Влияние толщины слоя никеля на сопротивление омического контакта AuGe/Ni—GaAs

УД К 621.382.132

, ,

ВЛИЯНИЕ ТОЛЩИНЫ СЛОЯ НИКЕЛЯ НА СОПРОТИВЛЕНИЕ ОМИЧЕСКОГО КОНТАКТА AuGe/Ni—GaAs

Рассмотрено влияние толщины слоя никеля на сопротивление омического контакта. Показано, что минимальное контактное сопротивление наблюдается при толщине слоя /?(Ni) ==3,3 нм.

КС: омический контакт, арсенид галлия

Влияние Ni на сопротивление омического контакта (ОК) и его морфологию достаточно изучено,

ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕХНИКА. СЕР. ЭЛЕКТРОНИКА СВЧ, ВЫП. 3(437), 1991,c.57-59

однако основное внимание уделялось контактам с никелем, напыленным на эвтектику AuGe [1, 2] В то же время иэвестно [З], что Ni оттягивает Ge из AuGe и, по данным работы [4], способствует уменьшению контактного сопротивления, образуя фазы Ni2GeAs на границе раздела металл—полупроводник. Поэтому представляют интерес системы, в которых Ni осаждается непосредственно на полупроводник, а на поверхность Ni сплав AuGe. Имеющиеся в [5, 6] данные недостаточны для определения оптимальной толщины слоя Ni и режимов отжига контакта, в связи с чем необходимы дополнительные эксперименты

Омические контакты изготавливались методом взрывной фотолитографии на подложке GaAs с концентрацией электронов 2-Ю18 см 3 Перед резистивным осажденном металлов производились очистка и травление поверхности полупроводника. Толщина напыляемого металла контролировалась по его сопротивлению. Отжиг омических контактов проводился как по обычной методике [,1—6] (в атмосфере азота или водорода), так и с применением импульсного отжига на установке «Импульс-3» (в атмосфере азота). Контактное сопротивление измерялось методом Коха [7]. Морфология поверхности контролировалась на рентгеновском электронном микроскопе РЭМ-100У, а измерение Оже-спектров поверхности ОК производилось на установке 09ИОС-02.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

В ходе исследований было обнаружено, что на зависимости контактного сопротивления rк от толщины слоя Ni имеется минимум (рис 1). На участке с толщиной никеля h=0.33 им наблюдается уменьшение rк с увеличением h, что может определяться ростом эффективной площади в омическом контакте фазы Ni2GeAs, а также образованием в процессе отжига фазовых соединений никеля с мышьяком, препятствующим дальнейшей диффузии As из подложки [8]. Следователь-

Рис 1 Влияние толщины слоя никеля h (Ni) на сопротивление омического контакта рк, oотожженного при 420° С импульсным методом (7), в атмосфере водорода в течение 30 с (2) в атмосфере азота в течение 30 с (J)

но, меньшее количество атомов Ge замещает в решетке GaAs мышьяк и более слабо проявляет акцепторные свойства, что подтверждается также исследованиями по влиянию состава поверхности GаАs на rк. Так, обогащая поверхность GaAs мышьяком (например, подбирая состав травителя), можно существенно (в 1,5—3 раза) снизить

rк, Данные рис 1 соответствуют именно этому случаю (Ga/As==0,78…0,85). При контроле поверхности ОК было обнаружено, что в данном диапазоне толщин стимулируется уход Ga из полупроводника, поэтому уменьшение rк, может быть объяснено увеличением концентрации Ge-донора (при увеличении толщины слоя Ni от 0 до 3,3 нм) интенсивность Оже-пика Ga (1227 эВ) возрастала в 1,1—1,5 раз. Было зафиксировано также уменьшение отношения As/Au.

При увеличении толщины слоя Ni до значении, больших 3,3 нм, возрастает rк. Это может быть объяснено тем, что с увеличением h уменьшается количество Ge, проникающего в GаAs, и тем самым снижается степень eго легирования, а также тем, что при h>3,3 нм затрудняется диффузия Ga в ОК и с уменьшением концентрации вакансий Ga в GaAs снижается эффективность легирования его германием. Последнее подтверждается измерением Оже-спектров поверхности ОК (изменение толщины Ni с 3,3 до 9,3 им приводило к снижению интенсивности Оже-пика Ga в 1,5—1,7 раза).

Помимо контактного сопротивления в ходе работы контролировалась также морфология поверхности ОК Результаты этих исследований подтвердили данные многочисленных работ (например, [6]) об улучшении морфологии ОК с введением в него Ni. В то же время было обнаружено, что 30% образцов с контактом GaAs—Ni/AuGe имели локальное ухудшение морфологии (рис 2). Для выяснения причин этого явления была проконтролирована поверхность Ni после его осаждения на GaAs, в результате чего были обнаружены участки с высокой плотностью разрывов в металле размерами —50 мкм (см. рис 2) Таким образом,

50 мкм

Рис 2 Морфология омического контакта, содержащего никель

плохая морфология OK в данных образованиях может быть объяснена разрывами в никеле, причиной чего могут послужить термические напряжения и недостаточно хорошая смачиваемость полупроводника никелем.

Сопоставление морфологии поверхности контактов, отожженных при различных режимах, свидетельствует об эффективности использования импульсного отжига. Учитывая, что по мере уменьшения времени отжига в ОК снижается концентрация низкотемпературной фазы AuGa, улучшение морфологии можно считать вполне закономерным. Один из возможных способов ее дальнейшего улучшения. — это снижение температуры отжига. Измерения рк у ОК с никелем показало, что в них сохраняются достаточно низкие контактные сопротивления (рис. 3). Существенным недостатком при этом является высокая чувствительность rк к чистоте поверхности GaAs [9,], особенно при импульсном отжиге. Поэтому использование данного способа для улучшения морфологии возможно лишь при хорошо воспроизводимой технологии очистки GaAs.

Рис 3 Влияние температуры импульсного отжига па сопротивление омического контакта рк при h (Ni) = ==9,5 им (7), 3,0 нм {2}

Таким образом, можно сделать вывод, что, во-первых, существует оптимальная толщина слоя никеля (3,3... 3,6 him), при которой наблюдается наименьшее рк, во-вторых, образование участков с плохой морфологией ОК обусловлено разрывами в слое никеля и, в-третьих, изготовление омических контактов с низким сопротивлением возможно при использовании низких температур отжига..

ЛИТЕРАТУРА

1. , H., О плес* ник контакты к арсениду галлия в системе Ni/AuGe//Зарубежная электронная техника. — 1987. — № 5. — С. 58.

2. О g a w a M. Alloying behawior of Ni/AuGe films on GaAs // J. Appl. Phys — 1980. — Vol. 51, No 1. — P. 406.

3. Wittmer M„ Finstad Т., Nicolet M. A. Investigation of the Au—Ge—Ni and Au—Ge—Pt system used for alloyed contracts to GaAs // J. Vac. Sci. Technol. — 1977. _ Vol. 14, No 4. — P. 935.

4. Electron microsape studies of an alloyed Au/Ni/AuGe ohmic contact to GaAs / T. S. K u a n, P. S. В a t s о n, T. N. Jackson et al.//J. Appl. Phys. — 1983. — Vol. 54, No 12. — P. 6952.

5. Marshall I. N., H e i b 1 u m M. Au improwed AuGe ohmic contact to л-GaAs // Solid-State Electronics. — 1982. — Vol. 25, No 10. — P. 1063.

6. Microstructure studies of AuNiGe ohmic contacts to n-type GaAs / M. M u r a k a m i, K. D. С h i 1 d s, J. M. Be-k e r, А. С a 11 e g a r i // J. Vac. Sci. Technol. — 1986. — Voi 4, No 4. — P. 903.

7 С о x R. H., S t r а с k H. Ohmic contracts for GaAs devices // Solid-State Electronics — 1967 — Vol. 10, No 2.—-P. 1213

8 Robinson G. Y. Metallurgical and electrical properties of alloyed Ni/AuGe films on n-type GaAs // Solid-State electronics. — 1975. — Vol. 18, No 4. — P 331

9. В, Чикун химической обработки на состав поверхности арсенида галлия // Электронная техника Сер. 1, Электроника СВЧ. — 1990. — Вьш 4(428). — С. 19—23.

Статья поступила 6 июня 1990 г,