Способ изготовления омических контактов к нитридным гетероструктурам algan/gan

Авторы патента:

H01L21/285 - из газа или пара, например способом конденсации

Владельцы патента RU 2610346:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники Российской академии наук (ИСВЧПЭ РАН) (RU)

Изобретение относится к технологии формирования омических контактов к гетероструктурам AlGaN/GaN и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов, в частности полевых транзисторов СВЧ диапазона. Технический результат - уменьшение удельного сопротивления омических контактов и упрощение процесса изготовления омических контактов. Технический результат достигается за счет того, что в способе изготовления омических контактов к гетероструктурам AlGaN/GaN после травления проводящего и барьерного слоев гетероструктуры производится дополнительное растравливание «окон» диэлектрической пленки SiO₂ перед началом нанесения омических контактов, тем самым отсутствует необходимость напылять металлические слои под углом и улучшается сам контакт на вертикальной границе сформированного «окна» осажденных металлов с двумерным электронным газом. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Из предшествующего уровня техники известен способ [US 7700974 В2; МПК H01L 29/778] изготовления омических контактов к полупроводниковой гетероструктуре AlGaN/GaN, включающий образование углублений строго заданных размеров в слое AlGaN путем «сухого» травления. В места образования углублений наносят слои металлом Ti/Al/Ni/Au, а затем нагревают указанные осажденные металлы до высокой температуры (более 800°С), в результате чего образуется омический контакт с двумерным электронным газом. Недостатком способа является грубая морфология омических контактов и высокое удельное сопротивление.

Известен способ [US 6852615 В2; МПК H01L 21/338] изготовления омических контактов к гетероструктуре, состоящей из трех слоев элементов группы А3В5. На верхний слой наносят фоторезист и уменьшают толщину третьего (барьерного) слоя, образуя углубления. Удаляют первый фоторезист и наносят второй фоторезист. Величина отверстий во втором фоторезисте больше, чем в первом. Затем осаждают металлические слои, которые закрывают часть поверхности гетероструктуры, удаляют второй фоторезист и производят отжиг. Недостатком способа является отсутствие защитного слоя для гетероструктуры, что ухудшает характеристики омических контактов при последующей высокотемпературной обработке.

Известен способ [US 8878245 В2; МПК H01L 29/66] изготовления омических контактов к гетероструктуре, которая состоит из одного или более проводящего и барьерного слоя. Барьерный слой может включать в себя несколько слоев, таких как AlGaN и AlN. На барьерный слой наносится маска, материал маски выбирается таким образом, что он может функционировать в качестве пассивирующего слоя. Например, SiN может быть использован в качестве маски. Затем происходит травление маски, барьерного и проводящего слоев через сформированные в маске с помощью фотолитографии «окна». И осуществляется рост высоколегированного полупроводникового материала, который контактирует с проводящим слоем. В гетероструктурах AlGaN/GaN это может быть n⁺GaN. Далее осаждают на область n⁺GaN металл, образующий омический контакт. Высокое легирование n⁺GaN обеспечивает связь металла с двумерным электронным газом без отжига контактов при высоких температурах. Недостатком способа является высокое удельное сопротивление.

Известен способ [Nidhi, Brown G.F., Keller S., Mishra U.K. // Japanese Journal of Applied Physics 49 (2R), 021005. 2010] изготовления омических контактов к гетероструктуре, состоящей из эпитаксиального слоя, барьерного слоя и слоя легированного GaN (n⁺GaN). С помощью плазменного травления формируют «окна» в барьерном и n⁺GaN слоях. Затем наносят слои металлов Ti/Al/Ni/Au под различными углами между источником металлов и нормалью к гетероструктуре. Наименьшее сопротивление омических контактов, равное 0,1 Ом⋅мм, было достигнуто при нанесении металлических слоев под углом 40°С. Недостатками способа являются применение дополнительных установок для нанесения металлических слоев под углом, что существенно усложняет процесс изготовления омических контактов, и недостаточно низкое удельное сопротивление омических контактов.

Данный способ принят в качестве прототипа настоящего изобретения.

Техническим результатом изобретения является уменьшение удельного сопротивления омических контактов и упрощения процесса изготовления омических контактов.

Технический результат достигается за счет того, что после травления проводящего и барьерного слоев гетероструктуры производится дополнительное растравливание «окон» диэлектрической пленки SiO₂ перед началом нанесения омических контактов, тем самым отсутствует необходимость напылять металлические слои под углом и улучшается сам контакт на вертикальной границе сформированного «окна» осажденных металлов с двумерным электронным газом.

Суть изготовления омических контактов поясняют фиг. 1-4. На поверхности гетероструктуры, состоящей из проводящего слоя GaN (1) и барьерного слоя AlGaN (2), наносится диэлектрическая пленка (3), например SiO₂. Через фоторезистивную маску проводится травление «окно» в диэлектрической пленке, после чего фоторезистивная маска удаляется. Далее проводится травление гетероструктуры, через сформированные «окна» в диэлектрической пленке, на глубину ниже залегания области (4) двумерного электронного газа. После образования углублений в герероструктуре происходит повторное травление диэлектрической пленки для расширения «окон» в диэлектрической пленке. Далее возможно либо осаждение металлических слоев (5), либо осаждение сильнолегированного n⁺GaN (6) в образованные «окна» и последовательное нанесение металлических слоев.

Фиг. 1. Схематическое изображение гетероструктуры после травления.

Фиг. 2 Схематическое изображение гетероструктуры после повторного травления диэлектрической пленки.

Фиг. 3. Схематическое изображение гетероструктуры с осажденными металлическими слоями.

Фиг. 4. Схематическое изображение гетероструктуры с осажденными n⁺GaN и металлическими слоями.

Пример 1

Эксперимент по изготовлению омических контактов проводился на гетероструктуре, состоящей из проводящего слоя GaN и барьерного слоя AlGaN. После формирования «меза»-изоляции приборов путем плазмохимического вытравливания верхних активных слоев на глубину до 80 нм в смеси N₂O+SiH₄ при температуре 300°С наносится диэлектрическая пленка SiO₂. Травление диэлектрической пленки SiO₂ через предварительно сформированную фоторезистивную маску осуществляется плазмохимическим методом в смеси SF₆ и O₂. Далее удаляется фоторезистивная маска и через сформированную диэлектрическую пленку SiO₂ проводится плазмохимическое травление гетероструктуры в смеси BCl₃ и Ar на глубину ниже залегания двумерного электронного газа. После образования углублений в герероструктуре происходит повторное травление диэлектрической пленки SiO₂ для расширения «окон» в диэлектрической пленке SiO₂. Далее на гетероструктуру со сформированной диэлектрической пленкой SiO₂ происходит осаждение сильнолегированного n⁺GaN в установке молекулярно-лучевой эпитаксии при температуре 850°С. Формирование омических контактов завершается последовательным нанесением металлических слоев Cr/Au (40/300 нм) на область n⁺GaN. Удельное сопротивление изготовленных омических контактов составило 0,11 Ом⋅мм.

Пример 2.

Эксперимент по изготовлению омических контактов проводился на гетероструктуре, состоящей из проводящего слоя GaN и барьерного слоя AlGaN. После формирования «меза»-изоляции приборов путем плазмохимического вытравливания верхних активных слоев на глубину до 80 нм в смеси N₂O+SiH₄ при температуре 300°С наносится диэлектрическая пленка SiO₂. Травление диэлектрической пленки SiO₂ через предварительно сформированную фоторезистивную маску осуществляется плазмохимическим методом в смеси SF₆ и O₂. Далее удаляется фоторезистивная маска и через сформированную диэлектрическую пленку SiO₂ проводится плазмохимическое травление гетероструктуры в смеси BCl₃ и Ar на глубину ниже залегания двумерного электронного газа. После образования углублений в герероструктуре происходит повторное травление диэлектрической пленки SiO₂, для расширения «окон» в диэлектрической пленке SiO₂. Формирование омических контактов завершается последовательным нанесением металлических слоев Ti/Al/Ni/Au. Удельное сопротивление изготовленных омических контактов составило 0,11 Ом⋅мм.

1. Способ изготовления омических контактов к гетероструктурам AlGaN/GaN, включающий нанесение диэлектрической пленки, вытравливание гетероструктуры на глубину ниже залегания области двумерного электронного газа и последовательное напыление металлических слоев, отличающийся тем, что после травления гетероструктуры и перед напылением металлических слоев производят дополнительное растравливание «окон» диэлектрической пленки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед напылением металлических слоев осаждают n⁺GaN.

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления приборов с пониженным контактным сопротивлением.

Способ создания тонких слоев оксидов ni и nb с дырочной проводимостью для изготовления элементов сверхбольших интегральных схем // 2598698

Изобретение относится к области электронной техники и описывает возможность получения дырочной проводимости аморфной оксидной пленки на поверхности металлического стекла системы Ni-Nb путем искусственного оксидирования.

Способ изготовления полупроводникового прибора // 2593414

Изобретение относиться к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления контактов полупроводникового прибора.

Способ изготовления контактно-барьерной металлизации // 2550586

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления контактно-барьерной металлизации прибора.

Способ формирования проводящего элемента нанометрового размера // 2478239

Изобретение относится к области технологии микроэлектроники и наноэлектроники, а именно к технологии формирования упорядоченных наноструктур на поверхности твердого тела, и может быть использовано для создания проводников, длина которых на несколько порядков превышает его диаметр (нанопроволоки).

Способ создания контактного рисунка из никеля на пластинах кремния // 2411612

Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых приборов из кремния, в частности к изготовлению фотопреобразователей. .

Способ изготовления тонкопленочной металлической структуры вольфрама на кремнии // 2375785

Изобретение относится к полупроводниковой микро- и наноэлектронике и может быть использовано в производстве интегральных схем, при формировании электродов в транзисторах и обкладок конденсаторов, при формировании контактов и проводящих областей на поверхности кремния, в качестве проводящих, термостабильных и барьерных слоев в системах металлизации.

Способ перемешивания квантовых ям в структуре полупроводникового устройства и структура полупроводникового устройства, изготовленная с использованием данного способа // 2324999

Изобретение относится к технологии изготовления световых устройств, имеющих структуры с квантовыми ямами, и к процессам перемешивания квантовых ям, используемым для регулируемого изменения запрещенной зоны в квантовой яме в предварительно определенных областях структуры.

Способ плазменной полимеризации // 2046678

Изобретение относится к технологии нанесения с помощью плазмы полимерных покрытий (тонких пленок) на поверхность предметов различного назначения, изготовленных из различных материалов, и может быть использовано в микроэлектронике для нанесения резистных, пассивирующих и диэлектрических слоев, в медицинской промышленности для нанесения антикоррозионных защитных покрытий на хирургические инструменты и медицинское оборудование, с той же целью в производстве химической посуды, в текстильной промышленности для придания волокнам или готовым тканям гидрофобных свойств путем нанесения на их поверхность тонкого слоя полимера и в других областях.

Парогазовая смесь для осаждения вольфрама на кремний // 1823712

Изобретение относится к электронной технике, к технологии селективного осаждения вольфрама, и может быть использовано в производстве сверхбольших интегральных схем.

Способ увеличения порогового напряжения отпирания gan транзистора // 2642495

Изобретение относится к технологии силовой электроники, а именно к технологии получения дискретных силовых транзисторов на основе нитрида галлия (GaN), работающих в режиме обогащения. В способе увеличения порогового напряжения отпирания GaN транзистора, включающем создание на поверхности кремниевой пластины с эпитаксиальной гетероструктурой типа p-GaN/AlGaN/GaN подзатворной р-GaN меза-области, межприборной меза-изоляции, формирование омических контактов к областям стока и истока транзистора, формирование двухслойной резистивной маски литографическими методами, очистку поверхности полупроводника, осаждение тонких пленок затворной металлизации, извлечение пластины из вакуумной камеры установки напыления, удаление резистивной маски, перед напылением тонких пленок затворной металлизации пластину подвергают обработке в атмосфере атомарного водорода в течение t=10-60 секунд при температуре Т=20-150°С и плотности потока атомов водорода на поверхность пластины, равной 1013-1016 ат. см-2 с-1. Изобретение обеспечивает увеличение порогового напряжения отпирания GaN транзистора при использовании пленок барьерных металлов к p-GaN подзатворной области с высокой работой выхода электронов. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.