mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2014-2-122-127mateltech-132Research ArticleЭпитаксиальные слои и многослойные композицииEPITAXIAL LAYERS AND MULTILAYERED COMPOSITIONSПРОЦЕССЫ ВО ВРЕМЯ ОТЖИГА КОНТАКТНЫХ СИСТЕМ Ti—Al—Ni И Ti—Al—Ni—AuProcesses During Annealing of Ti—Al—Ni and Ti—Al—Ni—Au Contact Metallization SystemsВанюхинК. Д.VanyukhinK. D.

инженер 

Engineer 

ЗахарченкоР. В.ZakharchenkoR. V.

инженер 

Engineer 

КаргинН. И.KarginN. I.

доктор технических наук, профессор, первый заместитель директора ИФЯЭ; 

Dr. Sci. (Eng.), Professor, Deputy Director IFNE; 

ПашковМ. В.PashkovM. V.

аспирант 

Postgraduate Student; 

СейдманЛ. А.SeidmanL. A.

кандидат техн. наук, старший научный сотрудник, зав. лабораторией 

Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher, Head of Laboratory ( 

seid1@yandex.ruНациональный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Институт функциональной ядерной электроники, Каширское шоссе, д. 31, Москва, 115409, РоссияРоссияNational Research Nuclear University MEPhI Institute of Functional Nuclear Electronics NRNU MEPHI, 31 Kashirskoe Highway, Moscow 115409, RussiaRussian Federation20142506201502122127Copyright © Ванюхин К.Д., Захарченко Р.В., Каргин Н.И., Пашков М.В., Сейдман Л.А., 20152015Ванюхин К.Д., Захарченко Р.В., Каргин Н.И., Пашков М.В., Сейдман Л.А.Vanyukhin K.D., Zakharchenko R.V., Kargin N.I., Pashkov M.V., Seidman L.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/132

Изучены механизмы образования грубой бугорчатой поверхности для наиболее распространенной контактной металлизации к n−типу нитрида галлия — многослойной системе Ti/Al/Ni/Au, а также пути уменьшения этого недостатка, который создает проблемы при проведении последующей литографии. Исследовано образование во время отжига шероховатой поверхности при взаимодействии металлов в многослойных металлизациях Ti/Al/Ni и Ti/ Al/Ni/Au. Повышение поверхностного сопротивления обоих металлизаций с ростом температуры отжига объяснено взаимной диффузией металлов, ростом степени их взаимодействия с образованием различных их интерметаллических соединений, имеющих существенно большее удельное сопротивление, чем исходные металлы. Подтверждено наличие в исследуемой трехслойной металлизации Ti/Al/Ni после отжига следующих основных фаз: NiTi, Al3Ti, и Ni2Al3. Обнаружен рост шероховатости поверхности после отжига. Куполообразных выпуклостей, какие образуются у многослойной металлизации Ti/Al/ Ni/Au, на поверхности не выявлено. Эту гипотезу подтверждает каплеобразование в сплаве алюминия с никелем. Количество образующейся при отжиге жидкой фазы Au–Al, являющейся причиной образования грубой поверхности металлизации Ti/Al/Ni/Au, удалось, уменьшить снизив толщину слоя золота до минимума, при котором контраст элементов металлизации по отношению к поверхности полупроводника достаточен для самосовмещения при электронной литографии. Показано, что слой золота толщиной 50 нм достаточно для получения необходимого контраста. При такой толщине золота морфология поверхности значительно улучшилась: шероховатость уменьшилась с 300 до 80 нм, и поверхность стала блестящей. 

The Ti/Al/Ni/Au metallization system which is widely used in the technology of GaN based devices has a very important disadvantage: after annealing in nitrogen atmosphere for 30 sec. at temperature 850 оС it has rough surface with 300 nm hillocks. This creates troubles for lithographic processes. The aim of this work is to investigate the mechanism that generates the roughness of this surface and ways to minimize this disadvantage. We have studied the formation of rough surface in Ti/Al/Ni and Ti/Al/Ni/Au multilayer metallization systems. The resistivity of the metallization sheet increases with an increase of annealing temperature. This can be attributed to the mutual diffusion of metals and their active interaction with the formation of intermetallic phases. X−ray analysis proved the appearance of the following basic intermetallic phases: NiTi, Al3Ti, и Ni2Al3 in the metallization systems. After annealing the surface of metallization system Ti/Al/Ni becomes rougher; however, large hemispherical convexes (as in the Ti/Al/Ni/ Au metallization system) are not generated. Thus, the hypothesis of balling−up of molten Al−Ni alloy on the surface of metallization system Ti/Al/Ni has not been confirmed. 

To decrease the amount of Au–Al liquid phase that causes the rough surface of Ti/Al/Ni/Au metallization we reduced the thickness of the Au layer to 50 nm. At this Au layer thickness the surface morphology of metallization became much better: roughness reduced from 300 nm to 80 nm and the surface became specular. 

омические контактыконтактная металлизациянитрид галлиямногослойная металлизациятермическое испарениетермический отжиг металлизацииohmic contactscontact metallizationsGaNmultilayer metallizationsthermal evaporationthermal annealing of metallization.ReferencesJacobs, B. Towards integrated AlGaN/GaN based X−band high−power amplifiers. Proefschrift / B. Jacobs. − Eindhoven : Technische Universiteit Eindhoven, 2004. − 204 p.Jacobs, B. Towards integrated AlGaN/GaN based X−band high−power amplifiers. Proefschrift / B. Jacobs. − Eindhoven : Technische Universiteit Eindhoven, 2004. − 204 p.Jacobs, B. Optimisation of the Ti/Al/Ni/Au ohmic contact on AlGaN/GaN FET structures / B. Jacobs, M. C. J. C. M. Kramer, E. J. Geluk, F. Karouta // J. Cryst. Growth. − 2002. − V. 241. − P. 15—18.Jacobs, B. Optimisation of the Ti/Al/Ni/Au ohmic contact on AlGaN/GaN FET structures / B. Jacobs, M. C. J. C. M. Kramer, E. J. Geluk, F. Karouta // J. Cryst. Growth. − 2002. − V. 241. − P. 15—18.Xin, H. P. Optimization of AlGaN/GaN HEMT Ohmic contacts for improved surface morphology with low contact resistance. / H.P.Xin,S.Poust,W.Sutton,D.Li,D.Lam,I.Smorchkova,R. Sandhu, B. Heying, J. Uyeda, M. Barsky, M. Wojtowicz, R. Lai // CS MANTECH Conf. − Portland (Oregon, USA), 2010. − P. 149—152.Xin, H. P. Optimization of AlGaN/GaN HEMT Ohmic contacts for improved surface morphology with low contact resistance. / H.P.Xin,S.Poust,W.Sutton,D.Li,D.Lam,I.Smorchkova,R. Sandhu, B. Heying, J. Uyeda, M. Barsky, M. Wojtowicz, R. Lai // CS MANTECH Conf. − Portland (Oregon, USA), 2010. − P. 149—152.Васильев, А. Г. СВЧ приборы и устройства на широкозонных полупроводниках / А. Г. Васильев, Ю. В. Колковский, Ю. А. Концевой. − М. : Техносфера, 2011. − 416 с.Васильев, А. Г. СВЧ приборы и устройства на широкозонных полупроводниках / А. Г. Васильев, Ю. В. Колковский, Ю. А. Концевой. − М. : Техносфера, 2011. − 416 с.Boudart, B. Comparison between TiAl and TiAlNiAu. Ohmic Contacts to n−type GaN / B. Boudart, S. Trassaert, X. Wallart, J. C. Pesant, O. Yaradou, D. Théron, Y. Crosnier, H. Lahreche, F. Omnes // J. Electron. Mater. − 2000. − V. 29, N 5. − P. 603—606.Boudart, B. Comparison between TiAl and TiAlNiAu. Ohmic Contacts to n−type GaN / B. Boudart, S. Trassaert, X. Wallart, J. C. Pesant, O. Yaradou, D. Théron, Y. Crosnier, H. Lahreche, F. Omnes // J. Electron. Mater. − 2000. − V. 29, N 5. − P. 603—606.Ванюхин, К. Д. Исследование структуры и морфологии поверхности двухслойной контактной металлизации Ti/Al / К. Д. Ванюхин, Р. В. Захарченко, Н. И. Каргин, М. В. Пашков, Л. А. Сейдман // Изв. вузов. Материалы электрон. техники. − 2013.−No 3.−С.60—65.Ванюхин, К. Д. Исследование структуры и морфологии поверхности двухслойной контактной металлизации Ti/Al / К. Д. Ванюхин, Р. В. Захарченко, Н. И. Каргин, М. В. Пашков, Л. А. Сейдман // Изв. вузов. Материалы электрон. техники. − 2013.−No 3.−С.60—65.Тонкие пленки. Взаимная диффузия и реакции / Под ред. Дж. Поута, К. Ту, Дж. Мейера. − М. : Мир, 1982. − 576 с.Тонкие пленки. Взаимная диффузия и реакции / Под ред. Дж. Поута, К. Ту, Дж. Мейера. − М. : Мир, 1982. − 576 с.Feng, Q. The improvement of ohmic contact of Ti/Al/Ni/Au to AlGaN/GaN HEMT by multi−step annealing method / Q. Feng, L. M. Li, Y. Hao, J. Y. Ni, J. C. Zhang // Solid−State Electronics. − 2009. − V. 53, N 9. − P. 955—958.Feng, Q. The improvement of ohmic contact of Ti/Al/Ni/Au to AlGaN/GaN HEMT by multi−step annealing method / Q. Feng, L. M. Li, Y. Hao, J. Y. Ni, J. C. Zhang // Solid−State Electronics. − 2009. − V. 53, N 9. − P. 955—958.Roccaforte, F. Nanoscale carrier transport in Ti/Al/Ni/Au Ohmic contacts on AlGaN epilayers grown on Si(111) / F. Roccaforte, F. Iucolano, F. Giannazzo, A. Alberti, V. Raineri // Appl. Phys. Lett. − 2006. − V. 89, Iss. 2. − P. 022103 1−3.Roccaforte, F. Nanoscale carrier transport in Ti/Al/Ni/Au Ohmic contacts on AlGaN epilayers grown on Si(111) / F. Roccaforte, F. Iucolano, F. Giannazzo, A. Alberti, V. Raineri // Appl. Phys. Lett. − 2006. − V. 89, Iss. 2. − P. 022103 1−3.Bright, A. N. Correlation of contact resistance with microstructure for Au/Ni/Al/Ti/AlGaN/GaN ohmic contacts using transmissionelectronmicroscopy/A.N.Bright,P.J.Thomas,M. Weyland, D. M. Tricker, C. J. Humphreys, R. Davies // J. Appl. Phys. − 2001. − V. 89, N 6. − P. 3144—3150.Bright, A. N. Correlation of contact resistance with microstructure for Au/Ni/Al/Ti/AlGaN/GaN ohmic contacts using transmissionelectronmicroscopy/A.N.Bright,P.J.Thomas,M. Weyland, D. M. Tricker, C. J. Humphreys, R. Davies // J. Appl. Phys. − 2001. − V. 89, N 6. − P. 3144—3150.Selvanathan, D. Comparative study of Ti/Al/Mo/Au, Mo/Al/ Mo/Au, and V/Al/Mo/Au ohmic contacts to AlGaN/GaN heterostructures / D. Selvanathan, F. M. Mohammed, A. Tesfayesus, I. Adesida // J. Vac. Sci. Technol. B. − 2004. − V. 22. − P. 2409—2416.Selvanathan, D. Comparative study of Ti/Al/Mo/Au, Mo/Al/ Mo/Au, and V/Al/Mo/Au ohmic contacts to AlGaN/GaN heterostructures / D. Selvanathan, F. M. Mohammed, A. Tesfayesus, I. Adesida // J. Vac. Sci. Technol. B. − 2004. − V. 22. − P. 2409—2416.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.