РОЗДІЛ 2
РОЗРОБКА МЕТОДІВ І АПАРАТУРИ СТВОРЕННЯ І ВИМІРЮВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ОМІЧНИХ КОНТАКТІВ Mе-SіC
2.1 Методи створення омічних контактів до n- і p-SiC
До цього часу розроблені омічні контакти до n-6H-SiC на основі молібдену (вольфраму) (Мо(W)) і до p-6H-SiC на основі системи AlAuMo(W) [76]. Такі контакти мають низку недоліків, пов'язаних, в основному, з високими температурами відпалу, що забезпечують їх формування. Як вже наголошувалося нами [77], для виготовлення омічних контактів до n-SiC на основі Мо потрібні температури відпалу зразка ~1600?С, а для контактів до p-SiC на основі системи AlAuMo - 1800?2000°С. Такі високі температури відпалу структур, у порівнянні з температурами вирощування SiC, можуть призводити, наприклад, до утворення додаткового числа дефектів в кристалі, перерозподілу легуючої домішки і т. ін., а також утруднюють технологію виготовлення контакту і поєднання технологічних операцій при формуванні приладової структури в цілому.
У зв'язку з цим виникла необхідність розробки технології відтворюваного виготовлення омічних контактів до SiC, що дозволяє формувати контакти до р- і n- областей приладу при порівняно низьких температурах відпалу, сумісною з технологією виготовлення приладу в цілому.
2.1.1 Технологія виготовлення омічних контактів до n-SiC. Об'єкти дослідження
Аналіз літературних даних, а також проведені попередні дослідження показали, що найбільш перспективним матеріалом з точки зору відтворюваного отримання омічного контакту до n-SiC при порівняно низьких температурах відпалу є нікель. Контакти формувалися до підкладок з концентрацією нескомпенсованої донорної домішки, Nd-Na~(2?5)·1018 см-3 з орієнтацією (0001) Si і (0001) C, вирощених методом Лелі і модифікованим методом Лелі, а також до епітаксійних шарів з Nd-Na~(4·l017 - 1·1020) см-3, вирощених методом сублімації у відкритій ростовій системі на підкладках, вирощених методом Лелі з орієнтацією (0001) Si.
Концентрація домішки, що не компенсується, в 6H-SiC визначалася з вольт-фарадних (C-U) вимірювань, що проводяться на частоті 1 МГц. Для проведення C-U вимірювань формувалися поверхнево бар'єрні структури Ni/SiC площею 7·10-4 см2.
Перед металізацією підкладки піддавалися травленню в розчині КОН при температурі ~550?С протягом 30 с з метою видалення приповерхневого шару, порушеного механічною поліровкою, а потім багато разів промивалися у дистильованій воді, в ультразвуковій ванні.
Поверхня епітаксіальних шарів після зростання піддавалася обробці методом плазмохімічного травлення в плазмі SF6 для видалення компенсованого шару ?0,2 мкм, який може утворитися на завершальній стадії зростання.
Потім, методом електроннопроменевого випаровування у вакуумі на поверхню зразка наносився шар нікелю завтовшки ~0,2-0,3 мкм. Безпосередньо перед осадженням нікелю зразки нагрівалися до Т=300°C.
Геометрія контактних площадок, необхідна для вимірювання питомого опору контакту, формувалася методом прямої фотолітографії.
Після цього зразки піддавалися відпалу методом електронного нагріву у вакуумі в діапазоні температур 400-1350?С протягом 2 хв.
Після відпалу поверхня кристалу з омічними контактами оброблялася в плазмі аргону з метою запобігання можливим витокам струму між контактними площадками при вимірюванні величин контактного опору.
2.1.2 Технологія виготовлення омічних контактів до p-SiC
Для формування і дослідження омічних контактів до карбіду кремнію р-типу провідності були використані підкладки з концентрацією акцепторів, що не компенсувалися (Na-Nd)=2,7·??18 см-3, вирощені модифікованим методом Лелі, епітаксійні шари з (Na-Nd)~(l·1017 - 2·1019) cм-3, отримані методом сублімації у відкритій ростовій системі, а також методом рідиннофазної епітаксії, вирощені на підкладках, виготовлених методом Лелі з орієнтацією поверхні (0001) Si.
Як матеріал контактного покриття використовувалися різні контактні системи, такі як Si-Ti, TiC-Al, Ti-Al, Мо-Аl, Co-Si. Методи осадження металів на поверхню p-6H-SiC представлені в табл. 2.1.
Таблиця 2.1
Методи осадження металів на поверхню
Матеріал контактуМетод осадженняAlМагнетронне випаровування в плазмі аргонуTiМагнетронне випаровування в плазмі аргонуTiCЕлектронно-променеве випаровування у вакууміSiЕлектронно-променеве випаровування у вакууміМоЕлектронно-променеве випаровування у вакууміCoЕлектронно-променеве випаровування у вакуумі
Перед осадженням металу підкладки карбіду кремнію р-типа піддавалися окисленню в атмосфері сухого кисню при Т~1100°С протягом 45 годин з метою видалення поверхневого шару, порушеного механічною поліровкою. Потім оксид вилучався плавиковою кислотою і зразки відмивалися у дистильованій воді.
Поверхня епітаксійних шарів після зростання піддавалася травленню в плазмі SF6 з метою видалення компенсованого шару товщиною ?0,2 мкм.
Режими проведення напилення та товщина контактних покриттів наведені в табл. 2.2.
Після осадження металів малюнок контактних площадок формувався методом прямої фотолітографії.
Таблиця 2.2
Режими напилення контактів
МеталТемпература підкладки
при напиленні, ?СТовщина осадженої
металевої плівки, мкмAl500-5500,15-0,2Ti300-3500,1-0,15TіC300-3500,1-0,2Si300-3500,3-0,6Мо300-3500,1-0,2Co300-3500,2-0,3
Потім зразки піддавалися відпалу в діапазоні температур 800-1400?С протягом 2 хвилин.
Після відпалу поверхня з омічними контактами оброблялася в плазмі аргону для запобігання витокам струму по поверхні при вимірюванні опору контакту.
У деяких випадках для підвищення точності проведених вимірювань, було потрібне додаткове формування металізації з малим опором розтікання струму по поверхні металу. З цією метою після операції відпалу і травлення в плазмі Аr проводилося ще одне осадження плівки алюмінію і додаткова операція фотолітографії.
2.2 Пристрій вакуумного напилення омічних контактів до SiC