RU2619444C1 - Способ изготовления омических контактов к нитридным гетероструктурам на основе Si/Al - Google Patents

Способ изготовления омических контактов к нитридным гетероструктурам на основе Si/Al Download PDF

Info

Publication number
RU2619444C1
RU2619444C1 RU2016110786A RU2016110786A RU2619444C1 RU 2619444 C1 RU2619444 C1 RU 2619444C1 RU 2016110786 A RU2016110786 A RU 2016110786A RU 2016110786 A RU2016110786 A RU 2016110786A RU 2619444 C1 RU2619444 C1 RU 2619444C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ohmic contacts
ohmic
nitride
contact
heat treatment
Prior art date
Application number
RU2016110786A
Other languages
English (en)
Inventor
Юрий Владимирович Федоров
Александр Юрьевич Павлов
Владимир Юрьевич Павлов
Дмитрий Николаевич Слаповский
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники Российской академии наук (ИСВЧПЭ РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники Российской академии наук (ИСВЧПЭ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники Российской академии наук (ИСВЧПЭ РАН)
Priority to RU2016110786A priority Critical patent/RU2619444C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2619444C1 publication Critical patent/RU2619444C1/ru

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу формирования омических контактов к нитридным гетероструктурам по технологии вжигаемых омических контактов и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов с высокой степенью интеграции. Омический контакт формируют путем последовательного напыления в вакууме четырех слоев: кремний (Si), алюминий (Al), никель (Ni) и золото (Au), с использованием фоторезистивной маски на участок поверхности нитридной гетероструктуры с последующим статическим отжигом на графитовом столике в среде азота. Использование подслоя кремния обеспечивает при термической обработке за счет диффузии легирование подконтактной области, формируя высоколегированный полупроводник и изменяя работу выхода из него, обеспечивая формирование невыпрямляющего контакта алюминия с высоколегированной областью под контактом. Изобретение обеспечивает снижение температуры отжига, что обеспечивает улучшение морфологии омических контактов и повышение их технологичности. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относится к способу формирования омических контактов к нитридным гетероструктурам по технологии вжигаемых омических контактов и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов с высокой степенью интеграции.
Из предшествующего уровня техники известен способ [A. Crespo, R. Fitch, J. Gillespie, N. Moser, G. Via, M. Yannuzzi «Ti/Al/Ni/Au Ohmic Contacts on AlGaN/GaN HEMTs» // 2003 International Conference on Compound Semiconductor Mfg.] изготовления омических контактов к нитридным гетероструктурам, заключающийся в последовательном нанесении металлов Ti/Al/Ni/Au с последующим быстрым термическим отжигом при температурах выше 800°С. Недостатком способа являются грубая морфология омических контактов, высокое удельное сопротивление на большом диапазоне температур и сложная зависимость от параметров термической обработки и состава металлизации, что ставит проблемы воспроизводимости.
Известен способ [US 9040398 В2, H01L 21/265] изготовления омических контактов, заключающийся в имплантации ионов на определенные участки нитридной гетерострутктуры, нанесении металлических слоев на имплантированные области и последующем отжиге для обеспечения контакта с областью двумерного электронного газа (2DEG). Высокая концентрация ионов, которая должна быть использована для получения достаточной скорости активации в пределах имплантированных областей, создает большое количество дефектов структуры, что ухудшает характеристики омических контактов.
Известен способ [US 8685764 В2, H01L 33/00] изготовления омических контактов к легированному нитриду галлия, включающий нанесение алюминия или сплава на основе алюминия. Сопротивление омического контакта 5 10-5 Ом⋅см2. Недостатком способа является необходимость использования предварительно легированного нитрида галлия.
Известен способ [US 20150364330 A1, H01L 21/285] изготовления омических контактов на основе металла Та к гетероструктуре AlGaN/GaN, заключающийся в нанесении на барьерный слой гетероструктуры сначала слоя Та со скоростью 1 Å/секунду, затем слоев Ti и Al. Использование композиции на основе Та позволило улучшить рельеф контакта и получить сопротивление порядка 0,5 Ом⋅мм. При формировании омического контакта используется быстрый термический отжиг при температурах выше 800°С и в процессе отжига остается открытым слой Al, который склонен к окислению.
Известен способ [US 7719030 В2, H01L 29/739] изготовления омических контактов к нитридным гетероструктурам с низким сопротивлением с использованием алюминиевых сплавов, заключающийся в нанесении четырех слоев, Ti, AlSi, Ti и TiW, сплав AlSi имеет около 1% Si. Использование сплава AlSi вместо чистого Al позволило снизить контактное сопротивление примерно на 15-30% до 0,8-1 Ом⋅мм после быстрого термического отжига при температуре 875°С. Недостатком способа является большое удельное сопротивление и сложность получения сплава с содержанием Si 1%. Использование высоких температур отжига сказывается на ухудшении морфологии контакта.
Известен способ [US 20140346568 A1, H01L 29/45] изготовления омических контактов без содержания золота к предварительно запассивированным нитридным структурам с низкими температурами отжига, заключающийся в удалении в области формирования омического контакта защитного слоя диэлектрика и барьерного слоя гетероструктуры до области залегания 2DEG с осаждением двойного слоя Ti/Al. Соотношение толщина слоя Ti в слое Al находится между 0,01 до 0,1. После осаждения проводится быстрый термический отжиг. Получаемое сопротивление 0,62 Ом⋅мм. Дополнительное нанесение в вытравленную область под омические контакты на основе Ti/Al тонкого слоя Si позволило получить сопротивление до 0,3 Ом⋅мм. Таким образом, необходимым условием формирования низкотемпературных омических контактов без золота является плазмохимическое травление полупроводника, удаление барьерного слоя AlGaN, что усложняет технологический процесс изготовления омических контактов за счет использования дополнительных процессов и сложного плазмохимического оборудования. При этом омический контакт за счет удаления барьерного слоя формируется к GaN.
Известен способ, принятый за прототип [CN 103928511, H01L 29/45], изготовления омических контактов к гетероструктурам на основе нитрида галлия, заключающийся в последовательном нанесении пяти слоев Si и/или Ge, Al, Ti, металла и Au. В качестве слоя металла может быть Ti, Ni, Pt или Mo. Затем осуществляют быстрый термический отжиг в диапазоне температур от 700°С до 870°С в течение 20-60 секунд в среде азота. Недостатком метода является использование высоких температур, что приводит к ухудшению морфологии омических контактов.
Техническим результатом изобретения является снижение температуры отжига металлизации конструкции омических контактов к нитридным гетероструктурам, за счет чего происходит улучшение морфологии омических контактов, сформированных по технологии вжигаемых омических контактов, и повышение технологичности омических контактов.
Технический результат достигается за счет того, что омический контакт формируется путем последовательного напыления в вакууме композиции четырех слоев: кремний (Si), алюминий (Al), никель (Ni) и золото (Au), с использованием фоторезистивной маски «lift-off» на участок поверхности нитридной гетероструктуры с последующей термической обработкой на графитовом столике в среде азота. Использование подслоя кремния обеспечивает при термической обработке за счет диффузии легирование подконтактной области, формируя высоколегированный полупроводник и изменяя работу выхода из него, обеспечивая формирование невыпрямляющего контакта алюминия с высоколегированной областью под контактом. Алюминий является наиболее подходящим однокомпонентным элементом для омического контакта за счет маленькой работы выхода электрона из металла.
В традиционных работах используют Ti/Al контактный слой, при этом Ti обеспечивает образование азотных вакансий за счет взаимодействия полупроводника с контактной металлизацией, формируется TixN. Эти азотные вакансии формируют слой под контактом, играющий роль высоколегированного слоя, который образуется при температурах выше 750°С. Использование температур выше 900°С может приводить к обеднению поверхности гетероструктуры азотом, что влечет изменение свойств структуры и скажется на конечных параметрах приборов. Поэтому использование композиции на основе Si/Al за счет снижения температуры позволяет избежать получения развитого рельефа поверхности, не ровной границы и ухудшения свойств гетероструктуры.
Фиг. 1. Зависимость удельного сопротивления омического контакта от последовательно возрастающей температуры обработки на образцах с композициями омических контактов Si/Al/Ni/Au при толщине кремния 12,5; 7,5; 5 нм.
Фиг. 2. Зависимость удельного сопротивления омического контакта от длительности термической обработки для образцов с композициями омических контактов Si/Al/Ni/Au при толщине кремния 12,5 нм.
Фиг. 3. Фотография с оптического микроскопа рельефа омического контакта на основе Si/Al после термической обработки до 675°С.
Фиг. 4. Фотография с оптического микроскопа рельефа омического контакта после длительного отжига и повышения температуры до 725°С.
Как показали эксперименты (фиг. 1 и 2) с разной толщиной кремния в композиции, температурой и временем термической обработки, получение необходимого сопротивления омического контакта достигается при определенной толщине кремния длительностью термической обработки, либо увеличением температуры. Последовательная термическая обработка композиции омического контакта с увеличением температуры показала уменьшение сопротивления омического контакта при неизменном рельефе поверхности. Для контактов с толщиной кремния от 5 до 7,5 нм (фиг. 1) температурная зависимость от ее увеличения несущественная, то есть можно работать при формировании омических контактов с данной композицией в большом диапазоне температур, что является более технологично и воспроизводимо по сравнению с композициями на основе Ti/Al. Для композиции с толщиной кремния 12,5 нм были исследованы зависимость удельного сопротивления от длительности термической обработки в двух режимах, последовательный набор температуры с промежуточными измерениями и выдерживанием образца при температуре 675°С с последующим дополнительным отжигом при температуре 725°С в течение 120 секунд (фиг. 2). Длительная термическая обработка приводила к постепенному улучшению удельного сопротивления, а дополнительная обработка позволяла наблюдать улучшение сопротивления раньше, но после набора 2000 секунд и дополнительного нагрева 725°С началось ухудшение удельного сопротивления омического контакта с ухудшением его морфологии (фиг. 3, 4).
Таким образом, получается, что длительность и температура термических процессов определяют диффузию кремнию в нитрид галлия, как и его толщина. Можно при разных режимах и составах композиций получить схожий результат, что свидетельствует о технологичности данных омических контактов к нитридным гетероструктурам, сформированных по технологии вжигаемых омических контактов.

Claims (3)

1. Способ изготовления омических контактов к нитридным гетероструктурам, включающий последовательное напыление в вакууме четырех слоев на участок поверхности нитридной гетероструктуры и последующую термическую обработку в среде азота, отличающийся тем, что напыляют последовательно слои Si, Al, Ni и Au.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что толщина слоя Si составляет от 5 до 7,5 нм.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термическую обработку проводят при температурах от 675 до 725°С.
RU2016110786A 2016-03-24 2016-03-24 Способ изготовления омических контактов к нитридным гетероструктурам на основе Si/Al RU2619444C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016110786A RU2619444C1 (ru) 2016-03-24 2016-03-24 Способ изготовления омических контактов к нитридным гетероструктурам на основе Si/Al

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016110786A RU2619444C1 (ru) 2016-03-24 2016-03-24 Способ изготовления омических контактов к нитридным гетероструктурам на основе Si/Al

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2619444C1 true RU2619444C1 (ru) 2017-05-15

Family

ID=58716086

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016110786A RU2619444C1 (ru) 2016-03-24 2016-03-24 Способ изготовления омических контактов к нитридным гетероструктурам на основе Si/Al

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2619444C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2669339C1 (ru) * 2017-06-29 2018-10-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники Российской академии наук Способ изготовления омических контактов
RU2696825C1 (ru) * 2018-12-14 2019-08-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) Способ изготовления омического контакта к AlGaN/GaN

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6897137B2 (en) * 2002-08-05 2005-05-24 Hrl Laboratories, Llc Process for fabricating ultra-low contact resistances in GaN-based devices
RU2315389C1 (ru) * 2006-12-19 2008-01-20 Закрытое акционерное общество "Научное и технологическое оборудование" СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОМИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ GaN/AlGaN
RU2315390C1 (ru) * 2006-12-19 2008-01-20 Закрытое акционерное общество "Научное и технологическое оборудование" СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОМИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ GaN/AlGaN
US7687908B2 (en) * 2003-07-11 2010-03-30 Samsung Electronics Co., Ltd. Thin film electrode for high-quality GaN optical devices
CN102148154A (zh) * 2010-12-21 2011-08-10 中国电子科技集团公司第五十五研究所 一种具有复合金属阻挡层的氮化镓器件多层欧姆接触系统
RU155419U1 (ru) * 2015-04-21 2015-10-10 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) Низкоомный омический контакт к гетероэпитаксиальной структуре на основе нитрида галлия

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6897137B2 (en) * 2002-08-05 2005-05-24 Hrl Laboratories, Llc Process for fabricating ultra-low contact resistances in GaN-based devices
US7687908B2 (en) * 2003-07-11 2010-03-30 Samsung Electronics Co., Ltd. Thin film electrode for high-quality GaN optical devices
RU2315389C1 (ru) * 2006-12-19 2008-01-20 Закрытое акционерное общество "Научное и технологическое оборудование" СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОМИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ GaN/AlGaN
RU2315390C1 (ru) * 2006-12-19 2008-01-20 Закрытое акционерное общество "Научное и технологическое оборудование" СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОМИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ GaN/AlGaN
CN102148154A (zh) * 2010-12-21 2011-08-10 中国电子科技集团公司第五十五研究所 一种具有复合金属阻挡层的氮化镓器件多层欧姆接触系统
RU155419U1 (ru) * 2015-04-21 2015-10-10 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) Низкоомный омический контакт к гетероэпитаксиальной структуре на основе нитрида галлия

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2669339C1 (ru) * 2017-06-29 2018-10-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники Российской академии наук Способ изготовления омических контактов
RU2696825C1 (ru) * 2018-12-14 2019-08-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) Способ изготовления омического контакта к AlGaN/GaN

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI327376B (en) Method for deplnntng the fermi level of a semiconductor at an electrical junction and devices incorporating such junctions
JP5144585B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
US6599644B1 (en) Method of making an ohmic contact to p-type silicon carbide, comprising titanium carbide and nickel silicide
EP2246880B1 (en) Semiconductor device fabrication method
US10079296B2 (en) High electron mobility transistor with indium nitride layer
Li et al. Evaluation of a gate-first process for AlGaN/GaN heterostructure field-effect transistors
CN110797397A (zh) 一种AlGaN/GaN欧姆接触电极及其制备方法和用途
RU2619444C1 (ru) Способ изготовления омических контактов к нитридным гетероструктурам на основе Si/Al
CN106449773B (zh) GaN基肖特基二极管结构及其制作方法
TWI646591B (zh) 半導體結構及其製造方法
RU2610346C1 (ru) Способ изготовления омических контактов к нитридным гетероструктурам AlGaN/GaN
RU2696825C1 (ru) Способ изготовления омического контакта к AlGaN/GaN
US10192970B1 (en) Simultaneous ohmic contact to silicon carbide
US9035323B2 (en) Silicon carbide barrier diode
JP6040904B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
RU2748300C1 (ru) Способ изготовления омического контакта с низким удельным сопротивлением к пассивированной нитрид-галлиевой гетероструктуре на кремниевой подложке
Hsieh et al. Au-Free GaN High-Electron-Mobility Transistor with Ti/Al/W Ohmic and WN X Schottky Metal Structures for High-Power Applications
CN110676172B (zh) 一种实现低导通电阻的增强型氮化镓晶体管的方法
TWI740058B (zh) 半導體裝置及其製造方法
JP2004273658A (ja) ナイトライド系半導体素子の作製法
RU2422941C2 (ru) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОМИЧЕСКОГО КОНТАКТА К GaAs НА ОСНОВЕ ТОНКИХ ПЛЕНОК Ge И Cu
RU2745589C1 (ru) Способ изготовления полупроводникового прибора
US20240120201A1 (en) Selective Area Diffusion Doping of III-N Materials
Pavlov et al. The thermal stability of nonalloyed ohmic contacts to AlGaN/GaN heterostructures
JP2010219384A (ja) Iii族窒化物半導体からなる半導体装置、およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200325