RU2575977C1 - Method for formation of multilayer ohmic contact to gallium arsenide-based device - Google Patents
Method for formation of multilayer ohmic contact to gallium arsenide-based device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2575977C1 RU2575977C1 RU2014149585/28A RU2014149585A RU2575977C1 RU 2575977 C1 RU2575977 C1 RU 2575977C1 RU 2014149585/28 A RU2014149585/28 A RU 2014149585/28A RU 2014149585 A RU2014149585 A RU 2014149585A RU 2575977 C1 RU2575977 C1 RU 2575977C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- alloy
- contact
- nickel
- vanadium
- Prior art date
Links
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области создания полупроводниковых приборов на основе полупроводников A3B5, в частности к изготовлению концентраторных фотоэлектрических преобразователей и приборов силовой электроники, и может использоваться в постростовых операциях по изготовлению омических контактных систем к слоям GaAs электронной (n-типа) проводимости.The invention relates to the field of creating semiconductor devices based on A 3 B 5 semiconductors, in particular to the manufacture of concentrator photovoltaic converters and power electronics devices, and can be used in post-growth operations for the manufacture of ohmic contact systems to GaAs layers of electronic (n-type) conductivity.
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 (толщиной 10-200 Å), германия (толщиной 50-200 Å), никеля (толщиной 50-200 Å) и золота (толщиной 200-1000 Å) с последующим отжигом в атмосфере азота или водорода при температуре от 350°C до 500°C; переходное сопротивление контакта после отжига составляет 5·10-5 Ом·см2 и менее.A known method of manufacturing a contact structure to gallium arsenide (GaAs) and to solid AlGaAs solutions with electronic conductivity (see patent US 5192994, IPC H01L 21/28, published March 9, 1993) by sequentially sputtering gold layers (10-200 Å thick), Germany (50-200 Å thick), nickel (50-200 Å thick) and gold (200-1000 Å thick), followed by annealing in an atmosphere of nitrogen or hydrogen at a temperature of 350 ° C to 500 ° C; contact transient resistance after annealing is 5 · 10 -5 Ohm · cm 2 or less.
Контакт, изготовленный известным способом, обладает недостаточно малой величиной переходного сопротивления, что может препятствовать его применению в ряде приборов, в том числе в концентраторных фотоэлектрических преобразователях и приборах силовой электроники. 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 контактной системе может затруднить использование метода взрывной фотолитографии при изготовлении приборов на основе GaAs, так как золото обладает плохой адгезией к GaAs. Также нанесение слоя никеля с высокой точностью по толщине возможно при использовании дорогостоящих установок вакуумного напыления с электронно-лучевым распылением материалов.A contact made in a known manner does not have a small enough transition resistance, which may impede its use in a number of devices, including in concentrator photoelectric converters and power electronics devices. The known method does not prevent erosion of the contact surface and uncontrolled etching of the metal-semiconductor interface during annealing. In addition, the use of gold as the first layer in a contact system may complicate the use of explosive photolithography in the manufacture of devices based on GaAs, since gold has poor adhesion to GaAs. Deposition of a nickel layer with high accuracy in thickness is possible using expensive vacuum deposition systems with electron beam spraying of materials.
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 в течение 1-200 секунд при температуре 300-500°C в течение 1-200 секунд.A known method of manufacturing a contact structure for GaAs and AlGaAs solid solutions with electronic conductivity (see patent US 5309022, IPC H01L 21/28, published 05/05/1994) by sequential deposition of layers of nickel (thickness 40-200 Å), germanium (thickness 150- 400 Å) and gold (more than 4000 Å thick) followed by annealing for 1-200 seconds at a temperature of 300-500 ° C for 1-200 seconds.
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 Au 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. Кроме того, для воспроизводимого нанесения слоя никеля с высокой точностью необходимо использование дорогостоящих установок с электронно-лучевым распылением.The use of Ni as the first layer to a semiconductor in Ni-Ge-Au contact systems leads to a slight decrease in contact resistance compared to Au-Ge-Ni contact systems with the first layer of Au or AuGe alloy. In this case, as a rule, the penetration of the upper semiconductor layer decreases and the morphology of the contact surface improves after annealing of the contacts. However, when using the known method, it is not possible to significantly prevent erosion of the surface of the semiconductor. In addition, for reproducible deposition of a nickel layer with high accuracy, it is necessary to use expensive electron beam spraying systems.
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 350-500°C в атмосфере инертного газа.A known method of forming a multilayer ohmic contact with GaAs and AlGaAs solid solutions with electronic conductivity (see US patent 5284798, IPC H01L 21/285, published 02/08/1994) by sequentially sputtering gold layers (10-200 Å thick), germanium (thick 50-200 Å), nickel (50-200 Å thick) and gold (200-1000 Å thick), followed by annealing at a temperature of 350-500 ° C in an inert gas atmosphere.
Применение золота в качестве первого слоя в известной контактной системе может затруднить использование метода взрывной фотолитографии при изготовлении электронных приборов на основе GaAs из-за плохой адгезии золота к GaAs.The use of gold as the first layer in a known contact system may complicate the use of explosive photolithography in the manufacture of GaAs-based electronic devices due to poor gold adhesion to GaAs.
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°C. Затем наносят слои титана, платины и золота (например, слои толщинами 5 нм, 10 нм и 300 нм соответственно).A known method of forming a multilayer ohmic contact of a photovoltaic converter (see patent US 5924002, IPC H01L 29/45, published July 13, 1999), comprising applying layers of nickel (thickness from 5 to 15 nm), tin and AuGe alloy (thickness from 50 to 200 nm), followed by annealing at a temperature of 190-300 ° C. Then, layers of titanium, platinum and gold are applied (for example, layers with a thickness of 5 nm, 10 nm and 300 nm, respectively).
Главное преимущество известного способа - низкие температуры отжига, что является необходимым условием при изготовлении ряда приборов, таких как полупроводниковые лазеры на основе соединений A2B6, 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.The main advantage of this method is low annealing temperatures, which is a prerequisite for the manufacture of a number of devices, such as semiconductor lasers based on A 2 B 6 compounds grown on n-GaAs substrates. However, when using the known method, the metal layers uncontrollably and nonuniformly melt the contact-semiconductor interface. During firing, severe erosion of the Ni-Sn-AuGe contact surface also occurs. In order to improve the contact surface in this method, it is proposed to spray another three layers of metal - Ti, Pt and Au, which complicates the manufacturing process of the contact structure.
Известен способ формирования контакта к GaAs n-типа (см. заявка JP 2002025937, МПК H01L 21/28, опубликована 25.01.2002), включающий последовательное нанесение на GaAs n-типа слоев сплава AuGe (содержание Ge - 8-12 мас. %), слоя W, слоя Ni и слоя Au, при этом отношение толщин слоев Au и AuGe должно находиться в диапазоне от 1,6 до 6,6, предпочтительнее должно равняться 5.A known method of forming contact with n-type GaAs (see application JP 2002025937, IPC H01L 21/28, published January 25, 2002), comprising successively applying Au-Ge alloy layers to n-type GaAs (Ge content - 8-12 wt.%) , W layer, Ni layer and Au layer, wherein the ratio of the thicknesses of the Au and AuGe layers should be in the range from 1.6 to 6.6, more preferably 5.
К недостаткам известного способа можно отнести необходимость нанесения слоя вольфрама, что требует использования дополнительной оснастки, например, магнетрона постоянного тока; кроме того, отметим, что нанесение слоя никеля с высокой точностью по толщине возможно при использовании дорогостоящих установок вакуумного напыления с электронно-лучевым распылением материалов.The disadvantages of this method include the need to apply a layer of tungsten, which requires the use of additional equipment, for example, a DC magnetron; in addition, we note that the deposition of a nickel layer with high accuracy in thickness is possible using expensive vacuum deposition systems with electron beam atomization of materials.
Известен способ изготовления структуры омического электрода на арсениде галлия (см. заявка JP 58040858, МПК H01L 21/28, опубликована 09.03.1983), включающий последовательное нанесение слоев эвтектического сплава AuGe и Ni, AuGe и Pt или AuGe, Ni и Au, вжигание полученной контактной структуры и последующее нанесение двух слоев, например, Ti или Cr толщиной 1000 Å или менее и Au или Ag.A known method of manufacturing the structure of an ohmic electrode on gallium arsenide (see application JP 58040858, IPC H01L 21/28, published 03/09/1983), including sequential deposition of the layers of the eutectic alloy AuGe and Ni, AuGe and Pt or AuGe, Ni and Au, burning the obtained contact structure and the subsequent deposition of two layers, for example, Ti or Cr with a thickness of 1000 Å or less and Au or Ag.
Недостатком известного способа является сложность изготовления многослойного контакта, а именно многостадийность нанесения контактных слоев.The disadvantage of this method is the difficulty of manufacturing a multilayer contact, namely the multi-stage application of the contact layers.
Известен способ формирования многослойного омического контакта для наногетероструктуры фотоэлектрического преобразователя на основе GaAs, совпадающий с заявляемым решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип (см. патент RU 2428766, МПК H01L 31/0224, опубликован 10.09.2011). Способ-прототип включает предварительное формирование на поверхности наногетероструктуры фотоэлектрического преобразователя на основе арсенида галлия электронной проводимости маски из фоторезиста, очистку свободной от маски поверхности арсенида галлия, последовательное напыление слоя эвтектического сплава золота с германием толщиной 10-100 нм, слоя никеля толщиной 10-20 нм и слоя серебра, последующее удаление фоторезиста и отжиг омического контакта.A known method of forming a multilayer ohmic contact for a nanoheterostructure of a GaAs-based photoelectric converter coincides with the claimed solution for the largest number of essential features and is adopted as a prototype (see patent RU 2428766, IPC H01L 31/0224, published September 10, 2011). The prototype method includes the preliminary formation on the surface of a nanoheterostructure of a photoelectric converter based on gallium arsenide of the electronic conductivity of a mask from a photoresist, cleaning the mask-free surface of gallium arsenide, sequential sputtering of a layer of a eutectic gold alloy with germanium 10-100 nm thick, a nickel layer 10-20 nm thick and a layer of silver, subsequent removal of the photoresist and annealing of the ohmic contact.
Недостатком известного способа является необходимость точного по толщине, однородного по площади и воспроизводимого нанесения слоя никеля в многослойной структуре омического контакта - способ термического резистивного распыления никеля с вольфрамовых стержней не может удовлетворить этим требованиям, а нанесение никеля с помощью электронно-лучевого распыления или магнетронного распыления в высокочастотной плазме требует применения дорогостоящего оборудования; доменная структура никеля (никель - магнитный материал) препятствует применению для его нанесения относительно дешевых магнетронов постоянного тока. Применение контактной системы на основе эвтектического сплава AuGe и барьерного слоя Ni позволяет получить, пожалуй, наименьшее контактное сопротивление (по сравнению с другими системами), порядка 1·10-6 Ом·см2, к GaAs электронной проводимости. Однако при этом имеет место большой разброс результатов по переходному сопротивлению контакта при малейшем отклонении от заданных толщин многослойного контакта (прежде всего, слоя никеля) и режимов отжига. Также при нарушении режимов отжига (температуры и времени отжига) часто отмечается глубокий протрав верхнего слоя полупроводника и значительное ухудшение морфологии его поверхности. Тем не менее строгий контроль над толщинами наносимых слоев в процессе нанесения данной многослойной контактной системы, режимами напыления и последующего термического отжига структур позволяет добиться хорошей воспроизводимости результатов по переходному сопротивлению с приемлемыми величинами глубины залегания границы раздела контакт-полупроводник и морфологией поверхности контакта. Наибольшие трудности в технологии изготовления данной контактной системы возникают при нанесении слоя никеля, точного по толщине, однородного по площади и воспроизводимого от процесса к процессу. Ранее наиболее распространенным способом нанесения пленок никеля было термическое резистивное распыление никеля с вольфрамовых стержней. Этот способ дает плохо воспроизводимые результаты по толщине слоев никеля, кроме того, слои никеля получаются очень неоднородными по толщине, что неприемлемо при работе с полупроводниковыми пластинами большой площади. Напыление никеля с помощью электронно-лучевого распыления дает хорошие результаты по качеству слоев и по воспроизводимости, однако требует дорогостоящего оборудования.The disadvantage of this method is the need for accurate in thickness, uniform in area and reproducible deposition of a nickel layer in a multilayer ohmic contact structure - the method of thermal resistive sputtering of nickel from tungsten rods cannot satisfy these requirements, and the deposition of nickel by electron beam sputtering or magnetron sputtering high-frequency plasma requires the use of expensive equipment; the domain structure of nickel (nickel is a magnetic material) prevents the use of relatively cheap DC magnetrons for its application. The use of a contact system based on an AuGe eutectic alloy and a Ni barrier layer allows one to obtain perhaps the lowest contact resistance (in comparison with other systems), of the order of 1 · 10 -6 Ohm · cm 2 , to GaAs electronic conductivity. However, there is a large scatter of the results on the contact transition resistance at the slightest deviation from the given thicknesses of the multilayer contact (first of all, the nickel layer) and annealing modes. Also, in violation of the annealing regimes (temperature and annealing time), a deep etching of the upper semiconductor layer and a significant deterioration in the morphology of its surface are often observed. Nevertheless, strict control over the thicknesses of the deposited layers during the deposition of this multilayer contact system, spraying conditions, and subsequent thermal annealing of the structures allows us to achieve good reproducibility of the results on the transition resistance with acceptable values of the depth of contact-semiconductor interface and the contact surface morphology. The greatest difficulties in the manufacturing technology of this contact system arise when applying a layer of nickel, accurate in thickness, uniform in area and reproducible from process to process. Previously, the most common method for applying nickel films was the thermal resistive sputtering of nickel from tungsten rods. This method gives poorly reproducible results on the thickness of the nickel layers, in addition, the nickel layers are very heterogeneous in thickness, which is unacceptable when working with large area semiconductor wafers. Electron beam sputtering of nickel gives good results in layer quality and reproducibility, but requires expensive equipment.
Задачей заявляемого технического решения являлась разработка более технологичного в производственных условиях способа формирования омического контакта к приборам на основе арсенида галлия электронной проводимости, обеспечивающего к тому же точное воспроизведение заданных параметров контактных структур приборов на большой площади.The objective of the proposed technical solution was the development of a more technologically advanced in production environment method of forming an ohmic contact to devices based on gallium arsenide of electronic conductivity, which also provides accurate reproduction of the specified parameters of the contact structures of devices over a large area.
Поставленная задача решается тем, что способ формирования многослойного омического контакта включает предварительное формирование фотолитографией маски из фоторезиста на поверхности арсенида галлия, имеющего электронную проводимость, очистку свободной от маски поверхности арсенида галлия, последовательное напыление слоя эвтектического сплава золота с германием толщиной 10-100 нм, напыление с помощью магнетронного разряда постоянного тока сплава никеля с ванадием с содержанием ванадия 5-50 мас. % толщиной 5-100 нм и проводящего слоя, последующее удаление фоторезиста и отжиг контактной структуры.The problem is solved in that the method of forming a multilayer ohmic contact involves pre-forming by photolithography a mask of a photoresist on the surface of gallium arsenide having electronic conductivity, cleaning the mask-free surface of gallium arsenide, sequential sputtering of a layer of a eutectic gold alloy with germanium 10-100 nm thick, sputtering using a DC magnetron discharge of an alloy of nickel with vanadium with a vanadium content of 5-50 wt. % 5-100 nm thick and a conductive layer, subsequent removal of the photoresist and annealing of the contact structure.
В настоящем способе предлагается использовать немагнитный сплав никеля с ванадием с содержанием ванадия 5-50 мас. %, напыляемый с помощью магнетронного разряда постоянного тока. Этот выбор обусловлен тем, что наиболее технологичным методом нанесения пленок в производственных условиях является магнетронное распыление на постоянном токе, где использование магнитных мишеней затруднительно. Сплавы никеля, содержащие 5-50 мас. % ванадия, в которых отсутствует доменная структура материала, показали хорошую совместимость с методом магнетронного распыления на постоянном токе. Этот слой выполняет функцию барьерного слоя между слоем сплава золото-германий и лежащим выше проводящим слоем металла, замедляя его диффузию в полупроводник, и, тем самым, препятствуя нарушению планарности границы раздела контакт-полупроводник.In the present method, it is proposed to use a non-magnetic alloy of nickel with vanadium with a vanadium content of 5-50 wt. % sprayed using a DC magnetron discharge. This choice is due to the fact that the most technologically advanced method of film deposition under industrial conditions is direct current magnetron sputtering, where the use of magnetic targets is difficult. Nickel alloys containing 5-50 wt. % vanadium, in which there is no domain structure of the material, showed good compatibility with the direct current magnetron sputtering method. This layer serves as a barrier layer between the gold-germanium alloy layer and the conductive metal layer lying above, slowing its diffusion into the semiconductor, and thereby preventing the violation of the planarity of the contact-semiconductor interface.
Слой чистого ванадия также можно применять в качестве барьерного слоя. Однако предпочтительнее использовать для магнетронного распыления на постоянном токе мишени из сплава никеля с ванадием с содержанием ванадия 5-50 мас. %: при содержании ванадия в сплаве менее 5 мас. % в изготавливаемой из него мишени могут содержаться фрагменты материала с доменной структурой (это во многом зависит от качества изготовления сплава), а при увеличении содержания ванадия более 50 мас. % уменьшается скорость напыления сплава (при одинаковых других параметрах проведения процесса), так, скорость распыления чистого ванадия в 5-7 раз ниже скорости распыления сплава с содержанием ванадия 5 мас. % (при одинаковых параметрах проведения процесса).A pure vanadium layer can also be used as a barrier layer. However, it is preferable to use for direct current magnetron sputtering targets from an alloy of nickel with vanadium with a vanadium content of 5-50 wt. %: when the content of vanadium in the alloy is less than 5 wt. %, the target made from it may contain fragments of a material with a domain structure (this largely depends on the quality of the alloy fabrication), and with an increase in the vanadium content of more than 50 wt. % decreases the spraying rate of the alloy (with the same other parameters of the process), so, the spraying speed of pure vanadium is 5-7 times lower than the spraying speed of the alloy with a vanadium content of 5 wt. % (with the same process parameters).
Слой сплава никеля с ванадием толщиной менее 5 нм может иметь нарушения сплошности (возникновение проколов слоя), а при слое сплава никеля с ванадием толщиной более 100 нм увеличивается переходное сопротивление контакта после его отжига. Предпочтительно наносить слои сплава никеля с ванадием толщиной от 10 до 20 нм.A layer of a nickel alloy with vanadium with a thickness of less than 5 nm can have discontinuities (occurrence of punctures in the layer), and with a layer of a nickel alloy with vanadium with a thickness of more than 100 nm, the contact transition resistance increases after annealing. It is preferable to apply layers of an alloy of nickel with vanadium with a thickness of 10 to 20 nm.
Низкие значения переходного сопротивления обеспечивает слой сплава золото-германий (германий в данном случае является донорной примесью в GaAs), который создает под контактом сильнолегированную вырожденную область полупроводника после вжигания.The low values of the transition resistance are ensured by the gold-germanium alloy layer (in this case, germanium is a donor impurity in GaAs), which creates a highly doped degenerate semiconductor region upon contact upon contacting.
Очистку поверхности арсенида галлия можно осуществлять ионно-лучевым травлением.The surface cleaning of gallium arsenide can be carried out by ion-beam etching.
Отжиг контактной структуры можно вести при температуре 360-380°C в течение времени от 10 секунд до нескольких минут.The contact structure can be annealed at a temperature of 360-380 ° C for a time from 10 seconds to several minutes.
Отжиг контактной структуры можно вести в потоке чистого водорода, или в потоке смеси азота и водорода, или в вакууме.The contact structure can be annealed in a stream of pure hydrogen, or in a stream of a mixture of nitrogen and hydrogen, or in vacuum.
Напыление слоя сплава золото-германий и проводящего слоя осуществляют резистивным испарением или магнетронным распылением.The gold-germanium alloy layer and the conductive layer are sprayed by resistive evaporation or magnetron sputtering.
Проводящий слой напыляют толщиной, преимущественно, 1000-5000 нм.The conductive layer is sprayed with a thickness of mainly 1000-5000 nm.
Проводящий слой может быть выполнен из серебра, или золота, или алюминия.The conductive layer may be made of silver, or gold, or aluminum.
При выполнении проводящего слоя из серебра или алюминия может быть нанесен барьерный слой из сплава никеля с ванадием с содержанием ванадия 5-50 мас. % толщиной 20-100 нм и слой золота толщиной 30-200 нм. Верхний слой золота, помимо предохранения серебра или алюминия от атмосферного воздействия, может способствовать улучшению процесса пайки токовыводов приборов.When performing a conductive layer of silver or aluminum, a barrier layer of an alloy of nickel with vanadium with a vanadium content of 5-50 wt. % 20-100 nm thick and a gold layer 30-200 nm thick. The top layer of gold, in addition to protecting silver or aluminum from weathering, can improve the soldering process of current outputs of devices.
Толщину проводящего слоя из серебра, или золота, или алюминия выбирают, прежде всего, из соображений уменьшения общего сопротивления контакта, а также стоимости контакта. Однако, кроме того, учитывают следующее: при толщине контакта менее 1000 нм затрудняется процесс пайки токовыводов приборов, кроме того, слишком большим оказывается сопротивление растекания контакта, а при толщинах контакта более 5000 нм могут возникнуть напряженные слои, вследствие чего ухудшается адгезия контактной структуры к полупроводнику и его отслаивание.The thickness of the conductive layer of silver, or gold, or aluminum is chosen, first of all, for reasons of reducing the overall contact resistance, as well as the cost of contact. However, in addition, the following is taken into account: when the contact thickness is less than 1000 nm, the process of soldering the current leads of the devices is difficult, in addition, the resistance to spreading of the contact is too large, and when the thickness of the contact is more than 5000 nm, stressed layers can occur, as a result of which the adhesion of the contact structure to the semiconductor is deteriorated and its peeling.
Напыление слоя сплава никеля с ванадием можно осуществлять магнетронным распылением на постоянном токе в атмосфере аргона или, например, криптона.The deposition of a layer of an alloy of nickel with vanadium can be carried out by direct current magnetron sputtering in an atmosphere of argon or, for example, krypton.
Воспроизводимое формирование контакта с малым переходным сопротивлением (менее 5·10-5 Ом·см2) достигается, во-первых, применением в качестве первого слоя эвтектического сплава Au-Ge (весовое соотношение 88:12), содержащего Ge, являющегося донорной примесью в GaAs, для создания под контактом сильнолегированной вырожденной области полупроводника после вжигания. Во-вторых, применением в качестве второго слоя сплава никеля с ванадием, воспроизводимо наносимого магнетронным распылением на постоянном токе в атмосфере, например, аргона или криптона.Reproducible contact formation with low transition resistance (less than 5 · 10 -5 Ohm · cm 2 ) is achieved, firstly, by using Au-Ge (weight ratio 88:12) containing Ge as a donor impurity in the first layer of the eutectic GaAs, to create a strongly doped degenerate semiconductor region after contact Secondly, the use of a nickel-vanadium alloy as a second layer reproducibly applied by direct current magnetron sputtering in the atmosphere, for example, argon or krypton.
Настоящий способ формирования многослойного омического контакта осуществляют следующим образом. На слой или подложку арсенида галлия электронной проводимости методом фотолитографии наносят маску из фоторезиста. Непосредственно перед процессом напыления контактных слоев омического контакта производят очистку фронтальной поверхности арсенида галлия. Очистку поверхности арсенида галлия можно осуществлять в водном растворе HCl при объемном соотношении HCl и H2O 1:(1-6) или ионно-лучевым травлением. Очистку поверхности арсенида галлия методом ионно-лучевого травления осуществляют на глубину 0,005-0,3 мкм. Удаление приповерхностного слоя необходимо для улучшения адгезии металла к арсениду галлия и для уменьшения переходного контактного сопротивления. При травлении на глубину меньше 0,005 мкм недостаточно эффективно происходит удаление поверхностных загрязнений и окислов, при травлении на глубину больше 0,3 мкм повышается дефектность структуры. В качестве первого слоя с легирующей примесью контакта наносят эвтектический сплав Au-Ge толщиной 10-100 нм, в качестве барьерного слоя - слой сплава никеля с ванадием с содержанием ванадия 5-50 мас. % толщиной 5-100 нм, и в качестве проводящего слоя - слой золота, или алюминия, или серебра толщиной 1000-5000 нм. Затем удаляют слой фоторезиста и проводят отжиг контактной структуры.The present method of forming a multilayer ohmic contact is as follows. A photoresist mask is applied to a layer or substrate of gallium arsenide of electronic conductivity by photolithography. Immediately before the deposition of contact layers of the ohmic contact, the front surface of gallium arsenide is cleaned. The surface cleaning of gallium arsenide can be carried out in an aqueous solution of HCl with a volume ratio of HCl and H 2 O 1: (1-6) or by ion-beam etching. Cleaning the surface of gallium arsenide by ion-beam etching is carried out to a depth of 0.005-0.3 microns. The removal of the surface layer is necessary to improve the adhesion of the metal to gallium arsenide and to reduce the transition contact resistance. When etching to a depth of less than 0.005 μm, the removal of surface contaminants and oxides is not effective enough, when etching to a depth of more than 0.3 μm, the defectiveness of the structure increases. An Au-Ge eutectic alloy 10–100 nm thick is applied as the first layer with an alloying contact impurity, and a nickel – vanadium alloy layer with a vanadium content of 5–50 wt. % 5-100 nm thick, and as a conductive layer - a layer of gold, or aluminum, or silver with a thickness of 1000-5000 nm. The photoresist layer is then removed and the contact structure is annealed.
При отработке технологии изготовления многослойных омических контактов применялась стандартная методика измерения переходного сопротивления контактов TLM (transmission line method) с использованием набора одинаковых прямоугольных контактных площадок, расположенных параллельно друг другу на различных расстояниях.When testing the manufacturing technology of multilayer ohmic contacts, the standard method of measuring the transition resistance of contacts TLM (transmission line method) was used using a set of identical rectangular contact pads located parallel to each other at different distances.
Пример 1. Контакт был сформирован на слое GaAs, легированном кремнием, выращенном методом МОС-гидридной эпитаксии на полуизолирующей подложке GaAs диаметром 100 мм. Концентрация свободных носителей заряда (уровень легирования) составлял ~5·1018 см3. Перед нанесением слоев металлов многослойного омического контакта на поверхности GaAs была сформирована маска фоторезиста, и была проведена очистка поверхности структуры методом ионно-лучевого травления (удалено 100 Å поверхностного слоя). Многослойный контакт состоял из слоя сплава Au-Ge толщиной 50 нм, сплава никеля с ванадием (с содержанием ванадия 5 мас. %) толщиной 15 нм и проводящего слоя из золота толщиной 1400 нм. Разброс толщин слоя сплава никеля с ванадием по площади подложки до отжига составил 3 нм. Переходное сопротивление многослойного омического контакта после отжига многослойной контактной структуры при температурах 360°C, 370°C и 380°C в течение 30 секунд составило, соответственно, 5,3·10-6 Ом·см2, 3,1·10-6 Ом·см2 и 4,8·10-6 Ом·см2 (по методике измерения переходного сопротивления контактов TLM (transmission line method).Example 1. The contact was formed on a GaAs layer doped with silicon, grown by the method of MOS hydride epitaxy on a semi-insulating GaAs substrate with a diameter of 100 mm. The concentration of free charge carriers (doping level) was ~ 5 · 10 18 cm 3 . Before the metal layers of the multilayer ohmic contact were deposited on the GaAs surface, a photoresist mask was formed and the surface of the structure was cleaned by ion-beam etching (100 Å of the surface layer was removed). The multilayer contact consisted of a 50-nm-thick Au-Ge alloy layer, a nickel-vanadium alloy (with a vanadium content of 5 wt%) 15 nm thick, and a conductive gold layer of 1400 nm thickness. The spread in the thicknesses of the layer of nickel-vanadium alloy over the substrate area before annealing was 3 nm. The transient resistance of the multilayer ohmic contact after annealing the multilayer contact structure at temperatures of 360 ° C, 370 ° C and 380 ° C for 30 seconds was, respectively, 5.3 · 10 -6 Ohm · cm 2 , 3.1 · 10 -6 Ohm · cm 2 and 4.8 · 10 -6 Ohm · cm 2 (according to the method of measuring the transition resistance of contacts TLM (transmission line method).
Пример 2. Многослойный омический контакт был сформирован на слое GaAs n-типа так же, как и в примере 1, но состоял из слоя сплава Au-Ge толщиной 10 нм, слоя из сплава никеля с ванадием (с содержанием ванадия 50 мас. %) толщиной 5 нм и проводящего слоя из серебра толщиной 1350 нм. Разброс толщин слоя сплава никеля с ванадием по площади подложки до отжига составил 2 нм. Переходное сопротивление многослойного омического контакта после отжига многослойной контактной структуры при температурах 360°C, 370°C и 380°C в течение 30 секунд составило, соответственно, 2,6·10-5 Ом·см2, 1,2·10-5 Ом·см2 и 2,1·10-5 Ом·см2 (по методике TLM).Example 2. A multilayer ohmic contact was formed on an n-type GaAs layer as in example 1, but consisted of a 10-nm-thick Au-Ge alloy layer and a nickel-vanadium alloy layer (with a vanadium content of 50 wt.%) 5 nm thick and a conductive layer of silver 1350 nm thick. The spread in the thicknesses of the layer of nickel-vanadium alloy over the substrate area before annealing was 2 nm. The transient resistance of the multilayer ohmic contact after annealing the multilayer contact structure at temperatures of 360 ° C, 370 ° C and 380 ° C for 30 seconds was, respectively, 2.6 · 10 -5 Ohm · cm 2 , 1.2 · 10 -5 Ohm · cm 2 and 2.1 · 10 -5 Ohm · cm 2 (according to the TLM method).
Пример 3. Многослойный омический контакт был сформирован на слое GaAs n-типа так же, как и в примере 1, но состоял из слоя сплава Au-Ge толщиной 100 нм, слоя из сплава никеля с ванадием (с содержанием ванадия 5 мас. %) 100 нм и проводящего слоя из алюминия толщиной 1070 нм. Разброс толщин слоя сплава никеля с ванадием по площади подложки до отжига составил 4 нм. Переходное сопротивление многослойного омического контакта после отжига многослойной контактной структуры при температурах 360°C, 370°C и 380°C в течение 30 секунд составило, соответственно, 4,3·10-5 Ом·см2, 3,8·10-5 Ом·см2 и 4,8·10-5 Ом·см2 (по методике TLM).Example 3. A multilayer ohmic contact was formed on an n-type GaAs layer as in Example 1, but consisted of a 100-nm-thick Au-Ge alloy layer and a nickel-vanadium alloy layer (with a vanadium content of 5 wt%) 100 nm and a conductive layer of aluminum with a thickness of 1070 nm. The spread in the thicknesses of the layer of nickel-vanadium alloy over the substrate area before annealing was 4 nm. The transient resistance of the multilayer ohmic contact after annealing the multilayer contact structure at temperatures of 360 ° C, 370 ° C and 380 ° C for 30 seconds was, respectively, 4.3 · 10 -5 Ohm · cm 2 , 3.8 · 10 -5 Ohm · cm 2 and 4.8 · 10 -5 Ohm · cm 2 (according to the TLM method).
Пример 4. Многослойный омический контакт был сформирован на слое GaAs n-типа так же, как и в примере 1, но состоял из слоя сплава Au-Ge толщиной 100 нм, слоя из сплава никеля с ванадием (с содержанием ванадия 50 мас. %) толщиной 20 нм и проводящего слоя из серебра толщиной 1270 нм. Разброс толщин слоя сплава никеля с ванадием по площади подложки до отжига составил 3 нм. Переходное сопротивление контакта после отжига многослойной контактной структуры при температурах 360°C, 370°C и 380°C в течение 30 секунд составило, соответственно, 1,6·10-5 Ом·см2, 9,1·10-6 Ом·см2 и 9,8·10-5 Ом·см2 (по методике TLM).Example 4. A multilayer ohmic contact was formed on an n-type GaAs layer as in example 1, but consisted of a 100-nm-thick Au-Ge alloy layer and a nickel-vanadium alloy layer (with a vanadium content of 50 wt%) 20 nm thick and a conductive layer of silver 1270 nm thick. The spread in the thicknesses of the layer of nickel-vanadium alloy over the substrate area before annealing was 3 nm. Contact transient resistance after annealing of the multilayer contact structure at temperatures of 360 ° C, 370 ° C, and 380 ° C for 30 seconds was, respectively, 1.6 · 10 -5 Ohm · cm 2 , 9.1 · 10 -6 Ohm · cm 2 and 9.8 · 10 -5 Ohm · cm 2 (according to the TLM method).
Claims (13)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014149585/28A RU2575977C1 (en) | 2014-12-10 | 2014-12-10 | Method for formation of multilayer ohmic contact to gallium arsenide-based device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014149585/28A RU2575977C1 (en) | 2014-12-10 | 2014-12-10 | Method for formation of multilayer ohmic contact to gallium arsenide-based device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2575977C1 true RU2575977C1 (en) | 2016-02-27 |
Family
ID=55435569
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014149585/28A RU2575977C1 (en) | 2014-12-10 | 2014-12-10 | Method for formation of multilayer ohmic contact to gallium arsenide-based device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2575977C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2729964C1 (en) * | 2019-12-17 | 2020-08-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» | Method of forming optically transparent ohmic contact to surface of semiconductor optical waveguide of electrooptical modulator |
| RU2821299C1 (en) * | 2024-02-16 | 2024-06-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Method of making ohmic contact |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH029170A (en) * | 1988-06-27 | 1990-01-12 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Ohmic electrode |
| US5309022A (en) * | 1989-09-15 | 1994-05-03 | The Secretary Of State For Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland | Ni-Ge-Au ohmic contacts for GaAs and GaAlAs |
| US5924002A (en) * | 1994-12-22 | 1999-07-13 | Sony Corporation | Method of manufacturing a semiconductor device having ohmic electrode |
| RU2391741C1 (en) * | 2009-04-01 | 2010-06-10 | Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН | Method of making multilayer ohmic contact for photoelectric converter (versions) |
| RU2407104C1 (en) * | 2009-08-03 | 2010-12-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма Микран" | METHOD OF MAKING MULTILAYER OHMIC CONTACT TO n-GaAs |
| RU2428766C1 (en) * | 2010-05-24 | 2011-09-10 | Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН | Contact shaping method for nanoheterostructure of photoelectric converter based on gallium arsenide |
-
2014
- 2014-12-10 RU RU2014149585/28A patent/RU2575977C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH029170A (en) * | 1988-06-27 | 1990-01-12 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Ohmic electrode |
| US5309022A (en) * | 1989-09-15 | 1994-05-03 | The Secretary Of State For Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland | Ni-Ge-Au ohmic contacts for GaAs and GaAlAs |
| US5924002A (en) * | 1994-12-22 | 1999-07-13 | Sony Corporation | Method of manufacturing a semiconductor device having ohmic electrode |
| RU2391741C1 (en) * | 2009-04-01 | 2010-06-10 | Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН | Method of making multilayer ohmic contact for photoelectric converter (versions) |
| RU2407104C1 (en) * | 2009-08-03 | 2010-12-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма Микран" | METHOD OF MAKING MULTILAYER OHMIC CONTACT TO n-GaAs |
| RU2428766C1 (en) * | 2010-05-24 | 2011-09-10 | Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН | Contact shaping method for nanoheterostructure of photoelectric converter based on gallium arsenide |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2729964C1 (en) * | 2019-12-17 | 2020-08-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» | Method of forming optically transparent ohmic contact to surface of semiconductor optical waveguide of electrooptical modulator |
| RU2821299C1 (en) * | 2024-02-16 | 2024-06-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Method of making ohmic contact |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107221565A (en) | The preparation method of high-gain gallium nitride Schottky diode is realized based on ion implanting fluorine | |
| US9842738B2 (en) | Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device and silicon carbide semiconductor device | |
| JPH02275624A (en) | Ohmic electrode and its forming method | |
| RU2575977C1 (en) | Method for formation of multilayer ohmic contact to gallium arsenide-based device | |
| US9741578B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
| RU2428766C1 (en) | Contact shaping method for nanoheterostructure of photoelectric converter based on gallium arsenide | |
| RU2610346C1 (en) | METHOD OF MAKING OHMIC CONTACTS FOR AlGaN/GaN NITRIDE HETEROSTRUCTURES | |
| RU2619444C1 (en) | METHOD FOR PRODUCING OHMIC CONTACTS TO NITRIDE HETEROSTRUCTURES ON Si/Al BASIS | |
| RU2407104C1 (en) | METHOD OF MAKING MULTILAYER OHMIC CONTACT TO n-GaAs | |
| CN106252216A (en) | Use the method that laser irradiation gallium nitride epitaxial slice improves its ohmic contact characteristic | |
| JP6040904B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| RU2748300C1 (en) | Method for producing ohmic contact with low specific resistance to passivated gallium nitride heterostructure on silicone substrate | |
| JP3344416B2 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
| US11239081B2 (en) | Method for preparing ohmic contact electrode of gallium nitride-based device | |
| JPH0139222B2 (en) | ||
| RU2575974C1 (en) | Method of making heterostructure solar cell | |
| WO2020192303A1 (en) | Semiconductor device and manufacturing method | |
| CN110034215B (en) | Method for improving leakage yield of LED chip | |
| RU2391741C1 (en) | Method of making multilayer ohmic contact for photoelectric converter (versions) | |
| RU2669339C1 (en) | Method for manufacturing ohmic contacts | |
| US11798807B2 (en) | Process for producing an electrical contact on a silicon carbide substrate | |
| RU2745589C1 (en) | Semiconductor device manufacturing method | |
| US11145735B2 (en) | Ohmic alloy contact region sealing layer | |
| CN110112068B (en) | Gallium nitride device manufacturing method and gallium nitride device | |
| RU2669265C1 (en) | Method of increase of control voltage on the gate of the gan transistor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QA4A | Patent open for licensing |
Effective date: 20170119 |