikiem. Proces formowania kontaktu omowego przebiega następująco. W trakcie wygrzewania kontaktu, gdy temperatura pieca osiągnie wymagane 1000°C wodór znajdujący się w podkontaktowej warstwie GaN typu p i neutralizujący domieszkę wydyfunduje za pośrednictwem metalizacji na zewnątrz. W rezultacie, aktywowana zostaje domieszka co powoduje wzrost koncentracji swoPL 194 171 B1 bodnych nośników ładunku którymi są w tym przypadku dziury, niezbędny do uformowania tunelowego złącza metal/półprzewodnik o właściwościach omowych.

W drugim przykładzie wykonania, na podłoże z GaN typu n nałożono metalizację w postaci cienkiej warstwy TiN o grubości 80 nm. W metalizacji tej tytan Ti jest metalem przejściowym, zaś azotek tytanu TiN jest związkiem trudnotopliwym. Taki kontakt poddaje się wygrzewaniu w temperaturze 1000°C przez 30 sek. W tym przypadku, oddziaływanie pomiędzy metalizacją a półprzewodnikiem powoduje wytworzenie luk azotowych w podkontaktowej warstwie GaN, co w konsekwencji prowadzi do zwiększenia koncentracji swobodnych nośników ładunku, elektronów, koniecznego do uformowania kontaktu omowego.

Wytworzone według wynalazku kontakty omowe charakteryzują się znakomitą morfologią powierzchni i międzypowierzchni kontaktu. Ich największą zaletą jest fakt, że pozwalają wytworzyć kontakty o najniższej jak dotąd oporności właściwej. Dzięki użyciu metalizacji z materiałów trudnotopliwych, kontakty charakteryzują się znakomitą stabilnością termiczną. Ponieważ w procesie formowania kontaktów nie zostaje naruszona powierzchnia półprzewodnika, wytworzone kontakty są jednorodne i płytkie. Ma to zasadnicze znaczenie dla możliwości zastosowania takich kontaktów omowych w najnowocześniejszych przyrządach półprzewodnikowych przeznaczonych do zastosowań w elektronice wysokotemperaturowej a także dużej mocy.

Claims (4)

1. Sposób wytwarzania kontaktów omowych polegający na nałożeniu warstwy metalizacyjnej na półprzewodnikowy materiał podłożowy, znamienny tym, że materiał podłożowy w postaci azotku metalu grupy III pokrywa się co najmniej jedną warstwą trudnotopliwej metalizacji a następnie poddaje się wygrzewaniu w temperaturze równej lub wyższej niż 900°C.

2. Sposób wytwarzania kontaktów omowych według zastrz. 1, znamienny tym, że trudnotopliwą metalizację stanowi związek zawierający metal przejściowy.

3. Sposób wytwarzania kontaktów omowych według zastrz. 1, znamienny tym, że trudnotopliwą metalizację stanowi roztwór stały zawierający metal przejściowy.

4. Sposób wytwarzania kontaktów omowych według zastrz. 1, znamienny tym, że wygrzewanie prowadzi się w temperaturze 900 - 1100°C.