Результат интеллектуальной деятельности: Способ изготовления омических контактов к нитридным гетероструктурам AlGaN/GaN

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.

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.