МИКРОЭЛЕКТРОНИКА, 2012, том 41, № 3, с. 200-207
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ МИКРО- И НАНОЭЛЕКТРОНИКИ
УДК 621.382.002
ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ НИЗКОРЕЗИСТИВНОГО Ge/Au/Ni/Ti/Au ОМИЧЕСКОГО КОНТАКТА К n-i-GaAs © 2012 г. Е. В. Ерофеев1, В. А. Кагадей2
1 ЗАО "Научно-производственная фирма "Микран" 2OOO "Субмикронные технологии" E-mail: vak@micran.ru Поступила в редакцию 10.05.2011 г.
Исследовалось влияние режимов и условий осаждения Ti пленки диффузионного барьера на параметры Ge/Au/Ni/Ti/Au омических контактов к n-i-GaAs. Определены режимы осаждения Ti пленки, в которых наблюдается 50-ти кратное уменьшение приведенного контактного сопротивления, а также увеличение термостабильности морфологии края контактных площадок. Факторами, влияющими на приведенное контактное сопротивление, являются: угол, под которым атомы Ti поступают на поверхность подложки, скорость осаждения пленки Ti, а также давление остаточной атмосферы при напылении пленки диффузионного барьера. Фактором, оказывающим влияние на термостабильность морфологии края контактных площадок, по-видимому, является угол, под которым атомы Ti поступают на поверхность подложки.
ВВЕДЕНИЕ
Частотные, шумовые, усилительные, надежностные и другие характеристики ОаА СВЧ-мо-нолитных интегральных схем (МИС) во многом определяются параметрами транзисторов, и, в частности, сопротивлением и термостабильностью омических контактов (ОК) к областям истока и стока, а также морфологией поверхности и края контактных площадок [1—4]. Поэтому одним из путей улучшения характеристик транзисторов и МИС на их основе является улучшение комплекса параметров ОК. Задача получения улучшенных ОК становится все более актуальной в связи с переходом к нанометровым размерам элементов транзисторов [5].
В технологии ОаА МИС на основе гетеро-структурных транзисторов с высокой подвижностью электронов в настоящее время широко используются ОК на основе многослойной композиции Ое/Аи/№, получаемой осаждением в вакууме [6]. Данный контакт характеризуется низким значением приведенного контактного сопротивления, но имеет достаточно большую величину слоевого сопротивления. Для уменьшения слоевого сопротивления на поверхность Ое/Аи/№ контактной площадки производится осаждение дополнительного слоя золота толщиной порядка 100—200 нм [7]. При этом минимальное значение приведенного контактного сопротивления ОК на основе Ое/Аи/№/Аи может увеличиться за счет негативных процессов, происходящих при их термическом отжиге. Эти процессы обусловлены проникновением верхнего слоя золота в ОаАз и связаны: 1) с образованием на межфазной границе
высокоомных интерметаллических фаз, в том числе и нестабильных; 2) диффузионным перемешиванием контактирующих материалов на межфазной границе, увеличивающим протяженность переходного слоя и вызывающим компенсацию проводимости; 3) образованием глубоких, соизмеримых с толщиной активного слоя ОаАз, областей проплавления.
Известно, что уменьшить проникновение Аи из верхнего слоя Аи/Ое/№/Аи омического контакта в ОаА и избежать термической деградации параметров контакта можно путем введения в состав металлизации пленки диффузионного барьера [8]. В качестве материала диффузионного барьера используются различные металлы (Та, И, W [9]) или низкоомные соединения боридов, карбидов и нитридов тугоплавких металлов [10]. Однако введение с состав металлизации ОК пленки диффузионного барьера приводит к росту слоевого сопротивления металлизации контакта. В связи с вышесказанным, исследования, направленные на дальнейшее улучшение параметров омических контактов на основе Аи/Ое/№/Аи с диффузионным барьером являются, безусловно, актуальными.
Настоящая работа посвящена исследованию особенностей формирования Ое/Аи/№/Т/Аи омических контактов при вариации режимов и условий осаждения Т1 диффузионного барьера и направлена на разработку технологии получения контакта с улучшенными характеристиками.
Рис. 1. Схема формирования потока атомов с углами влета атомов а и Р при различной площади испарения 5; 1 — подложка ОМъ, 2 — фоторезистивная маска, 3 — тигель.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
В экспериментах использовались ионно-леги-рованные образцы п-/-ОаА (100) с концентрацией электронов в слое толщиной 0.12 мкм равной п = 2 х 1017 см-3. На поверхности пластины формировалась двухслойная фоторезистивная маска, в которой вскрывались окна в месте будущих омических контактов. Перед напылением, для удаления собственных оксидов ОаА образцы обрабатывались в водном растворе Н2804 (1 : 10) в течение трех минут с последующей промывкой в деионизованной воде и сушкой в потоке азота. Послойное осаждение пленок Ое, Аи, N1, Т1 и Аи толщинами 50, 100, 40, 50 и 200 нм, соответственно, производилось методом электронно-лучевого осаждения в вакууме. Осаждение пленок Ое, Аи, N1 и Аи выполнялось при давлении остаточной атмосферы р = 9 х 10-7 торр. При осаждении пленки Т1 варьировалась давление остаточной атмосферы (7 х 10-5-9 х 10-7 торр), а также мощность, Ж, вкладываемая электронным лучом в навеску Т1
(1—3 кВт). Увеличение мощности приводило к изменению площади расплавленного материала в тигле, с которой происходило испарение от 0.5 до 2.5 см2 и, как следствие, к росту скорости осаждения пленки Ti от v=1 до v = 6 нм/с. С ростом мощности происходило увеличению максимального угла, под которым атомы Ti прибывали на поверхность подложки GaAs (угла влета в, рис. 1). При осаждении слоев Ge, Au, Ni и верхнего слоя Au атомы поступали на поверхность GaAs под углом влета а, находящимся в диапазоне а = 0—2° (рис. 1). При этом соотношение между углами влета в и а изменялось в диапазоне в = n х а, где n = 1—2.5. Контроль скорости осаждения и толщины пленок in situ осуществлялся с помощью кварцевых весов.
Максимальный угол влета атомов а или в при осаждении тонких пленок определялся согласно выражению:
10-61-1-1-1-1-1-
340 360 380 400 420 440
T, °C
Рис. 2. Зависимость приведенного контактного сопротивления омических контактов Ge/Au/Ni/Ti/Au от температуры быстрого термического отжига, полученных электронно-лучевым испарением в вакууме при различных углах в и скорости осаждения v; 1 — в = а и v = 1 нм/c; 2 — в = 1.5а и v = 2 нм/c; 3 — в = 2а и v = 3 нм/c; 4 — в = 2.5а и v = 6 нм/c; а = const, t = 30 с.
e +
а = arc tg
4S п
2H
(1)
где e — размер окна в верхнем слое фоторезистив-ной маски; H = const — расстояние подложка-тигель; S — площадь испарения материала в тигле. Из выражения (1) следует, что основными технологическими факторами, влияющими на угол влета атомов, являются площадь испарения и расстояние тигель-подложка. Влиянием размера окна d на угол влета можно пренебречь, так как х > e и H > e, где x — расстояние от центра пластины. Учитывая, что длина свободного пробега атомов при давлении остаточной атмосферы равном 10—6 торр, составляет более 103 см, можно считать, что атомы от тигля до подложки движутся в бес-столкновительном режиме, что обуславливает неизменность направления их движения (угла влета) при транспортировке.
Давление остаточной атмосферы при осаждении пленки Ti задавалось величиной натекания атмосферного воздуха в вакуумную камеру через регулятор расхода газа. После напыления металлизации омических контактов фоторезистивная маска удалялась и в атмосфере очищенного азота проводился быстрый термический отжиг образ-
цов при температуре Т = 320—460°С в течение / = = 30 с.
Образцы исследовались методами оптической и сканирующей электронной микроскопии. Толщина металлизации омических контактов, d измерялась методом профилометрии с точностью измерения равной 0.1 нм. Приведенное контактное сопротивление р измерялось с помощью метода линий передач [11].
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
На рис. 2 представлены зависимости приведенного контактного сопротивления р для Ое/Аи/№Д1/Аи омических контактов от температуры отжига, полученных при различных углах влета атомов титана в и скоростях осаждения V. Температурные зависимости имеют вид кривых с минимумом, хорошо известный из литературы [7]. На каждой кривой можно выделить два участка — участок твердофазных реакций между металлизацией контакта и ОаА (Т < Т1 = 360—380°С), и участок жидкофазных реакций, начало которого характеризуется резким уменьшением приведенно-
V, нм/с
12 3 6
1.0а 1.5а 2.0а 2.5а
в, отн. ед.
Рис. 3. Зависимость минимальной величины приведенного контактного сопротивления омических контактов Ое/Аи/№Д1/Аи от угла влета атомов Р и от скорости осаждения пленки Т1.
го контактного сопротивления. Причем, у омических контактов, полученных при угле влета в = а (V = 1 нм/с), граничная температура Т1 близка к температуре эвтектики АиОе (Т1 = 361°С [6]), а при увеличении угла влета до в > 1.5а (V > > 2 нм/с) происходит смещение этой границы в область более высоких температур Т1 = 380— 400°С. Минимальное значение ртЬ для случая в = = а (V = 1 нм/с) достигается при Т= 360°С. С увеличением величин в и V температура Тт1п, при которой достигается рт1п, возрастает и для всех углов в > 1.5а (V > 2 нм/с) составляет 420°С.
Данные рис. 2, перестроенные в виде зависимости минимальной величины рт1п от угла влета в и скорости осаждения V, представлены на рис. 3. Видно, что величина рт1п монотонно уменьшается в 50 раз при увеличении угла влета атомов от в = а до в = 2.5а (от V = 1 до V = 6 нм/с) и достигает величины рт1п = 2 х 10-6 Ом см2 при в = 2.5а (V = = 6 нм/с).
На рис. 4 представлены зависимости толщины металлизации Ое/Аи/№/Т1/Аи омических контактов, полученных при различных в и V, от температуры быстрой термической обработки. При всех температурах для в = а (V = 1 нм/с) после отжига не наблюдается изменения толщины металлизации относительно ее исходного значения. При углах влета в > 1.5а (V > 2 нм/с) и температурах выше точки плавления эвтектики АиОе (Т = = 361°С) на зависимостях обнаруживается область резкого возрастания величины ё, после ко-
торого, с ростом температуры, толщина металлизации больше не изменяется. При этом для большего угла в характерен и больший прирост толщины металлизации.
Внешний вид краев контактных площадок, полученных в разных режимах осаждения плен
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.