УДК 621.382
ЛИ А.И., ПОПОВ М.А., ТОЛСТОЛУЦКАЯ А.В.,

КАЗАЧКОВ В.В., ТОЛСТОЛУЦКИЙ С.И., НОЙКИНА Т.К.
ЭФФЕКТ СНИЖЕНИЯ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ В
ОМИЧЕСКИХ КОНТАКТАХ МАЛЫХ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ
РАЗМЕРОВ НА АРСЕНИДЕ ГАЛЛИЯ
ФГУП "Ростовский НИИ радиосвязи"
344038, Россия, Ростов н/Д, ул. Нансена, 130
При изготовлении полупроводниковых приборов и интеграль-
ных микросхем на арсениде галлия одной из важнейших технологиче-
ских операций является формирование омических контактов (ОК).
Снижение сопротивления ОК позволяет уменьшить сопротивление
пассивных областей и таким образом добиться снижения коэффициен-
та шума в МИС СВЧ усилителей, снижения прямых потерь в МИС
СВЧ переключателей и фазовращателей и начальных вносимых по-
терь в МИС СВЧ аттенюаторов. Основное внимание в известных рабо-
тах по ОК уделяется выбору материалов, режимам подготовки поверх-
ности и вакуумного напыления, исследованию морфологии
поверхности. Вопросы влияния топологии ОК на его характеристики
не исследовались. Однако анализ морфологических особенностей
структуры поверхности ОК после вплавления позволяет предполо-
жить, что размерные эффекты могут иметь место в диапазоне 1-7 мкм,
что характерно для реальных контактов.
Целью работы является исследование влияния топологии оми-
ческих контактов на их электрофизические характеристики.
Для исследований были использованы эпитаксиальные структу-
ры n+-n-i типа с ориентацией поверхности (100), концентрацией носи-
телей в n-слое 3·1017 см-3 и концентрацией носителей в контактном n+-
слое 2·1018 см-3. Толщина n-слоя -- 0.4 мкм, толщина n+- слоя - 0.2
мкм. Омические контакты формировались вакуумным напылением
композиции АuGe/Ni/Au с последующим вплавлением при температу-
ре 500°С в течение 90 с. Для экспериментальных исследований были
разработаны и изготовлены тестовые элементы с различной топологи-
ей. Исследовалось влияние длины L области ОК на его электрофизиче-
ские характеристики.
На рис.1 представлена микрофотография поверхности вплав-
ленного в арсенид галлия контакта AuGe/Ni/Au. Известно, что такая
композиция обеспечивает наилучшие характеристики ОК [1]. Морфо-
логия области контакта определяется взаимодействием эвтектики
AuGe с поверхностью GaAs при вплавлении. При термообработке кон-
такта AuGe/Ni/Au происходит разрыв сплошности слоя AuGe эвтекти-
ки за счет сил поверхностного натяжения и эффекта каплеобразования.
Образуются области локального "проплавления" и области, где взаи-

модействие эвтектики AuGe с GaAs практически не происходит. При
этом поверхность ОК приобретает характерный "островковый" харак-
тер [2]. Ток через вплавной контакт в значительной мере определяется
проводимостью участков, расположенных под "островками", сопро-
тивление которых мало по сравнению с другими областями, где реали-
зуется контакт Шоттки. Для подавления эффектов каплеобразования
применяются меры, направленные на понижение поверхностного на-
тяжения расплава и улучшающие смачиваемость поверхности арсени-
да галлия. Температура, время и скорость нагрева также существенно
влияют на морфологию границы раздела и на электрофизические ха-
рактеристики контакта. Тем не менее полностью подавить эффекты
каплеобразования не удается и в результате поверхность ОК остается
сильно неоднородной с характерным размером Lk = 1-7 мкм.
Следует ожидать, что в случае, когда эффективная длина стано-
вится сравнима с размерами островковых структур на поверхности
контакта, его электрофизические характеристики уже не будут опреде-
ляться средним значением удельного переходного сопротивления.
В технологии интегральных схем на арсениде галлия приемле-
мые значения удельного переходного сопротивления лежат в диапазо-
не от 1·10-6 до 1·10-5 Ом·см. Анализ экспериментальных данных пока-
зывает, что при этом эффективная длина ОК составляет 0.3-3 мкм, т.е.
сравнима с размерами островковых структур на поверхности. Для ис-
следования размерных эффектов были разработаны и изготовлены тес-
товые элементы с различной длиной омического контакта. Исследова-
лось влияние длины области ОК на его электрофизические
характеристики. Результаты измерений удельного погонного сопро-
тивления в зависимости от длины ОК представлены на рис.2.

Рис.1. Микрофотография поверхности омического контакта.


Рис.2. Зависимость удельного погонного сопротивления от длины ОК.
В соответствии с представлениями об однородном удельном пе-
реходном сопротивлении ОК следовало бы ожидать, что удельное по-
гонное сопротивление контакта не будет зависеть от длины ОК при L
> Leff и будет резко увеличиваться при L<Leff . На практике наблюдает-
ся иной ход зависимости. При больших значениях длины ОК удельное
погонное сопротивление контакта слабо растет, а при малых значениях
длины (L<Lk) - достаточно резко уменьшается. Изменение сопротив-
ления в зависимости от размеров ОК составляет примерно 10%. Не-
большой рост погонного сопротивления при увеличении L (L>Leff)
может объясняться значительной неровностью поверхности ОК после
вплавления. Снижение погонного сопротивления при малой длине ОК
(L<Lk) может происходить за счет увеличения однородности контакта,
когда влияния сил поверхностного натяжения недостаточно для раз-
рыва сплошности узкой полоски эвтектического сплава.
Таким образом, полученные экспериментальные результаты
подтверждают предположение о влиянии топологии ОК на их элек-
трофизические характеристики и о существовании размерных эффек-
тов, которые необходимо учитывать при разработке МИС СВЧ на ар-
сениде галлия.

1. RFIC and MMIC design and technology. Edited by I.D. Robertson and S.
Lucyszyn. -- The Institution of Electrical Engineers, 2001.
2. Иванов В. Н., Коваленко Л.Е., Сумская Т.С., Челюбеев В.Н., Яшник
В.М. Морфология и структура вплавных омических контактов к
электронному арсениду галлия. -- Электронная техника. сер.2 по-
лупроводниковые приборы, вып.4(195), 1988, сс. 49-53.


Document Outline