RU2391741C1 - Способ формирования многослойного омического контакта фотоэлектрического преобразователя (варианты) - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к микроэлектронике. Сущность изобретения: в способе формирования многослойного омического контакта фотоэлектрического преобразователя на основе арсенида галлия электронной проводимости формируют фотолитографией топологию фоточувствительных областей и проводят травление поверхности структуры фотоэлектрического преобразователя. Затем последовательно напыляют на протравленную поверхность слой титана толщиной 5-30 нм, слой германия толщиной 25-90 нм, слой платины толщиной 25-60 нм и слой золота. Отношение толщины слоя германия к толщине слоя платины равно (1,0-1,9):1. После напыления слоев удаляют фоторезист и отжигают контактную структуру. На слой титана может быть нанесен сначала слой платины, а затем слой германия. Техническим результатом изобретения является уменьшение глубины залегания границы раздела контакт - полупроводник, улучшение ее качества путем повышения ее планарности, улучшение морфологии поверхности контакта при сохранении малых значений сопротивления контакта, что обеспечивает повышение воспроизводимости технологии изготовления контактов с высокими характеристиками и, как следствие, улучшение характеристик приборов, в которых используются такие контакты. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности к изготовлению концентраторных фотоэлектрических преобразователей, и может использоваться в постростовых операциях по изготовлению омических контактных систем к слоям арсенида галлия электронной проводимости.

Известен способ изготовления контактной структуры к арсениду галлия (GaAs) и к твердым растворам AlGaAs с электронной проводимостью (см. патент US №5192994, МПК H01L 21/28, опубликован 9.03.1993) путем последовательного напыления слоев золота, германия и никеля с последующим отжигом в атмосфере азота или водорода при температуре от 350°С до 500°С. Нанесенный известным способом контакт Au-Ge-Ni дает малое контактное сопротивление за счет того, что при диффузии Ge в GaAs под контактом образуется сильнолегированная вырожденная область полупроводника. Это способствует появлению туннельной проводимости носителей заряда и, соответственно, омическому поведению контакта.

Основным недостатком известного способа является сильное проплавление верхнего слоя полупроводника при изготовлении омических (безбарьерных) контактов, неоднородное по площади контакта и неконтролируемое. Систематические исследования показывают, что электрический ток протекает именно через эти локальные области, что может ухудшать характеристики приборов и приводить к быстрой деградации контактов. Кроме того, при вжигании таких контактов обычно ухудшается морфология поверхности с образованием агломератов, что отрицательно сказывается на последующих операциях пайки контактных выводов приборов или при утолщении контактов (например, электрохимическим высаживанием из электролита). Конечное контактное сопротивление, морфология поверхности и качество границы раздела металл - полупроводник сильно зависят от температуры и времени отжига; оптимальные значения находятся в узких пределах: температура отжига 370-380°С и время отжига 10-30 с. При меньших температурах и больших или меньших временах отжига сильно (более чем на порядок) увеличивается контактное сопротивление; при больших температурах ухудшается морфология поверхности и качество границы раздела металл - полупроводник. Все вышеперечисленное приводит к недостаточно высокой воспроизводимости параметров контактов при использовании контактной структуры Au-Ge-Ni.

Известен способ изготовления контактной структуры к GaAs и твердым растворам AlGaAs с электронной проводимостью (см. патент US №5309022, МПК H01L 21/28, опубликован 3.05.1994) путем последовательного напыления слоев никеля (толщиной 40-200 Å), германия (толщиной 150-400 Å) и золота (толщиной более 4000 Å) с последующим отжигом с при температуре от 300-500°С в течение 1-200 с.

Применение Ni в качестве первого слоя к полупроводнику в контактных системах Ni-Ge-Au приводит к небольшому уменьшению контактного сопротивления по сравнению с контактными системами Au-Ge-Ni с первым слоем Аu или сплава AuGe. При этом, как правило, уменьшается проплавление верхнего слоя полупроводника и улучшается морфология поверхности контакта после отжига контактов. Однако при использовании известного способа не удается существенно предотвратить эрозию поверхности полупроводника.

Известен способ изготовления контактной структуры к GaAs с электронной проводимостью на основе многослойных контактных систем со слоями германия и золота с различными барьерными слоями между ними (см. C.Lin and C.P.Lee. - J. Appl. Phys. - 1990, 67 (1), pp.260-263). Рассматривались системы Ge-Ni-Au, Ge-Pd-Au и Ge-Pt-Au с толщинами соответственно 43 нм, 30 нм и 87 нм. Наилучшие результаты по величине контактного сопротивления (при отжиге контакта при 450°С в течение 30 с) и качества поверхности контакта были достигнуты для системы Ge-Pt-Au.

Применение дополнительного барьерного слоя между германием и золотом позволяет улучшить качество границы раздела металл - полупроводник при сохранении малых значений контактного сопротивления. Однако применение германия в качестве первого слоя, контактирующего с полупроводником, также приводит к нарушению планарности границы раздела металл - полупроводник.

Известен способ формирования многослойного омического контакта к GaAs и к твердым растворам AlGaAs с электронной проводимостью (см. патент US №5284798, МПК H01L 21/285, опубликован 8.02.1994) путем последовательного напыления слоев золота (толщиной 10-200 Å), германия (толщиной 50-200 Å), никеля (толщиной 50-200 Å), и золота (толщиной 200-1000 Å) с последующим отжигом при температуре от 350-500°С в атмосфере инертного газа.

Известный способ не позволяет предотвратить эрозию поверхности контакта и неконтролируемый протрав границы раздела металл - полупроводник при отжиге. Кроме того, применение золота в качестве первого слоя в предлагаемой контактной системе может затруднить использование метода взрывной фотолитографии при изготовлении приборов, так как золото обладает плохой адгезией к GaAs.

Известен способ формирования многослойного омического контакта к полупроводниковым соединениям А³В⁵ (см. патент US №6033976, МПК H01L 21/285, опубликован 7.03.2000), включающий последовательное нанесение на их поверхности пленок никеля, металла, выбранного из группы Au, Pd, Pt или Аg, и пленку германия с последующим отжигом в атмосфере азота с водорода при температурах 400-750°С в течение времени от нескольких секунд до нескольких минут. При этом при нанесении пленок предлагаемой контактной структуры на поверхность полупроводника выбирается атомное соотношение никеля и германия в слоях примерно 1:1.

Известный способ не позволяет предотвратить эрозию поверхности контакта и неконтролируемое протравливание границы раздела металл - полупроводник при отжиге контактов.

Известен способ формирования многослойного омического контакта фотоэлектрического преобразователя (см. патент US №5924002, МПК H01L 29/45, опубликован 13.07.1999), включающий нанесение на поверхность полупроводника слоев никеля (толщиной от 5 до 15 нм), олова и сплава AuGe (толщиной от 50 до 200 нм) с последующим отжигом при температуре 190-300°С. Затем наносятся слои титана, платины и золота (например, слои толщинами 5 нм, 10 нм и 300 нм соответственно).

Главное преимущество известного способа - низкие температуры отжига, что является необходимым условием при изготовлении ряда приборов, таких как полупроводниковые лазеры на основе соединений А²В⁶, выращенных на подложках n-GaAs. Однако при использовании известного способа слои металла неконтролируемо и неоднородно проплавляют границу раздела контакт - полупроводник. При вжигании также происходит сильная эрозия поверхности контакта Ni-Sn-AuGe. Для того чтобы улучшить поверхность контакта в данном способе предлагается напылять еще три слоя металла - Ti, Pt и Au, что усложняет процесс изготовления контактной структуры.

Известен способ формирования многослойного омического контакта фотоэлектрического преобразователя (см. патент US №6313534, МПК H01L 29/43, опубликован 06.11.2001), включающий последовательное нанесение на поверхность полупроводника слоя никеля (толщиной от 8 до 30 нм), слой индия (толщиной от 2 до 6 нм) и слоя германия (толщиной от 10 до 50 нм) с последующим отжигом при температуре 300-600°С от нескольких секунд до нескольких минут. Перед отжигом на поверхность указанных слоев может быть нанесены слои ниобия или его соединения и слой, например, золота.

В результате реализации известного способа в приконтактной области образуется очень неоднородная по толщине и составу прослойка твердого раствора соединения InGaAs, что значительно ухудшает термическую стабильность контакта. Кроме того, данный способ не может решить проблему неоднородного протравливания границы раздела контакт - полупроводник при отжиге.

Известен способ формирования многослойного омического контакта фотоэлектрического преобразователя (см. патент US №5260603, МПК H01L 29/45, опубликован 09.11.1993), включающий последовательное нанесение на поверхность полупроводника слоя платины (толщиной от 0,5 до 5 нм), слоя титана (толщиной от 10 до 100 нм), слоя платины (толщиной от 20 до 100 нм) и слоя золота (толщиной от 30 до 1000 нм).

Контактная структура, полученная известным способом, не содержит легирующих примесей и поэтому не может обеспечить низкие значения сопротивления контакта к n-GaAs.

Известен способ формирования многослойного омического контакта фотоэлектрического преобразователя (см. патент US №5793109, МПК H01L 21/28, опубликован 11.08.1998) путем предварительного нанесения посредством молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) на их поверхность тонкого, толщиной менее 10 нм, сильнолегированного (2·10¹³-2·10¹⁴ см^-2) слоя, например, InGaP с последующим нанесением контактных слоев, например, титана и золота.

К недостаткам известного способа следует отнести необходимость использования дополнительного сложного и дорогостоящего оборудования - установки МЛЭ, а также необходимость проведения дополнительной операции по выращиванию сильнолегированного слоя перед нанесением металлических слоев контактной структуры.

Известен способ формирования многослойного омического контакта фотоэлектрического преобразователя на основе многослойных контактных систем со слоями германия, золота и платины (J.S.Chen, E.Kolawa, M.-A.Nicolet, R.P.Ruiz. - J. Appl. Phys., 1994, 75 (11), pp.7373-7381), совпадающий с заявляемым решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Способ-прототип включает последовательность нанесения слоев: платина - первый слой (толщиной 9-45 нм), затем - слои германия (толщиной 25 нм) и золота (толщиной 43 нм). Перед загрузкой в камеру электронно-лучевого напыления подложки травились в растворе НСl:Н₂O=1:1 (по объему) до тех пор, пока они не становились гидрофобными. После напыления контактных слоев проводился их термический отжиг в атмосфере аргона при температурах 350-550°С в течение 15 мин. Были получены значения контактного сопротивления (3-5)·10^-5 Ом·см² для n-GaAs с уровнем легирования 1·10¹⁸ см^-3.

Следует отметить, что платина имеет недостаточно хорошую адгезию к GaAs, кроме того, при таком расположении слоев после отжига контакта на поверхности верхнего слоя золота будет содержаться германий, а это отрицательно сказывается на адгезии дополнительно наносимого металла, например, при необходимости дальнейшего утолщения контакта с помощью гальванического метода. Наличие дополнительных примесей в верхнем слое золота также может препятствовать качественному присоединению контактных выводов к верхнему слою контакта.

Задачей, решаемой заявляемым техническим решением, являлась разработка такого способа формирования многослойного омического контакта фотоэлектрического преобразователя, который позволил бы уменьшить глубину залегания границы раздела контакт - полупроводник, улучшить ее качество путем повышения ее планарности, улучшить морфологию поверхности контакта при сохранении малых значений сопротивления контакта к n-GaAs, что обеспечивает повышение воспроизводимости технологии изготовления контактов с высокими характеристиками и, как следствие, улучшение характеристик приборов, в которых используются такие контакты.

Поставленная задача решается группой изобретений - вариантами, объединенными единым изобретательским замыслом.

По первому варианту задача решается тем, что заявляемый способ включает предварительное формирование фотолитографией топологии фоточувствительных областей, очистку поверхности структуры фотоэлектрического преобразователя, последовательное напыление на протравленную поверхность слоя титана толщиной 5-30 нм, слоя германия толщиной 25-90 нм, слоя платины толщиной 25-60 нм при соотношении толщины слоя германия к толщине слоя платины, равном (1,0-1,9):1, и слоя золота, последующее удаление фоторезиста и отжиг контактной структуры.

Очистку поверхности структуры фотоэлектрического преобразователя можно осуществлять в водном растворе HCl при объемном соотношении HCl и Н₂O 1:1 или ионно-лучевым травлением.

Отжиг контактной структуры желательно вести при температуре 420-480°С в течение времени от 10 секунд до нескольких минут.

Отжиг контактной структуры можно вести в потоке чистого водорода, в потоке смеси азота и водорода или в вакууме.

Напыление слоя титана и слоя платины можно осуществлять магнетронным распылением.

Напыление слоя германия и слоя золота можно осуществлять термическим испарением.

Отношение толщины слоя германия к толщине слоя платины предпочтительно выбирать равным 1,5:1.

Слой золота обычно напыляют толщиной 50-4000 нм.

По второму варианту задача решается тем, что заявляемый способ включает предварительное формирование фотолитографией топологии фоточувствительных областей, очистку поверхности структуры фотоэлектрического преобразователя, последовательное напыление на протравленную поверхность слоя титана толщиной 5-30 нм, слоя платины толщиной 25-60 нм, слоя германия толщиной 25-90 нм, при соотношении толщины слоя платины к толщине слоя германия, равном 1:(1,0-1,9), и слоя золота, последующее удаление фоторезиста и отжиг контактной структуры.

Очистку поверхности структуры фотоэлектрического преобразователя можно осуществлять в водном растворе HCl при объемном соотношении HCl и Н2O 1:1 или ионно-лучевым травлением.

Отжиг контактной структуры предпочтительно вести при температуре 420-480°С в течение времени от 10 секунд до нескольких минут.

Отжиг контактной структуры можно вести в потоке чистого водорода, в потоке смеси азота и водорода или в вакууме.

Напыление слоя титана и слоя платины можно осуществлять магнетронным распылением, а напыление слоя германия и слоя золота можно осуществлять термическим испарением.

Отношение толщины слоя платины к толщине слоя германия предпочтительно устанавливать равным 1:1,5.

Слой золота можно напылять толщиной 30-200 нм.

На слой золота можно напылять барьерный слой из никеля или платины толщиной 20-60 нм и слой металла толщиной 50-5000 нм, выбранного из группы: золото, серебро, алюминий.

В частности, титан широко используется в качестве адгезионного, контактирующего с полупроводником, слоя в различных контактных системах, применяемых в том числе и для формирования омических контактов к арсениду галлия. Например, для сильнолегированного, с концентрацией свободных носителей 5·10¹⁹ см^-3 и более, арсенида галлия дырочной проводимости (р-типа) может применяться контактная система Ti-Pt-Au, которая дает удовлетворительные результаты по адгезии, по переходному сопротивлению контакта и глубине его залегания (см. G.Stareev, H.Kunzel, G.Dortmann. - J. Appl. Phys. - V. 74, p.7344, 1993). Изготовление/выращивание арсенида галлия дырочной проводимости (р-типа) с таким уровнем легирования методами МОС-гидридной эпитаксии и МВЕ (молекулярно-лучевой эпитаксией), наиболее распространенными методами при создании приборных структур в настоящее время, не составляет больших затруднений. Получить же слои арсенида галлия с электронной проводимостью (n-типа) данными способами с уровнем легирования более 5·10¹⁸ см^-3 в настоящее время не удается. Попытки использования системы Ti-Pt-Au для формирования контактов к арсениду галлия n-типа с уровнем легирования до 1·10¹⁹ см^-3 дают неудовлетворительные результаты. Это связано как с недостаточно высоким уровнем легирования арсенида галлия, так и с тем, что титан в арсениде галлия дает глубокие акцепторные уровни, что может приводить к уменьшению концентрации свободных носителей в приконтактной области полупроводника n-типа и, соответственно, приводит к увеличению переходного сопротивления контакта. Так, в работе (см. J.Zhou, G.Xia, B.Li, W.Liu. - Applied Physics A, V. 76, pp.939-942, 2003) при использовании контактной системы Ti-Pt-Au для формирования контактов к n-GaAs (1·10¹⁸ см^-3) было получено минимальное переходное сопротивление 3·10^-4 Ом·см² только при температурах отжига 750°С. Такие величины контактного сопротивления и температуры отжига структуры являются неприемлемыми при изготовлении большинства полупроводниковых приборов. Проблема формирования контакта к арсениду галлия с электронной проводимостью с низкими значениями переходного сопротивления решается в заявляемом способе путем добавления слоя германия (донорная примесь в GaAs) для создания под контактом сильнолегированной вырожденной области полупроводника после вжигания и нивелирования воздействия глубоких акцепторных уровней, создаваемых титаном.

В заявляемом способе слой титана (толщиной 5-30 нм) выполняет функцию адгезионной прослойки между полупроводником и другими слоями контактной системы (этот металл имеет значительно лучшую адгезию к GaAs по сравнению с германием, платиной и сплавами на основе золота). Кроме того, подслой титана способствует образованию планарной и неглубоко лежащей границы раздела контакт - полупроводник. Также пленки из титана довольно пластичны и имеют малое содержание пор (в отличие, например, от пленок хрома). Выбор в качестве материала первого слоя контакта титана обусловлен тем обстоятельством, что он обладает лучшей адгезией к арсениду галлия по сравнению с молибденом, вольфрамом, ванадием.

Прилегающий к поверхности арсенида галлия слой из титана толщиной менее 5 нм может иметь нарушения сплошности, а при увеличении толщины слоя более 30 нм может существенно увеличиться последовательное сопротивление контакта (титан имеет большое удельное сопротивление, соответственно, в 20 раз большее, чем у золота), а также, возможно, большее переходное сопротивление контакта (из-за того, что титан дает глубокие акцепторные уровни в арсениде галлия).

Германий является необходимым компонентом в способе изготовления заявляемой контактной структуры, выполняя функцию легирующей добавки (донорной примеси) для создания приконтактной области в n-GaAs с высокой концентрацией свободных носителей заряда.

Толщина слоя германия в диапазоне от 25 нм до 90 нм для конкретной контактной структуры выбирается в зависимости от толщины слоя платины так, чтобы соотношение толщин Ge/Pt было близко к 1,5. В этом случае реализуются контакты с минимальным сопротивлением. При соотношении толщин Ge/Pt меньше 1,0 и больше 1,9 контактное сопротивление может увеличиться более чем на порядок.

Слой платины выполняет функцию барьерного слоя для золота (и германия), замедляя диффузию золота через контактные слои в полупроводник (а также диффузию германия в золото) и тем самым препятствуя нарушению планарности границы раздела контакт - полупроводник. Для создания разделительного, барьерного слоя целесообразно использовать пленки платины, поскольку этот материал обладает одними из лучших разделительных свойств. Так, толщины слоя платины от 25 нм до 60 нм уже достаточно для того, чтобы существенно замедлить диффузию золота через слои контакта в полупроводник. Увеличивать толщину слоя платины более 60 нм не представляется целесообразным из-за увеличения стоимости контакта. Для минимизации контактного сопротивления толщина слоя платины для конкретной контактной структуры выбирается в зависимости от толщины слоя германия, как указано выше.

Толщина верхнего, проводящего слоя выбирается, прежде всего, из соображений уменьшения сопротивления контакта, для чего необходимо увеличивать толщину контакта. Для многих приборов, например для фотоэлектрических преобразователей, требуется изготовление контактной структуры толщиной более 0,5 мкм. Однако следует учитывать и следующее: при толщине контактной структуры менее 1-1,5 мкм, как правило, затрудняется процесс пайки приборов, а при толщинах контактной структуры более 4 мкм могут возникнуть напряженные слои, вследствие чего ухудшается адгезия контактной структуры к полупроводниковой структуре и ее отслаивание. Кроме того, при таких толщинах контактной структуры становится заметным затенение светочувствительной поверхности фотоэлектрических преобразователей. Следует также учитывать увеличение себестоимости контактной структуры при увеличении толщины слоя золота. Для уменьшения себестоимости контактной структуры на слой золота толщиной 30-200 нм можно напылять барьерный слой из никеля или платины толщиной 20-60 нм и затем слой металла толщиной 50-5000 нм, выбранного из группы: серебро, алюминий.

Отжиг контактной структуры обычно осуществляют при температуре 420-480°С в потоке чистого водорода или смеси азота и водорода, или в вакууме в течение времени от 10 секунд до нескольких минут, предпочтительнее, 30-60 секунд. При температурах отжига контактной структуры менее 420°С получаются недостаточно низкие значения контактного сопротивления, при температурах отжига более 480°С контактные слои могут проплавить верхний слой полупроводника на глубину более 100 нм.

Заявляемый способ поясняется иллюстрированным материалом, где

на фиг.1 приведена фотография поперечного разреза контактной структуры (ред. омического контакта) на арсениде галлия (1 - подложка GaAs, 2 - контактная структура Ti-Ge-Pt-Au);

на фиг.2 приведена фотография поперечного разреза контактной структуры (ред. омического контакта) на арсениде галлия (1 - подложка GaAs, 2 - контактная структура Ti-Ge-Pt-Au).

Для изготовления заявляемого многослойного омического контакта фотоэлектрического преобразователя применялась установка, сконструированная в ФТИ им. А.Ф.Иоффе на базе установки УВН-71. Тонкие пленки титана и платины получали методом магнетронного распыления, слои германия и золота - методом термического испарения. Точность напыления пленок титана и платины - (2-4) нм, пленок золота и германия и никеля - (5-10) нм.

При отработке технологии изготовления многослойного омического контакта применялась методика измерения переходного сопротивления контактов TLM (transmission line method) с использованием радиальной геометрии контактных площадок. Для этого методом взрывной фотолитографии на подложках n-GaAs с концентрацией носителей 1·10¹⁸ см^-3 изготавливались тестовые образцы с системой концентрически расположенных контактных площадок различных радиусов.

Стандартный метод взрывной фотолитографии позволяет изготавливать контактные структуры толщиной не более 0,3 мкм, поэтому при необходимости получения утолщенного верхнего, проводящего слоя использовались следующие две схемы изготовления.

Первая схема изготовления по первому варианту способа с электрохимическим утолщением контактной структуры включала предварительное нанесение на полупроводник стандартного фоторезиста с использованием метода фотолитографии; очистку поверхности полупроводника в водном растворе HCl при объемном соотношении HCl и Н₂O 1:1 или методом ионно-лучевого травления; напыление многослойной контактной структуры путем последовательного напыления слоев титана (толщиной 5-30 нм), германия (толщиной 25-90 нм), платины (толщиной 25-60 нм) и золота (толщиной 50-150 нм) с общей толщиной не более 0,25 мкм; удаление фоторезиста в органических растворителях; отжиг контактной структуры при температуре 420-480°С в течение времени от 10 секунд до нескольких минут в потоке чистого водорода или смеси азота и водорода, или в вакууме; нанесение маски фоторезиста для последующего проведения процесса утолщения контактной структуры; электрохимическое осаждение золота из электролита путем последовательного нанесения золота, никеля и золота общей толщиной от 1,5 до 4 мкм.

Вторая схема изготовления по первому варианту способа с предварительным нанесением нестандартной маски фоторезиста включала формирование маски фоторезиста на поверхности полупроводника с профилем ее отдельных элементов, имеющих уширение от поверхности полупроводника в перпендикулярном направлении, или с применением двухслойных фоторезистов (с LOR-слоем); очистку поверхности полупроводника в водном растворе HCl при объемном соотношении HCl и Н₂O 1:1 или методом ионно-лучевого травления; напыление многослойной контактной структуры путем последовательного напыления слоев титана (толщиной 5-30 нм), германия (толщиной 25-90 нм), платины (толщиной 25-60 нм) и золота (толщиной 50-5000 нм) с общей толщиной от 0,25 мкм до 5 мкм; удаление фоторезиста в органических растворителях; отжиг контактной структуры при температуре 420-480°С в течение времени от 10 секунд до нескольких минут в потоке чистого водорода или смеси азота и водорода, или в вакууме.

При применении второй схемы изготовления существует возможность снижения стоимости контакта путем частичной замены толстого слоя золота на, например, серебро или алюминий с барьерным слоем из, например, платины.

Пример 1. На исходной пластине из арсенида галлия электронной проводимости, с концентрацией свободных носителей (уровнем легирования) 1·10¹⁸ см^-3, после проведения стандартных процедур очистки в органических растворителях была сформирована маска из фоторезиста с системой концентрически расположенных контактных площадок различных радиусов (для проведения измерений с помощью методики измерения переходного сопротивления контактов TLM). Непосредственно перед нанесением контактных слоев проводилась очистка поверхности методом ионно-лучевого травления на глубину 0,01 мкм. Затем, на установке вакуумного напыления последовательно наносились слои титана толщиной 30 нм, германия толщиной 45 нм, платины толщиной 30 нм и золота толщиной 105 нм. Слои титана и платины наносились методом магнетронного распыления, а слои германия и золота - методом термического испарения. Затем удалялся фоторезист в органических растворителях. После отжига многослойного контакта при температуре 450°С в течение 30 секунд величина переходного сопротивления контакта составила величину 9·10^-6 Ом·см² (по методике измерения переходного сопротивления контактов TLM); глубина залегания интерфейса (границы раздела) GaAs-контакт составила 70 нм (по снимкам, полученным с помощью растрового электронного микроскопа) с отклонением от планарности не более 10 нм (см. фиг.1). Отклонение от планарности верхнего слоя золота не превышало 30 нм.

Пример 2. На исходной пластине из арсенида галлия электронной проводимости, с концентрацией свободных носителей 1·10¹⁸ см^-3 была изготовлена контактная структура (аналогично примеру 1). Отличия заключались в толщинах нанесенных слоев: слой титана толщиной 5 нм, слой германия - 40 нм, платины толщиной 40 нм и золота толщиной 120 нм. После отжига многослойного контакта при температуре 420°С в течение 60 секунд величина переходного сопротивления контакта составила величину 1,6-10^-5 Ом·см² (по методике TLM); глубина залегания интерфейса (границы раздела) GaAs-контакт составила около 50 нм с отклонением от планарности порядка 15 нм. Отклонение от планарности верхнего слоя золота не превышало 30 нм.

Пример 3. На исходной пластине из арсенида галлия электронной проводимости, с концентрацией свободных носителей 1·10¹⁸ см^-3 была изготовлена контактная структура (аналогично примеру 1). Отличия заключались в толщинах нанесенных слоев: слой титана толщиной 5 нм, слой германия - 90 нм, платины толщиной 47 нм и золота толщиной 500 нм. После отжига многослойного контакта при температуре 460°С в течение 1,2 минуты величина переходного сопротивления контакта составила величину 1,6·10^-5 Ом·см² (по методике TLM); глубина залегания интерфейса (границы раздела) GaAs-контакт составила около 80 нм с отклонением от планарности порядка 15 нм. Отклонение от планарности верхнего слоя золота не превышало 30 нм.

Пример 4. На исходной пластине из арсенида галлия электронной проводимости, с концентрацией свободных носителей 1·10¹⁸ см^-3 была изготовлена контактная структура (аналогично примеру 1). Отличия заключались в том, что слой титана был нанесен толщиной 2 нм, затем был нанесен слой германия толщиной 50 нм, платины толщиной 30 нм и золота толщиной 110 нм. После отжига многослойного контакта при температуре 425°С в течение 60 секунд величина переходного сопротивления контакта составила величину 8·10^-5 Ом·см² (по методике TLM); глубина залегания интерфейса (границы раздела) GaAs-контакт получилась очень неровной и составила от 10 до 100 нм (см. фиг.2), что означает фрагментарный протрав контактными слоями поверхности GaAs; отклонение от планарности верхнего слоя золота на большей части контактной структуры находилось в пределах до 40 нм, с небольшими участками утолщений на поверхности более 100 нм.

Пример 5. На исходной пластине из арсенида галлия электронной проводимости, с концентрацией свободных носителей 1·10¹⁸ см^-3 была изготовлена контактная структура (аналогично примеру 1). Отличия заключались в изменении последовательности нанесения 2-го и 3-го слоев контактной системы: сначала наносился слой титана толщиной 5 нм, затем слой платины 55 нм, германия толщиной 30 нм и золота толщиной 80 нм, с последующим нанесением слоя платины толщиной 30 нм и слоя золота толщиной 60 нм. После отжига многослойного контакта при температуре 450°С в течение 30 секунд величина переходного сопротивления контакта составила величину 2·10^-5 Ом·см² (по методике TLM); глубина залегания интерфейса (границы раздела) GaAs-контакт составила 60 нм с отклонением от планарности не более 10 нм; отклонение от планарности верхнего слоя золота не превышало 20 нм.

Пример 6. На исходной пластине из арсенида галлия электронной проводимости, с концентрацией свободных носителей 1·10¹⁸ см^-3 была изготовлена контактная структура (аналогично примеру 5). Отличия заключались в толщинах нанесенных слоев: сначала наносился слой титана толщиной 30 нм, затем слой платины 30 нм, германия толщиной 40 нм и золота толщиной 70 нм, с последующим нанесением слоя платины толщиной 30 нм и слоя золота толщиной 60 нм. После отжига многослойного контакта при температуре 460°С в течение 50 секунд величина переходного сопротивления контакта составила величину 1·10^-5 Ом·см² (по методике TLM); глубина залегания интерфейса (границы раздела) GaAs-контакт составила не более 80 нм с отклонением от планарности не более 10 нм; отклонение от планарности верхнего слоя золота не превышало 20 нм.

Claims (22)

1. Способ формирования многослойного омического контакта фотоэлектрического преобразователя на основе арсенида галлия электронной проводимости, включающий предварительное формирование фотолитографией топологии фоточувствительных областей, очистка поверхности структуры фотоэлектрического преобразователя, последовательное напыление на протравленную поверхность слоя титана толщиной 5-30 нм, слоя германия толщиной 25-90 нм, слоя платины толщиной 25-60 нм при отношении толщины слоя германия к толщине слоя платины, равном (1,0-1,9):1, и слоя золота, последующее удаление фоторезиста и отжиг контактной структуры.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что очистку поверхности фотоэлектрического преобразователя ведут ионно-лучевым травлением.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отжиг контактной структуры ведут при температуре 420-480°С в течение времени от 10 с до нескольких минут.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что отжиг контактной структуры ведут в потоке чистого водорода.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что отжиг контактной структуры ведут в потоке смеси азота и водорода.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что отжиг контактной структуры ведут в вакууме.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что напыление слоя титана и слоя платины осуществляют магнетронным распылением.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что напыление слоя германия и слоя золота осуществляют термическим испарением.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что отношение толщины слоя германия к толщине слоя платины равно 1,5:1.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что слой золота напыляют толщиной 50-4000 нм.

11. Способ формирования многослойного омического контакта фотоэлектрического преобразователя на основе арсенида галлия электронной проводимости предварительное формирование фотолитографией топологии фоточувствительных областей, очистку поверхности структуры фотоэлектрического преобразователя, последовательное напыление на протравленную поверхность слоя титана толщиной 5-30 нм, слоя платины толщиной 25-60 нм, слоя германия толщиной 25-90 нм, при соотношении толщины слоя платины к толщине слоя германия, равном 1:(1,0-1,9), и слоя золота, последующее удаление фоторезиста и отжиг контактной структуры.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что очистку поверхности фотоэлектрического преобразователя ведут ионно-лучевым травлением.

13. Способ по п.11, отличающийся тем, что отжиг контактной структуры ведут при температуре 420-480°С в течение времени от 10 с до нескольких минут.

14. Способ по п.11, отличающийся тем, что отжиг контактной структуры ведут в потоке чистого водорода.

15. Способ по п.11, отличающийся тем, что отжиг контактной структуры ведут в потоке смеси азота и водорода.

16. Способ по п.11, отличающийся тем, что отжиг контактной структуры ведут в вакууме.

17. Способ по п.11, отличающийся тем, что напыление слоя титана и слоя платины осуществляют магнетронным распылением.

18. Способ по п.11, отличающийся тем, что напыление слоя германия и слоя золота осуществляют термическим испарением.

19. Способ по п.11, отличающийся тем, что отношение толщины слоя платины к толщине слоя германия равно 1:1,5.

20. Способ по п.11, отличающийся тем, что слой золота напыляют толщиной 30-200 нм.

21. Способ по п.20, отличающийся тем, что на слой золота напыляют барьерный слой из никеля толщиной 20-60 нм и слой металла толщиной 50-5000 нм, выбранного из группы: золото, серебро, алюминий.

22. Способ по п.20, отличающийся тем, что на слой золота напыляют барьерный слой из платины толщиной 20-60 нм и слой металла толщиной 50-5000 нм, выбранного из группы: золото, серебро, алюминий.

Images