Разработка процессов формирования границ раздела арсенид галлия, фосфид индия - электрохимически осажденный металл для создания СВЧ диодов миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.18 ВАК РФ

ТОМСКИЙ О РДЯНА ОКТЛБРЬСКОЛ РЗШЗД1И И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННА УНИВЕРСИТЕТ ЖШИ З.В, Ш1ЗДаЗА

На правах рукописи

Для служебного пользования

Зкз. )Ь ¿3

КАРПОВИЧ НИНА ВАСИЛЬЕВНА

УДК 621.794.2:541.13:621.382.01г.г

РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССОВ НОРМИРОВАНИЯ ГРАНИЦ РАЗДЕЛА АРСЬЖД ГАЛЛИЯ, 50СФИД ИНДИЯ - ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИ ОСАЖДЕННЫЙ МЕТАЛЛ ДЛЯ СОЗДАНИЯ СВЧ ДИОДОВ МИЛЛИМЕТРОВОГО И СУБМИЛ ЖМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНОВ ДЛИН

ВОЛН

Специальность - 02.00.13. Химия, физика и технология поверхности

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Т.О К С К'-

I 9 9 О

Работа выполнена в Томском НИИ полупроводниковых приборов и Томском государственном университете им. В.В.Куйбышева

Научные руководители: кандидат химических наук, • доцант Мокроусов Г.М., доктор технических наук Божков В.Г.

Официальные оппоненты:, доктор химических наук профессор Савельев Г.Г.

кандидат химических наук доцент ' Батенков В.А.

Ведущая организация: ''лстатут Лззики полупроводники

СО ЛИ СССР •

Защита диссертации состоится "-/У" 1990 г.

в часов на заседании специализированного совета

И 06>.53.07 в Томском государственном университете (¡бЭШЮ, г.Томск, ул.Ленина 36) , аудитория 311 (корп.6).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного университета

Автореферат разослан " " 1990 г.

Ученый секретарь

специализированного совета.

доцент < В.Н.Белоусова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЛЕОТЬ'

актуальность теми. для реализации высокоэффективных и малошукячих СВЧ-диодов наиболее подходя "ствами обла-

индия имеет принципиальное преимущество перед арсенидом галлия; на его основе удается получать выпрямлявшие контакты Н-П с малой высотой барьера, что позволяет создавать СЗЧ-сме-ситзльные диоды, работающие при .малой моганости гетеродина и детекторные диоды, работающие без, смещения,,

Повышение чувствительности диодов ь'этт:*.": доогсягаеггся путей уменьшения толщины зпитаксиального слоя полупроводника и ре^-зра конте :тного окна» Проблема вскрития * обработки хон-тектных окон микронных размеров до сих пор остается одной из наиболее актуальных в технологии СВЧ-диодов. Кроме ?ого, з малых окнах обнаружены сильные искажения ЗАХ БШ, связанные с влиянием механических напряжений. Поэтому изучение влияния таких факторов, как природа металла, метод его нанесения и толщина,, приобретает первостепенное значение. Специфика контактов к сверхтонким слоям (<<0.2 мхи) полупроводника связана с их ранней деградацией из-за потребления материала полупров-водника в процессе межфазного взаимодействия. 3 связи с этим поиск термостойких барьеров, которые сохраняли бы свои характеристики в процессе изготовления и эксплуатации диодов, является важной проблемой.

Цель работы. Установить закономерности формирования границы раздела в контактах М-П ( (rafli, Ir:p ) сверхмалого размера (1-3 мкм) на тонких (0,1-0,3 мкм) эпитаксиальных слоях,обладающей необходимыми свойствами для применения з приборах миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн и разработать технологию создания активных элементов указанных приборов на основе химических и электрохимических методов.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие конкретные задачи:

1. Изучить влияние состояния поверхности Get/Is и 1пР при обработке в различных средах как перед нанесением диэлектрика, так и после его травления различными способами, на параметры контактов М-П.

2. Лсследоэать свойства осадков и границ раздела У-И , Е!!! в зависимости от условий электролиза. На осноззйкк

дают широко зонные полупроводники, типа

этом фосфид

- ¡} _

чэш иежфазного взаимодействия 6вА§ и 1&Р с металлами платиновой-. группы определить наиболее термостойкий барьерообра-з^зднй- иехалл или композиции металлов.

У.. Провести комплекс исследований по разработке новых электролитов на основе германия для электрохимического формирования омических контактов к ВвАв и 1пР •

^.Разработать серийную технологи» создания надежных контактов микронного размера на сверхтонких слоях £вА$ и /лР , вклвчающих барьерообразупцие к омические металлизации, для приборов миллиметрового и субмиллиметрового диапазона длин волн.

Научная новизна работы состоит в следующем.

1. Впервые систематически исследованы закономерности межфазного взаимодействия на границе раздела и ш$ с электрохимически нанесенными металлами платиновой группы. По характеру взаимодействии с и 1а Р родий близок к платине и отличается от палладия образованием слоистой структуры продуктов реакции и равномерным прохождением мекфазного взаимодействия

по площади контакта. В системе фаза родия с элемен-

том пятой группы формируется на внутренней границе раздела

), а в системе 1пР"И/*, на внешней (//?£'

- Шп -!ШР )•

2. Показано, что термостойкость БЕЗ на тонких (0,1-0,3мкм) эпитаксиальных слоях полупроводника ограничивается интенсивностью взаимодействия на границе раздела М-П, приводящего к потреблению эпитаксиальногс слоя в процессе реакции, зависит от от природы металла и возрастает в ряду: палладий, платина, родий.

3. Изучены процессы мекфазного взаимодействия на границе раздела &вА$ и 1пР с бинарными системами металлизации на основа родия и верхнего слоя золота, палладия, платины, а также термостойкость БШ на их основе. Показано, что барьерообразув-еая металлизация, выполнение я послойным осаждением родия и платины на полупроводник, отличается повышенной термостойкость») (до 400 °С). Указываются возможные причины влияния, плетины на процесс деградации в системе

Зпгрвыз подучены контакты с ГШ на ]пР на основе двухкекпонентного сплава 1яМ1 , имение высоту барьера 0,25. - 0,30 9В.

5, Исследован процесс разтяорслия .диоксида гер.'.аиид в растворах согнетоЕоа соли. Показало, (г?с з растворах снгййто-бсй соля германий находится в виде Алпяеюа» "предполагаем»'.1,

Г ^ ¿1

состав которого [^ЭзО^С^О-)^ ~ с эттгйкггяол гиртра? -иона к германив ранним 0,4. На оснований гасждовапия сист^ 'н Се02 - сегнетова соль - винная кислота разработаны новпз электролиты для осаядения покрытий иа сплавов 5с№ и &еАи для получения низкоомных контактов к и 1пР .

На защиту выносятся следующие положения:

I» Выявленное зависимости влияния условий предваркгель-нсй подготовки поверхности Ввй$ к 1лР , в том числе способа вскрытия контактных окон в слое пассивирующего диэлектрика» толщины эпитаксиального слоя полупроводника, природа полупроводника и металла условий электролиза и состава электролита на электрические характеристики выпрямлялчей гранит; раздела П-М»

2. Найденные закономерности меяфазного вэег.медеЯст5Кг: на границе раздела тонких эпитзксиальных слооз 5ак$ и 1пР с электрохимически осажденными металлами платиновой группы и изменения термостойкости БШ в окнах размером 1-3 мкм на основе этих контактов.

3. Разработанная схема технологии создания термостойких (до 4С0 °С) контактов 8ак$(1пР '/ - двойная металлизация, выполненная послойным осаздзнизм родия и плат/ны» а также контактов ХпР-1лШ с высотой барьера 0,25-0,30 эЗ для диодов миллиметрового и субмилльметрового диапазонов длин волн.

4. Выявленные зависимости влияния концентрации компонентов в системе СеО^ - сегнетова соль - винная кислоте на рН и состав комплексов. Новые электролиты и технология электрохимического соаждеиия покштий из епдазоз и веАи для получения омичьских контактов к у. ЫР .

Практическая ценность работ». Я результате проведенных исследований разработаны и зклячоны з т«хнолог:г"гс:.'.ий маршрут создания диоде а с БИТ в ШШПИ Сг. Тонек) десять новых технологических операций, ^арьерообразуяцая мобилизация, выполненная из послойно нанесенной системы ^уделов родия и платит., звщиизнная а.с.И55б472, ислользус-'тс >. з диодах ЗА 142 субмиллиметрового диапазона. Процесс эл.'хтрп-

- б -

химического осаздения покрытий из сплава IflMi для получения контактов к 1пР с высотой барьера 0,25-0,30 эВ используется в первом разработанном в стране фосфид - индиевом диоде 4А 142, Осуществляются поставки диодов ЗА 142 и 4AI42 à HZiîH'i» (г. Новосибирск), в НПО "Волна" (г.Саратов), в НК'".?ИП (г.Вильнюс). Новый электролит для осаждения покрытий у.з сплава Gâhu и способ получения низкоомных контактов к полупроводником типа А^В используется ка заводе при НИШШ а лрокзводстве II наименований изделий. Новый электролит для осаэдения покрытий из сплава (rêNi (А.с. };'958507) и способ получения омических контактов к /2 - используется на опытном заводе при НИИПП в производстве шести наименований изделий, а такие в ОКБ производственного объединения "ТОР" в производстве арсенид - галлиевых смесительных диодов с балочными выводами.

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и обсувдены на П Всесоюзной конференции по электрохимии (г.Москва, 1902 г.), П Всесоюзной конференции "Физические основы надежности и деградации полупроводниковых приборов" (г.Кишинев, 1986 г.), П Всесоюзном совещании по исследовании арсенида галлия (г.Томск, 1987 г.), У1 Всесоюзном семинаре "Физическая химия поверхности монокристаллических полупроводников" (г.Новосибирск, 1989 г.), Всесоюзном семинара "Обработка материалов для электронной техники"(г.Киев, 1990 г.). .

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано II статей, к тезисов докладов, получено 2 авторских свидетельства.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка использованной литературы к приложения. Материал изложен на 183 страницах, включая 143 страницы текста, 23 таблицы, 43 рисунка и списка литературы и из 158 наименований. Приложение содержит 5 актов о внедрении результатов работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается ахтуальность темы диссертации, излагается цель л задачи работы; кратко описаны полу-чйн.ч«® ноаье результаты и определены основные научные поло-

жения, выносимые на защиту.

Формирование поверхности полупроводников ( ОаАз, 1пР )

и границ раздела полупроводник - металл (глала I, литературный обзор)

1. В обзоре научной литературы, посвяценной вопросам изучения состояния поверхности полупроводников А^З^ после различных видов воздействия, основное внимание сосредоточено на имеющейся информации для поверхности 1пР. При этом рассмотрены вопросы, касающиеся природы и свойств 'Собственных оксидов на фосфиде индия, а такте влияния хикиу&ейкИ ©б-работки на состояние поверхности ЫР <> Из имепиихся ¡рг-в^гътатов следует, что химическая обработка поверхности !Вя-нЗ и особенно 1пР , приводит к изменение практически всех параметров контактов М-П (показателя идеальности., высоты барьера, напряжения пробоя). Указывается, что вопрос о составе позорхностных фаз на 1иР менее ясен, чем на ваА$ . Зависимость толщины остаточного оксида от условий травления довольно сложная. Судя по литературным данным, общих закономерностей не обнаружено. Для практики подобными данными воспользоваться трудно. Поэтому в каждом случае нужно выбирать опткмальну» обработку экспериментально.

2. Выявлены особенности электрохимического осаждения металлов на £г&А$ . Показано, что электрические характеристики границы раздела М-бвА§, сформированной методом элэкт-роосаждения, зависят от условий обработки поверхности и режима осаждения. Подбирая условия осаждения модно получить контакты практически без диэлектрического зазора на граница П-М. В литературе не обнаружено данных, касаа-ихсл особенностей электрохимического нанеоеняя металлов на поверхность фосфида индия.

3. Результаты исследований межфазного зземмод'^е-.-зия на границе раздела П-М и термостабильиости БЗ получены э оснозном на объемном материале или эпитаксиальных структурах с тол-диной слоя более 10 мкм. При этом граня1;? раздела П-М сформирована путем вакуумного напылении. При оопостбв-лении результатов исследования межфаоного в^зичодайстйкя

на границе раздела &вА$- металлы платиновой группы оС-::лру-жеко послойное разовое разделение продуктов ргпкда:

систем 6а£!~ М , № , йк)„ за исключением Ш . Ленных па-изучению межфазного взаимодействия в системах ь литературе нет.

Наиболее термоотойкими и совершенными барьерными контактами к 1пР (толстые зпитаксиальные слои) является палладий к платина. Данные для системы в литературе отсутствуют. Переход к структурам для СВЧ - смесительных диодов с ЕШ с. толщиной эпитаколальннх слоев 0,1-0,2 мкм, особенно выраденных на подложке из В@А$ , может изменить термостойкость Бш. Ни основании рассмотренных результатов обосновывается целесообразность прозедения исследований с целью уточнения особенностей взаимодействия палладия и платины на тонких эпитаксиалышх слоях полупроводника, а также необходимость изучения межфазногс взаимодействия в контактах

(,1пР ) -ЙА .

Методика проведения исследований (глава'2)

Исследования межфазного взаимодействия и термостойкости БЫ проводили на эпитаксиальных структурах 1пР толщиной 0,10,3 мкм с концентрацией носителей заряда 7 10^ - 2 Ю^см"^, выращенных на подложке из , а также на структурах

/1-/1* - типа с толщиной епитаксиального слоя 0,1-0,3 мкм и

т £ Т*7 О

концентрацией носктелэй заряда в нем 3,6 101 - I Ю1 см" .

Н процессе электролиза использовался ультразвуковой генератор -типа УЗГ-0»1 с рабочей частотой 18,4 кГц, выходной мощност&а, С.59Э кВс» Пзрвдача ультразвуковых (УЗЗ) колебаний о<ЭД|да©*влядевь через дно электрохимической ячейки. Для арозеденил электролиза в импульсно-реверсном режиме использовал;; генератор импульсов, изготовлэнный в ШШПП (г.Томск), дозволяпдий варьировать длительность и скважность импульсов з диапазоне 0,1-5,0 мэ и 2-^.00, соответственно.

Качество вскрытия контактных окон и оса:кдаемых покрытий контролировали с помощью микроскопов типа " и при 1000 - кратном увеличении. Толаину наносимых покрытий измеряли на микроскопе МИИ -

Для хгс.ческок обработки поверхности полупроводников перед нап.сенпем сдоя диэлектрика или металла использовали чодше растворы кислот и келочеи, органические растзорителн марки 0СЧ, а ?ак.*9 анодирование в цитретном электролите.

Образцы отмывали в деионизованной водо л высушивали в потоке сжатого воздуха или азота.

Исследование влияния химической обработки на состояние поверхности полупроводников проводили эллипсометричес-ким методом и методом электронной Оже-спектроскотп; (ЭОС).

Структуры для электрофизических измерегчй готовили ,,у-тем локс тьного электрохимического осаждения металлов в предварительно вскрь: :ые в слое $¿0$ контактные окна размером от 1,5 до 200 мкм. Вскрытие окон а слое SlO¿ осуществлял и с помощью травления в буферном травителе или плазмохи-мического травления в газовой смеси CF^-t-Op на устакогхэ С8ПХ0 I00T-00I или "Плазме -600 Т"„

Невыпрямляюций (омический) контакт на обратной стороне образцов формировали с помощью электрохимического нанесения сплава G&ÁU или (r&M-Alt с последующим отжигом при 380 °С для М и 450 °С для Ш§ .

Температурную обработку структур П-М проводили в атмосфере водорода в течение 10 минут при заданной температуре; последняя варьировалась от 200 до 600 °С. После отжигов измеряли прямую ветвь ЗАХ БШ и обратные яапрякекия при уровне тока 10 мкА для структур ВзА$-М л щ : 100 мкА для структур 1/тР-М . По ЗАХ БШ рассчитывали значения высоты барьера ) и показателя идеальности (/£) по стандартной методике. •

Расчет величины удельного контактного сопротивления; проводили по уравнению: Jfc = - R^. )/2, где ^-ecrnv

ротавлвние, измеренное между двумя соседними контактными с :нами; ^ - сопротивление полупроводника; ít^ - сопротивление зондов;' S - площадь контактного ог: :а.

Содержание компонентов в сплаве определяли методом электронного микрозопдового анализа с помощьа микроанализатора типа IXA-3A. Для доследования межфазного взаимодействия в системе П-М "римоняли рентгэностр'"стурнг1л анализ (РСА) и метод резерфордовского рассеяния ионов-гелия (РРИ).

Исследование химической обработки поверхности

фосфида инд'/:Э и арсонида галлия (глава 3)

Состояние поверхности Gofií и ItlP изучено в условиях, соответствуя.щих технологическому циклу изготовления ДКОДОР

е.-ES! с помощью методов эллипсометрии,- электронной Оже-спект-роскопии (G0C) и измерения электрофизических характеристик.

Величина слоя собственного оксида на поверхности ln.fi и Gohs непосредственно после эпитаксии (врзмя контакта образцов с атмосферным воздухом до начала анализа не превышало 5 минут) составляет соответственно: 5,2-5,4 и 0,6-0,8 нм. При выдержке образцов на воздухе в течение 15 суток толщина оксида возрастает и стабилизируется соответственно для Infi и &аА$ на уровне 7,8-8,0 и 5,0-5,5 нм.

Било исследовано 40 различных видов и режимов обработки. Результаты исследования показали, что Толщина остаточного оксида после большинства исследованных обработок выше, чем на поверхности полупроводников непосредственно после эпитаксии. Поэтому структуры лучше защищать слоем пассивирующего диэлектрика непосредственно после эпитаксиального наращивания. При превышении мзжоперационного времени (1-2 часа) пэред нанесением аиэлектркка следует применять обработку поверхности InP в органических растворителях: моноэтанолами-не (МЗА) - диметилформамиде (ДМ£А) - изопропиловом спирте (ИИС) с последующей обработкой в растворах на основе HP или MfSOjf. , обеспечивающих наименьшую толщину остаточного оксида. Поверхность 6оА$ следует обрабатывать в органических растворителях: трихлорэтилене - ацетоне - изопропиловом спирте с последующей обработкой в травителях на основе аммиака или путем анодирования и растворения полученного оксида в растворе соляной кислоты.

Вскрытие контактных окон в слое диэлектрика обычно осуществляется путем химического, плазмо-химического (ПХТ), реже реактивно-ионного (РИТ) .травления. При травлении диоксида кремния в буферном травптоле формируется поверхность полупроводника с минимально» толщиной остаточного оксида. Однако для формирования контактных окон микронных размеров с достаточной воспроизводимостью заданногСна фотошаблоне размера Di от метод не перспективен. Травлание диоксида кремния в плазме рабочего газа СР^ ^ ^т-5 О^ при мощности ВЧ-генврато-<>00-500 Зт приводит к образование нарушенного слоя на пому-* кости г.олуп}>С1>(аникь тоязкно?. 10-11 ич. Обработка образцов 0аА$ после ПлТ * растворах на основе Ш^ОН , К? ал* анол«-ге ;-лк; i г псс.'.едусг;;м : кстго ре?г;:еч гч\:уче!;-:ого оксида ъ раст-

ворах минеральных кислот уменьшает толщину этого слоя 'до 0,6-1,0 нм.

На поверхности IrtP уменьшить толщину этого слоя до 5,5-6,0 нм можно с помощью химической обработки в буферном тра-вителе, в растворе серной кислоты (1:10) или сернокислотном травителе, а также путем анодирования при 30-40 В с последующим растворением АОП в растворе PsS04 (1:10).

Наруаения поверхности IttP , вносимые РИТ, так велики (толщина нарушенного слоя составляет 62,2 нм), что ни одной из исследованных химических обработок не удалось существенно уменьшить толщину этого слоя.'

Результаты ЭОС показали, что соотношение ifltl в оксидном слое образцов после РИТ пленки §10% толщиной 0,3 мкя уменьшается до величины 0,5 по сразнонкз с P///I »1,1 для исходных образцов. Последствия РИТ анодированием или лабой другой химической обработкой устраняются не полностью (P/j/t = 0,7-0,3)'. Таким образом, не рекомендуется использовать метод KIT для вскрытия контактных окон в слое SiQg .

При использовании ПХТ поверхность полупроводника должна дополнительно подвергаться "мокрой" обработке. Было исследовано вано влияние около 20 разлияных видов и режимов химической обработки поверхности QoAS и 1пР после вскрытия контактных окон методом ПХТ на параметры контактов М-П. Установлено, что перед нанесением металла оптимальной является обработка ! поверхности IftP в контактных окнах в растворе.HP:

sHgO = 1:19 о последующим процессом анодирования и раствцре-, ния полученного оксида в растворах минеральных кислот. Аж>-дирование при 30—W В позволяет на только контролируемо снимать очень тонкие поверхностные слои полупроводника, но и обеспечивает плоское дно вытравленного углубления. Это особенно ва;шо для тонких эпитаксиальных слоев полупроводника ; в плане воспроизводимости электрофизических характеристик барьеров Шоттки.

Проведенные исследования-позволили быбрать оптимальный вариант химической обработки, используемой при изготовлении диодов с БШ на фосфиде индия и арсенкде галлия.

Исследование влияния методов и режимов электрохимического кадавания металлов платиновой группы на свойства ооадшв ш -структур с БД1 (глава 4)

3 резроткте экспериментальных исследований определены оптимальные услозяя электрохимического нанесения на $вА§ и 1,чР качественных покрытий родия, платины и палладия для получения выпрямляющей границы раздела в окнах размером I--3 мкм методами стационарного и нестационарного электролиза (таблица I). Оптимизированы составы электролитов.

Таблица Г

Составы электролитов и условия электроосаждения металлов платиновой группы на и 1йР

Тип * (.гттяи Метод осаждения , Рея^.м осаждения Ско-

металлизации электро. лита, г/л >» ь ■ 03 оо а> с ф (0 ь - о .я о о Е Л К «ч О ¡>>0) явг и я о к х а •о о 14 д (К "Ч С5 ь >>ж К С •Ч X « к д е-> о о • я <а О О к Ч ьч С рость осаждения мкм/мин »

>х О р. ДШ^Щв. $ лересчете на металл-(5) Ж ОН-да рУ--6,5-9 стационарный 18-25 _ 30 0,10-6,13

импульсным без УЗЗ 18-25 10 0,1 300 0.45-6,50

импуль-сно-ре-вецный 18-25 10 I 100/20 0.27-6,33

1 платина (щ)3щ-т Ш2иР0^(20й) ргсчгтг ыаМ-(20) стационарный с УЗЗ 50± 3 _ 50 • 0.20-6,22

Й ■в Ч Г! С рлсг.&ыри- ЧЕгенаИ-Ио) Ш2ИР0и-(М) стационарный с УЗВ 18-25 - 1.0 0,20-6,25

Показано, что для формирования контактов размером I--3 мкм наиболее пригодным является метод электролиза при на-дскекяк ультразвукового поля (У33). К достоинствам метода

относится предотвращение накопления пузырьков газа в окнах, снятие диффузионных ограничений. Это делает возможным осаждение металла равномерно по площади пластины с высоким качеством покрытия.

Электронно - микроскопические исследования (метод реплик) осадков родия показали существенное различие в их структуре в зависимости от метода"осаждения. Размеры зерен осадков родия, полученных в режиме стационарного электролиза с наложением УЗВ, лежат в пределах 50-100 нм; на некоторых учаотках присутствуют островки размером 300-1000 нмв Осадки родия, полученные в импульсном режиме без 73В, имеют неоднородную поверхность. Наблюдаются крупные (иногда размером 10-15 мкм) образования овальной формы, между которыми в промежутках находятся зерна размером 50-100 нм. При использовании импульс-но - реверсяого метода осавдения о УЗВ формируются осадки родия с размером зерен менее 10 нм; осадки имеют гладкую однородную поверхность, #

•висимости от условий их получения были исследованы при темпера ратурэ жидкого азота (-196 0С)<, Величина показателя идеальности ВАХ составляла 1,6 и 5,3 в структурах с осадками родия,полученными с наложением УЗВ, соответственно импульсно - реверс-ным и стационарным методами. Измерение этой характеристики при комнатной температуре давало, соответственно, величины 1,1 и 1,2. ДЛХ этих структур, сформированных последним методом, имели избыточные токи в области низких смещений. Такое отличие в.поведении ВАХ вероятно связано с различием упругих напряжений, вызываемых осанками родия, полученными различными методами. На примере контактов изучено влияние соста-

ва электролита, режима осаждения, толщины слоя металла (с которой связана величина' упругих механических напряжений в контактах) на совершенство ВАХ и термостабильнооть границы раздела. Изучены фосфатный, аминохлоридиый, сульфаматный электролиты. Показано, что вид ВАХ Б!3 не зависит от состава электролита, но изменяется с ростом толщины металла и. с-увеличивай плотности тока (по отношению к оптимальной величине). Предло-

ры, приводящие к искажение ВАХ, понижают также термостойкость ЕШ. Одной из причин преждевременной деградации может быть ускоренное межфазное взаимодействие, связанное с нарушением структуры полупроводника ори релаксации механических напряжений в процессе отжига

Межфазное взаимодействие на граияце раздела П-М

и термос лабильность барьеров Шоттки (глава 5)

Анализ межфазного взаимодействия на границе раздела ар-сенида галлия с металлами платиновой группы .юказал«, что родий обладает большей устойчивость» к межфазному взаимодействию и поэтому является наиболее подходящим барьерообразующим металлом цо сравнению с агатилоД и палладием (таблица 2)»

Таблица 2

Взаимодействие с металлами платиновой группы -

1Ъ?алл Температура начала взаимодействия по данным методов Фазовый состав в зависимости от температуры отжига (РСА) Температура деградации БШ по результатам ВАХ

РСА I РРИ Т,°С Состав прямая Ьбратная

Родий 1 адо 400 25-350 400 450 500 550-600 м ЯШ Чоо .400

Платина 350 350 25-300 350 4СЭ-450 500-550 Рк №(аот§ 400 350-400

Палладий 300. 250 25-250 300 350-400 450-550 Р,У- N. ШвШа Шве 350-40С 300

Выявлены две осооенности взаимодействия на границе раздела Са)А$- ПН : I. Начало взаимодействия характеризуется появлением хсроно выраженной ступеньки в спектре РРИ (рис. I. кривая'' 2); что свидетельствует об обрвзоьаиии четкой границы

раздела вгвзщ - новая фаза. 2. Свободный родий не обнаруживается методом РСА при 450 °С, когда взаимодействие, судя по спектрам РРИ, прощло на всю глубин} слоя родия. Это свидетельствует.о равномерном прохождении реакции по площади контакта.

Четким характером спектров,свидетельствующим в пользу однородной по площади, слоистой структуры контакта, отличается и система В системе Ш'В&А§ наблюдается неоднородный по площади контакта характер неифазного взаимодействия. Полученные результаты совпадают с приведенными в литературе данными для напыленных контактов.

Результаты электрофизических измерений обнаруживает корреляции между параметрами Ш и развитием процесса менфазного взаимодействия с температурой (см. табл. 2), Деградация ЬШ зависит как от толщины эпитаксиального слоя, которая при протекании межфазных реакций уменьшается, так и от толщины слоя металла. Чем тоньше слой металла, тем меньшал толщина эпитаксиального слоя 8вА$ потребляется на химическую раакци») и тем в меньшей степени проявляется деградация структур с ростси температуру на эпитахсиальных слоях одинаковой толщины (рис.2, кривые 2,3).

Результаты исследования иехфазиого взаикодсйстнич на границе раздела фосфида индия с металлами платилоьой группа, полученные методами РРИ к РСА, приведена с таблице 3. Лра чток система 1пР'$К изучена еперзые. Анализ данных таблица показывает, что термостойкость границы раздела !/>& с ис.ло-довиннкми металлами ьозрастабт в ряду: Р(1 , , (!к . л..-тати электро^иаичасках измерений подтьерилят этот зинсд (<зм.

!'акгр няцола

Рис. I. Зависимость спектров РРИ системы температуры ее обработка (°С):1-25-350; 2-400; 3-450; 4-500

Рис. 2. Зависимость обратных напряжений БШ при величине тока ю мкА от температуру отжига; (1,2, 3), (1°,2°3); толщин« (мкм) слоя металла 0,1 (3,3 ); 0,2(2,2'); 0,25(1,1'), эпитаксиального слоя $вА$ о,26(3,з; 2,2"); 0,2(1,1')

Но использование родия.без защиты другим металлом невозможно в свячк с его высокой химической активностью по отношению к кислороду. Необходика его защита другим, более стойким к воздействия окружающей среды, металлом. Методом РРИ изучено межфазное взаимодействие на границе раздела арсенида гзллия и фосфида индия с бинарными системами металлизации ча основе родия и прхнего слоя золота, палладия, платины и термостабильность БШ не, их основе» На основе этих исследований разработана барьерообразующая металлизация, выполненная из послой-ко нанесенной системы металлов - родия и платины - на и

1мР , отличающаяся повышенной термостойкостью (до 400 °С)0 По одном;- из возможных механизмов влияния ллатииы на процесс деградации в системе роль платины заключается в защите родия поглощения кислорода пря отжига и таким образом способствующей повышению ?врйе<5¥00КОС№ Ей. •

Разработана барьерообразуацэя'металлизация к 1пР на основе двухксмлонентнора сплава никель-индий с высотой барьера 0,25-0,30 эЗ. Доказана зависимость высоты барьера ''¡оттки от „одержания кнг/.ь в сплаве. Для реализации контактов но. ллР с вксотой барьера меньше или равной С,3 эБ необходимо япподьзсзать•рабочие плотности тока но более 2,0 /к/дм-, поз-

золяоцив получать сплав Ifff/i , массовая доля индия в котором 50-53 %„ Исследование меяфазяого взаимодействия а систг-¡•ю .методом РРИ показало термостойкость границы

раздела до 250 °С. Результаты электрофизических измерений обнаруживают корреляции между параметрами БШ и развитием процесса межфазного взаимодействия с температуров.

Таблица 3

Взаимодействие Iflß с металлами платиновой группы

Металл Температура начала взаимодействия по данным методов базовый состав в зависимости о*? температура от:шга (РСЛ) Температура деградации БШ по результатам измерения ¡ЗЛХ

РСА РРИ i i ¡О О If-T Состав прямая обратная

Палладий 250 250 25-200 250-300 350 400 450 № Pd, ЩЧп, Fdln Pd5lh Min ' Pdln 350 250-300

Платина 350 400 25-300 350 400 500 550 600 Pi появляется соединение Pi с Jn Р1Ж рщ Pi Pik, Pt\ Pill' о 450 400

Родий •450 3 400-450 25-400 450 500 550 Rh Ph;r:r?.L pcrs tlhln ¡3 dß разы Rhin Ш ' X 500 450

Псслсдогание и разработка технолог;:'.: ¿лэлтрохимичес/.о: о осажля".-..: ¿аланов на ochoec германия д.чл ферм копани л невцпряцляпайх (омических) контактов ¡с а^счнаду галлул и фос^клу индп.; (глада 6)

На основании исследования системы диоксид германия -сегнетовая соль - винная кислота разработан новый электролит (рН - 7,1-7,5) для осаждения покрытий из сплава (массовая доля германия 40 ± 3 %). Показано, что в растворах сегнетовой соли германий находится в виде комплекса, предпо-;агаемый состав которого [^Се^Од СС^Н^О^)^]^- с отношением тартрат-иона к германии равным 0,4. Мет:дом титрометри-ческого анализа установлено, что растворы, содержащие Се02 и сегнетовув соль, обладает буферными свойствамио Найдены условия получения омических контактов к & - $@А§ путем электрохимического ооаждения сплава и после чующего электрохимического осаждения слоя золоте. Полученные в работе величине удельного контактного сопротивления структур - ЙМ близки литературным данным (для напыленных в вакууме контактов АибеШ ) к равны (0,9-1,9) Ю~5 Он/см2 для 9вт с А- (2-4) Ю18 см"3.

С целью одностадийного формирования омического контакта разработан новый электролит для осаждения сплава со

следующей концентрацией компонентов (г/л): дицианоаурат калия ~ 20, окоид германия (1У) - 30. винная кислота - 15, сегнетовая соль - 60. Исследования показали, что содержание германия в сплаве (массовая доля 0,4-12%) практически не влияет на контактное сопротивление, но морфология поверхности после отжига лучше при меньшем содержании германия. В связи с этим для получения омических контаксов^к и

1пР лучше использовать плотность тока 0,X А/дм-; при этом осаждается сплав, массовая доля германия в котором 0,4-0,7;£, Сравнение удельного сопротивления яоит^ктсф $вй$^Ли6( , полученных методами напыления у. одактрдо&дадемия не п - &яА$ (2-4) ДО10 см"3 показало, что вМНаковы и

равны (2-3) Ю"6 Ом/см2.

Показана возможность использршда? ащ'ЯРРН<?Г<> фотонного отжига для формирования омическ&рр ШгУ¥№1'& на основа сплава Ри(/£ при наличии уже сформиррвшдов?» -ДА).

: ; визоди

I. Определены оптимальные условия предварительной подготовки поверхности и электрохимичэсюто наносения на $(¡$5 у. 1/1Р качественных покрытий родия, платины, палладия в

окна размером 1-3 мкм методами стационарного и нестационарного электролиза» Установлен характер взаимосвязи качества и структуры осажденных покрытий с составом электролита и условиями электролиза.

?.. На основании исследования системы диоксид германия- сегнетовая соль - винная кислота разработаны новые электролиты для осаждения покрытий из сплавов (массовая доля германия 40^3 и Аибз (массовая доля германия 0,4-0,7 %) для получения низкоомных контактов к (таА$ и 1пР .

3. Впервые систематически исследованы закономерности межфазного взаимодействия в процессе высокотемпературного отжига на границе раздела тонких (0,1-0,3 мкм) эпитаксиаль-ных слоев 1пР и 6вЙ5 с электрохимически нанесенными металлами платиновой группы. Показано, что по характеру взаимодействия с 1пР и родий близок к платине и отличается от палладия образованием слоистой структуры продуктов реакции и равномерным прохождением межфазного взаимодействия по площади контакта.

4. Термостойкость 1310 на тонких эпитаксиальных слоях полупроводника ограничивается интенсивностью взаимодействия на границе раздела П-М, приводящего к потреблению эпи-такоиального слоя в процессе реакции, зависит от природы металла и возрастает в ряду: палладий,платина,родий.

5. Изучены процессы межфазного взаимодействии на границе раздела арсенида галлия и фосфида индия с бинарными системами металлизации на основе родия и верхнего слоя золота, платины, палладия, а также термостойкость Б111 на их основе. Показано, что контакты п-яь-м отличаются повышенной термостойкостью (до 400 °С). Предложен механизм влияния платины на процесс деградации в системе Л-Й/)"Р1

6. Впервые получены контакты с БШ на фосфиде индия на основе сплава Ш (массовая доля индия 50-53 ;£)', имеющие высоту барьера 0,25-0,30 □В.

7. Показано, что использование импульсного фотонного отжига дает возможность формировать омические контакты но основе сплава Аи&& при наличии уже сформироеаннсго Комбинация термического и импульсного Фотонного отжига позволяет совместить раздольные стадии термообработки аьльлм-ляющей и невипрямляодей граница раздела П-М месту а я] ---мени их проведения.

8« Основные результаты исследования внедрены в производство, акты прилагаются.

Основное содержание дяссвр.ацки опубликовано в следую-* щих работах: - ' " • •

1.Карпович Н.В»(Вознилова Л.Н. Исследование электролита для осе-дания покрытий из сплава германий-никель//Электронная техника.Сор.б.МагеркалЫо-ХЗОч.-ЗыПо1(136).-С»50-52.

2.Создание контактов с барьером ¡¡¡огтки на свзр>.гои-ких слоях фосфида индия/Карпович К.Б.„Солдатокхо К.В.,Всзми-лова Л.Н-..Боккйв В.Г.//Электронная техника.Сер.б.Материалы.-1907.-Вып.8(229)» - С.72-73.

3.Бозмилова Л.Н..Карпович Н.В. Получение, омических контактов ЛаВаШ к ¡1 - электрохимическим осаздени9м//Эяек-тронная техника. Специальная электроника.Сер.6.Материалы.-1Ьо2.-»2.' - С. 27-28.

Влияние особенностей электрохимического осаждения палладия ь , температурную устойчивость контрктов Ш'/Божков В.Г„, Малаховский О.й..Карлович Н;Б= к др.//Электронная техника. Специальная электроника.Сер°2.Полупроводниковые приборы.-1986.-В^п.1(47).- С..62 - 66.

5.Межфазноэ взаимодействие а арсенидгаллиевих контактах на основе родия и их термическая устойчивость/Солдатенко К.В„, Карпович Н.В.', Божков В.Г. и др.//Электронная техника.Сер.2. полупроводниковые приборы.-1987„-Вып.6.(191)в-С„ 11-15.

6.Карпович Н.В.Исследовакие процесса электрохимического осаждения4 сплава родий-ник', ль и термическая устойчивость контактов У/Электронная техника*,Сер.2,Лолулроводнико-вые приборы.-1989.-Вып.¿(199)«,-С.ВО-Вг.

7.£абак В.Л. .Возмилова Л.Н. „КардО£>« У.З* Электрохимический способ осаждения сплава золоТФ-г^ршиЯ ДОЯ салучен..я оми-че ких контактов и напайки /Эдектргчная техника. Сер.2.Полупроводниковое прибора,~ 1287.-3:"!.6(191).-С. '18-51.

8.Термическая устойчивость пиарных систем мгталлизац;ш на снове металлов платиновой группа и золота/Солдатенко К.В.,

Карпович Н.В.,Божков В.Г. и др,//Электронная техника.Сер.II. Лазерная техника и оптоэлектроника.-188.-Зып.1(53).-С.12-15. З.Меяфазкоо взаимодействие а контактах фосфида индия с металлами. платиновой группы и термическая устойчивость контактов/ Солдатенкс К.3. .Карпович Н.З. ,Бо:кков З.Г. и др.//'Злэктроннаи ■ техи '¿а.Счр. 2. Полупроводников приборы.'11.20

10, Бабак В.П»,Бознилова Л.Н.,Карпович Н.В, Получение омических контактов к р- BsjSB путем электрохимического осаждения •'сплавов//Электронная технш'.а, Со р. 6.1 !ате риал ы. -1989. - Бы п. 7 (2-W). - С. 73-74.

11.Солдатенко К.В„»Карпович II.В».Дох-гуров. В.В. Исследование возможности использования импульсного фотонного отжига в технологии изготовления ДЕЩ//Электронная техника.Специальная электроника.Сер,2. Полупроводниковые приборы.-1990.-)Л.-С„24-2б.

12.Возмилова Л.Н..Карпович Н.В.-Исследование электроосаиде-ния покрытий из сплава германий-иикель//Тез. докл. на УХ т3се-ооеззноя конференции по электрохимии.-Москва, 1982.-ТЛ.-С.195.

13.А.с, 958507 СССР, М.Кд.3 С ?3 А 3/56, Электролит для осаждения покрытий из сплава гзрманий-никэль /Л,Н.Возмилова,К.В. Карпович (cccp)-ir32i8789/22--02; Заявлено 17.12,60; Опубл.

15»09.82, Бил. j:f>34. -Ic.

14.А.с. 1556472 СССР, НО Ii,. 29/48. Диод с барьером tiormi/K.B. Солдатенко, Н.В.Карпович, О.З.Малазовский, В.Г.Божков (СССР). -¡¿4414796/25; Заявлено 25.04.88.