RU2428766C1 - Contact shaping method for nanoheterostructure of photoelectric converter based on gallium arsenide - Google Patents
Contact shaping method for nanoheterostructure of photoelectric converter based on gallium arsenide Download PDFInfo
- Publication number
- RU2428766C1 RU2428766C1 RU2010120933/28A RU2010120933A RU2428766C1 RU 2428766 C1 RU2428766 C1 RU 2428766C1 RU 2010120933/28 A RU2010120933/28 A RU 2010120933/28A RU 2010120933 A RU2010120933 A RU 2010120933A RU 2428766 C1 RU2428766 C1 RU 2428766C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- contact
- layer
- nanoheterostructure
- photoelectric converter
- mask
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области создания полупроводниковых приборов, чувствительных к излучению, в частности к изготовлению фотоэлектрических преобразователей на основе полупроводников A3B5, и может использоваться в постростовых технологиях по изготовлению омических контактных систем к фотоэлектрическим преобразователям (ФЭП) с высокими эксплуатационными характеристиками. В особенности, изобретение относится к формированию контактов к слоям GaAs n-типа проводимости, являющимся фронтальными слоями ряда структур концентраторных ФЭП, способных эффективно преобразовывать падающее излучение мощностью 100-200 Вт/см2.The invention relates to the field of creating radiation-sensitive semiconductor devices, in particular to the manufacture of A 3 B 5 semiconductors, and can be used in postgrowth technologies for the production of ohmic contact systems for photovoltaic converters (PECs) with high operational characteristics. In particular, the invention relates to the formation of contacts to n-type GaAs layers, which are frontal layers of a number of concentrator PEC structures capable of efficiently converting incident radiation with a power of 100-200 W / cm 2 .
В условиях экстремальной работы концентраторных ФЭП к качеству контактов предъявляются повышенные требования, прежде всего, к переходному сопротивлению контактов и их последовательному сопротивлению. Уменьшение сопротивления контактов необходимо для увеличения токосъема с приборов и уменьшения разогрева, связанного с протеканием токов большой плотности, и, в конечном счете, для увеличения КПД концентраторных ФЭП и их долговечности.Under the conditions of the extreme operation of concentrator FEPs, increased requirements are imposed on the quality of contacts, first of all, to the transition resistance of the contacts and their series resistance. A decrease in the contact resistance is necessary to increase the current collection from devices and to reduce the heating associated with the flow of high-density currents, and, ultimately, to increase the efficiency of concentrator PECs and their durability.
Известен способ формирования контакта к арсениду галлия (GaAs) и к твердым растворам AlGaAs с электронной проводимостью (см. патент US 5192994, МПК H01L 21/28, опубликован 9.03.1993) путем последовательного напыления слоев золота (толщиной 10-200 Ǻ), германия (толщиной 50-200 Ǻ), никеля (толщиной 50-200 Ǻ) и золота (толщиной 200-1000 Ǻ) с последующим отжигом в атмосфере азота или водорода при температуре от 350°C до 500°C; переходное сопротивление контакта после отжига составляет 5·10-5 Ом·см2 и менее.A known method of forming contact to gallium arsenide (GaAs) and to AlGaAs solid solutions with electronic conductivity (see patent US 5192994, IPC H01L 21/28, published March 9, 1993) by successive sputtering of gold layers (10-200 толщиной thick), Germany (50-200 Ǻ thick), nickel (50-200 толщиной thick) and gold (200-1000 толщиной thick), followed by annealing in an atmosphere of nitrogen or hydrogen at a temperature of 350 ° C to 500 ° C; contact transient resistance after annealing is 5 · 10 -5 Ohm · cm 2 or less.
Контакт, изготовленный известным способом, обладает недостаточно малой величиной переходного сопротивления, что может препятствовать его применению в ряде приборов, в том числе концентраторных фотоэлектрических преобразователей. Недостатком известного способа является также отсутствие процесса утолщения омических контактов, необходимого для уменьшения последовательного сопротивления контактов, а также для последующей операции пайки солнечных элементов. Кроме того, применение золота в качестве первого слоя в известном контакте может затруднить использование метода взрывной фотолитографии при изготовлении приборов, так как золото обладает не очень хорошей адгезией к GaAs.A contact made in a known manner does not have a small enough transition resistance, which may impede its use in a number of devices, including concentrator photovoltaic converters. A disadvantage of the known method is the lack of a process of thickening ohmic contacts, necessary to reduce the series resistance of the contacts, as well as for the subsequent operation of soldering solar cells. In addition, the use of gold as the first layer in a known contact may complicate the use of explosive photolithography in the manufacture of devices, since gold does not have very good adhesion to GaAs.
Известен способ формирования контакта к GaAs и твердым растворам AlGaAs с электронной проводимостью (см. патент US 5309022, МПК H01L 21/28, опубликован 3.05.1994) путем последовательного напыления слоев никеля (толщиной 40-200 Ǻ), германия (толщиной 150-400 Ǻ) и золота (толщиной более 4000 Ǻ) с последующим отжигом от 1 до 200 с при температуре от 300-500°C в течение 1-200 с.A known method of forming contact with GaAs and AlGaAs solid solutions with electronic conductivity (see patent US 5309022, IPC H01L 21/28, published 05/05/1994) by sequential deposition of layers of nickel (thickness 40-200 Ǻ), germanium (thickness 150-400 Ǻ) and gold (more than 4000 толщиной thick) followed by annealing from 1 to 200 s at a temperature of 300-500 ° C for 1-200 s.
Применение Ni в качестве первого слоя к полупроводнику в контактных системах Ni-Ge-Au приводит к небольшому уменьшению контактного сопротивления по сравнению с контактными системами Au-Ge-Ni с первым слоем Аu или сплава AuGe. При этом, как правило, уменьшается проплавление верхнего слоя полупроводника и улучшается морфология поверхности контакта после отжига контактов. Однако в известном способе формирования контакта не удается существенно предотвратить эрозию поверхности полупроводника. К недостатку также следует отнести отсутствие процесса утолщения омических контактов.The use of Ni as the first layer to a semiconductor in Ni-Ge-Au contact systems leads to a slight decrease in contact resistance compared to Au-Ge-Ni contact systems with the first Au layer or AuGe alloy. In this case, as a rule, the penetration of the upper semiconductor layer decreases and the morphology of the contact surface improves after annealing of the contacts. However, in the known method of forming a contact, it is not possible to significantly prevent erosion of the surface of the semiconductor. The lack of thickening of ohmic contacts is also a disadvantage.
Известен способ формирования контакта к GaAs и к твердым растворам AlGaAs с электронной проводимостью (см. патент US 5284798, МПК H01L 21/285, опубликован 8.02.1994) путем последовательного напыления слоев золота (толщиной 10-200 Ǻ), германия (толщиной 50-200 Ǻ), никеля (толщиной 50-200 Ǻ) и золота (толщиной 200-1000 Ǻ) с последующим отжигом при температуре от 350-500°C в атмосфере инертного газа.A known method of forming contact with GaAs and with AlGaAs solid solutions with electronic conductivity (see patent US 5284798, IPC H01L 21/285, published 02/08/1994) by successive sputtering of layers of gold (thickness 10-200 Ǻ), germanium (thickness 50- 200 Ǻ), nickel (50-200 Ǻ thick) and gold (200-1000 толщиной thick), followed by annealing at a temperature of 350-500 ° C in an inert gas atmosphere.
Известный способ не позволяет предотвратить эрозию поверхности контакта и неконтролируемый протрав границы раздела металл-полупроводник при отжиге. Также, применение золота в качестве первого слоя в предлагаемой контактной системе может затруднить использование метода взрывной фотолитографии при изготовлении приборов, так как золото обладает плохой адгезией к GaAs.The known method does not prevent erosion of the contact surface and uncontrolled etching of the metal-semiconductor interface during annealing. Also, the use of gold as the first layer in the proposed contact system may complicate the use of explosive photolithography in the manufacture of devices, since gold has poor adhesion to GaAs.
Известен способ формирования контакта для фотоэлектрического преобразователя (см. патент US 5924002, МПК H01L 29/45, опубликован 13.07.1999), включающий нанесение на поверхность полупроводника слоев никеля (толщиной от 5 до 15 нм), олова и сплава AuGe (толщиной от 50 до 200 нм) с последующим отжигом при температуре 190-300°C. Затем наносят слои титана, платины и золота (например, слои толщинами 5 нм, 10 нм и 300 нм соответственно).A known method of forming a contact for a photoelectric converter (see patent US 5924002, IPC H01L 29/45, published 07/13/1999), comprising applying layers of nickel (thickness from 5 to 15 nm), tin and AuGe alloy (thickness from 50 to the semiconductor surface) up to 200 nm) followed by annealing at a temperature of 190-300 ° C. Then, layers of titanium, platinum and gold are applied (for example, layers with a thickness of 5 nm, 10 nm and 300 nm, respectively).
Главное преимущество известного способа - низкие температуры отжига, что является необходимым условием при изготовлении ряда приборов, таких как полупроводниковые лазеры на основе соединений A2B6, выращенных на подложках n-GaAs. Однако при использовании известного способа слои металла неконтролируемо и неоднородно проплавляют границу раздела контакт-полупроводник. При вжигании также происходит сильная эрозия поверхности контакта Ni-Sn-AuGe. Для того чтобы улучшить поверхность контакта в данном способе предлагается напылять еще три слоя металла - Ti, Pt и Au, что усложняет процесс изготовления контактной структуры.The main advantage of this method is low annealing temperatures, which is a prerequisite for the manufacture of a number of devices, such as semiconductor lasers based on A 2 B 6 compounds grown on n-GaAs substrates. However, when using the known method, the metal layers uncontrollably and nonuniformly melt the contact-semiconductor interface. During firing, severe erosion of the Ni-Sn-AuGe contact surface also occurs. In order to improve the contact surface in this method, it is proposed to spray another three layers of metal - Ti, Pt and Au, which complicates the manufacturing process of the contact structure.
Известен способ формирования контакта к GaAs n-типа (см. заявку JP2002025937, МПК H01L 21/28, опубликована 25.01.2002), включающий последовательное нанесение на GaAs n-типа слоев сплава AuGe (содержание Ge - 8-12% по весу), слоя W, слоя Ni и слоя Au, при этом отношение толщин слоев Au и AuGe должно находиться в диапазоне от 1,6 до 6,6, предпочтительнее - должно равняться 5.A known method of forming contact with n-type GaAs (see application JP2002025937, IPC H01L 21/28, published January 25, 2002), comprising successively applying Au-Ge alloy layers to n-type GaAs (Ge content is 8-12% by weight), layer W, Ni layer and Au layer, while the ratio of the thicknesses of the layers of Au and AuGe should be in the range from 1.6 to 6.6, more preferably it should be 5.
К недостатку известного способа можно отнести необходимость нанесения слоя вольфрама, что требует использования дополнительной сложной и дорогостоящей оснастки.The disadvantage of this method can be attributed to the need to apply a layer of tungsten, which requires the use of additional complex and expensive equipment.
Известен способ формирования контакта для наногетероструктуры фотоэлектрического преобразователя на основе арсенида галлия, совпадающий с заявляемым решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип (см. заявка JP 58040858, МПК H01L 21/28, опубликована 09.03.1983). Способ-прототип включает последовательное нанесение слоев эвтектического сплава AuGe и Ni, AuGe и Pt, или AuGe, Ni и Au, вжигание полученной контактной структуры и последующее нанесение двух слоев, например Ti или Cr толщиной 1000 Ǻ, или менее, и Au или Аg.A known method of forming a contact for a nanoheterostructure of a photovoltaic converter based on gallium arsenide, which coincides with the claimed solution for the largest number of essential features and adopted as a prototype (see application JP 58040858, IPC H01L 21/28, published 09.03.1983). The prototype method includes the sequential deposition of the layers of the eutectic alloy AuGe and Ni, AuGe and Pt, or AuGe, Ni and Au, burning of the resulting contact structure and subsequent deposition of two layers, for example Ti or Cr with a thickness of 1000 Ǻ or less, and Au or Ag.
Недостатком известного способа является сложность изготовления многослойного контакта, а именно многостадийность нанесения контактных слоев.The disadvantage of this method is the difficulty of manufacturing a multilayer contact, namely the multi-stage application of the contact layers.
Задачей заявляемого технического решения являлась разработка такого способа формирования контакта для наногетероструктуры фотоэлектрического преобразователя на основе арсенида галлия, который бы обеспечивал формирование многослойного контакта в ходе одного процесса напыления слоев контакта, что упрощает процесс изготовления контакта.The objective of the proposed technical solution was the development of such a method of forming a contact for a nanoheterostructure of a photovoltaic converter based on gallium arsenide, which would ensure the formation of a multilayer contact in the course of a single sputtering process of contact layers, which simplifies the contact manufacturing process.
Поставленная задача решается тем, что способ формирования контакта для наногетероструктуры фотоэлектрического преобразователя включает предварительное формирование на поверхности наногетероструктуры фотоэлектрического преобразователя на основе арсенида галлия электронной проводимости топологии фоточувствительных областей фотолитографией с применением маски из верхнего слоя фоторезиста и нижнего слоя несветочувствительного резиста, или маски из фоторезиста с профилем элементов маски, имеющим уширение от поверхности наногетероструктуры фотоэлектрического преобразователя, очистку свободной от маски поверхности наногетероструктуры фотоэлектрического преобразователя, последовательное напыление слоя эвтектического сплава золота с германием толщиной 10-100 нм, слоя никеля толщиной 10-20 нм и слоя серебра, последующее удаление фоторезиста и отжиг контакта.The problem is solved in that the method of forming a contact for a nanoheterostructure of a photoelectric converter involves preliminarily forming on a surface of a nanoheterostructure a photoelectric converter based on gallium arsenide of electronic conductivity of the topology of the photosensitive regions by photolithography using a mask from the upper layer of the photoresist and the lower layer of the non-photosensitive resist, or a mask from the photoresist with the profile mask elements that have broadening from the surface of the nanogete ostruktury photoelectric transducer cleaning free from the mask nanoheterostructures photoelectric transducer surface, sequential plating layer of eutectic alloy of gold with germanium 10-100 nm thick, the nickel layer 10-20 nm thick and the silver layer, then removing the resist and annealing the contact.
Проблема формирования контакта к арсениду галлия с электронной проводимостью с низкими значениями переходного сопротивления решается в заявляемом способе путем применения слоя сплава золото-германий (германий в данном случае является донорной примесью в GaAs) для создания под контактом сильнолегированной вырожденной области полупроводника после вжигания.The problem of forming a contact to gallium arsenide with electronic conductivity with low values of transition resistance is solved in the present method by using a gold-germanium alloy layer (germanium in this case is a donor impurity in GaAs) to create a highly doped degenerate semiconductor region after contact
Германий в составе сплава Au-Ge является необходимым компонентом в способе изготовления заявляемой контактной структуры, выполняя функцию легирующей добавки (донорной примеси) для создания приконтактной области в n-GaAs с высокой концентрацией свободных носителей заряда.Germanium in the composition of the Au-Ge alloy is a necessary component in the method of manufacturing the inventive contact structure, performing the function of a dopant (donor impurity) to create a contact region in n-GaAs with a high concentration of free charge carriers.
Слой никеля выполняет функцию барьерного слоя между слоем сплава золото-германий и проводящим слоем серебра, замедляя диффузию серебра из верхнего слоя в полупроводник и, тем самым, препятствуя нарушению планарности границы раздела контакт-полупроводник.The nickel layer acts as a barrier layer between the gold-germanium alloy layer and the conductive silver layer, slowing down the diffusion of silver from the upper layer into the semiconductor and, thereby, preventing the violation of planarity of the contact-semiconductor interface.
Слой никеля толщиной менее 10 нм может иметь нарушения сплошности (возникновение проколов слоя), а при слое никеля толщиной более 20 нм увеличивается переходное сопротивление контакта после его отжига.A nickel layer with a thickness of less than 10 nm may have discontinuities (occurrence of punctures in the layer), and with a nickel layer with a thickness of more than 20 nm, the contact transition resistance increases after annealing.
Толщина проводящего слоя серебра выбирается, прежде всего, из соображений уменьшения сопротивления контактной сетки, а также стоимости контакта. Однако, кроме того, учитывается следующее: при толщине контакта менее 1-1,5 мкм затрудняется процесс пайки токовыводов солнечных элементов, а при толщинах контакта более 5 мкм могут возникнуть напряженные слои, вследствие чего уменьшается адгезия контакта к полупроводниковой структуре и его отслаивание.The thickness of the conductive silver layer is selected, first of all, for reasons of reducing the resistance of the contact grid, as well as the cost of contact. However, in addition, the following is taken into account: when the contact thickness is less than 1-1.5 μm, the process of soldering the current leads of solar cells is difficult, and when the contact thickness is more than 5 μm, stressed layers can occur, as a result of which the adhesion of the contact to the semiconductor structure decreases and its peeling.
Очистку поверхности наногетероструктуры фотоэлектрического преобразователя можно вести ионно-лучевым травлением.The surface cleaning of the nanoheterostructure of the photoelectric converter can be carried out by ion-beam etching.
Отжиг контакта предпочтительно ведут при температуре 360-380°C в течение времени от 10 с до нескольких минут в потоке чистого водорода или в потоке смеси азота и водорода, или в вакууме.The contact annealing is preferably carried out at a temperature of 360-380 ° C for a time of 10 s to several minutes in a stream of pure hydrogen or in a stream of a mixture of nitrogen and hydrogen, or in vacuum.
Напыление слоя никеля можно осуществлять магнетронным распылением.The nickel layer can be sputtered by magnetron sputtering.
Напыление слоя сплава золото-германий и слоя серебра можно осуществлять термическим испарением.The deposition of a gold-germanium alloy layer and a silver layer can be carried out by thermal evaporation.
Слой серебра можно напылять толщиной 30-9000 нм.The silver layer can be sprayed with a thickness of 30-9000 nm.
На слой серебра можно напылять барьерный слой из никеля толщиной 20-100 нм или из платины толщиной 20-100 нм и контактирующий с окружающей средой слой золота толщиной 30-200 нм. Верхний слой золота, помимо предохранения серебра от атмосферного воздействия, может способствовать улучшению процесса пайки токовыводов фотоэлектрических преобразователей.A barrier layer of nickel 20-100 nm thick or platinum 20-100 nm thick and a gold layer 30-200 nm thick in contact with the environment can be sprayed onto a silver layer. The top layer of gold, in addition to protecting silver from weathering, can improve the soldering process of the current outputs of photovoltaic converters.
Воспроизводимое формирование контакта с малым переходным сопротивлением (порядка 1·10-5 Ом·см2) достигается, во-первых, применением в качестве первого слоя эвтектического сплава Au-Ge (весовое соотношение 88:12), содержащего Ge, являющийся донорной примесью в GaAs, для создания под контактом сильнолегированной вырожденной области полупроводника после вжигания. Нанесение всех слоев многослойного контакта необходимой толщины, до 5-10 мкм, в ходе одного процесса напыления достигается путем формирования маски на поверхности полупроводника перед напылением слоев металла из фоторезиста с увеличивающейся по глубине скоростью травления с получением профиля ее отдельных элементов, имеющего уширение от поверхности полупроводника в перпендикулярном направлении, или применением маски из верхнего слоя фоторезиста и нижнего LOR (lift-off photoresist), т.е. несветочувствительного слоя, например, на основе полиметилглутаримида (см. Popovich, Laura L; Gehoski, Kathy A.; Mancini, David P.; Resnick, Douglas J. Bilayer and trilayer lift-off processing for i-line and DUV lithography. Proc. SPIE Vol.4691, 2002, p.899-906). Особенностью применения LOR резистов является использование двухслойной литографии. Нижний слой не является светочувствительным, а верхний слой представляет собой фоторезист, формирующий рисунок. LOR резисты обеспечивают более стабильный уровень процесса взрывной литографии.The reproducible formation of a contact with a small transition resistance (of the order of 1 · 10 -5 Ohm · cm 2 ) is achieved, firstly, by using the Au-Ge eutectic alloy (weight ratio 88:12) containing Ge as a donor impurity in the first layer GaAs, to create a strongly doped degenerate semiconductor region after contact The application of all layers of multilayer contact of the required thickness, up to 5-10 μm, during one deposition process is achieved by forming a mask on the surface of the semiconductor before spraying the layers of metal from the photoresist with an etching rate increasing in depth to obtain a profile of its individual elements having a broadening from the surface of the semiconductor in the perpendicular direction, or by applying a mask from the upper layer of the photoresist and the lower LOR (lift-off photoresist), i.e. a non-photosensitive layer, for example, based on polymethylglutarimide (see Popovich, Laura L; Gehoski, Kathy A .; Mancini, David P .; Resnick, Douglas J. Bilayer and trilayer lift-off processing for i-line and DUV lithography. Proc. SPIE Vol. 4691, 2002, p. 899-906). A feature of the application of LOR resists is the use of two-layer lithography. The lower layer is not photosensitive, and the upper layer is a photoresist that forms a pattern. LOR resistors provide a more stable level of explosive lithography.
При применении стандартных фоторезистов боковые стенки элементов маски не получаются строго перпендикулярными поверхности полупроводника (имеют положительный наклон профиля), что обусловлено неравномерностью поглощения излучения по толщине фоторезиста при проведении процесса его проявления. Ультрафиолетовое излучение при прохождении через пленку фоторезиста поглощается неравномерно, в результате верхние слои пленки получают более высокую дозу энергии, чем нижние. Вследствие этого верхние слои пленки будут быстрее растворяться в проявителе, профиль фоторезиста становится пологим, уширенным вверху и уменьшенным внизу у основания. Обычно этот положительный наклон составляет 75-85°C в зависимости от условий процесса и характеристик оборудования для экспонирования. При нанесении контакта слой металла осаждается также на боковых стенках элементов маски из фоторезиста, образуя сплошное покрытие, что делает затруднительным последующее удаление пленки фоторезиста растворением. Отметим, что при этом элементы контактной сетки могут быть частично повреждены, иметь неровные, «рваные» края. В известном способе нанесения маски с обычным профилем фоторезиста, с одинаковой шириной элементов маски по высоте, максимально допустимые толщины получаемых контактных слоев за один процесс напыления не могут превышать 0,3 мкм. Для получения контактов толщиной 1-3 мкм в известном способе необходимо их дополнительное утолщение, обычно золотом или серебром, например электрохимическим осаждением (для его осуществления необходимо проведение дополнительного процесса фотолитографии для нанесения маски фоторезиста).When using standard photoresists, the side walls of the mask elements are not obtained strictly perpendicular to the surface of the semiconductor (they have a positive slope of the profile), which is due to the uneven absorption of radiation through the thickness of the photoresist during the process of its manifestation. Ultraviolet radiation when passing through the photoresist film is absorbed unevenly, as a result, the upper layers of the film receive a higher dose of energy than the lower ones. As a result, the upper layers of the film will dissolve faster in the developer, the profile of the photoresist becomes flat, broadened at the top and reduced below at the base. Usually this positive slope is 75-85 ° C depending on the process conditions and the characteristics of the equipment for exposure. When contact is made, the metal layer also deposits on the side walls of the mask elements from the photoresist, forming a continuous coating, which makes it difficult to subsequently remove the photoresist film by dissolution. Note that in this case, the elements of the contact grid can be partially damaged, have uneven, "torn" edges. In the known method of applying a mask with a conventional profile of a photoresist, with the same width of the mask elements in height, the maximum allowable thicknesses of the resulting contact layers in a single spraying process cannot exceed 0.3 microns. To obtain contacts with a thickness of 1-3 μm in the known method, they need additional thickening, usually gold or silver, for example by electrochemical deposition (for its implementation, an additional photolithography process is necessary to apply a photoresist mask).
В заявляемом способе конфигурация маски фоторезиста позволяет изготавливать контактные системы к ФЭП значительно большей толщины, до 10 мкм, в ходе одного процесса напыления, что более чем на порядок превышает максимально допустимые толщины контактных слоев при использовании метода взрывной фотолитографии с обычным профилем фоторезиста (с одинаковой шириной по высоте элементов маски). Это связано со значительным упрощением процесса удаления фоторезиста после напыления контактных слоев, так как контактные слои на поверхности полупроводника не имеют непосредственного соприкосновения с нижними слоями фоторезиста. В результате упрощается технология изготовления ФЭП, исключается трудоемкая операция гальванического утолщения контактов ФЭП, без ухудшения приборных характеристик. Формирование маски из верхнего слоя фоторезиста и нижнего слоя несветочувствительного резиста, или маски из фоторезиста с увеличивающейся по глубине скоростью травления фоторезиста с профилем ее отдельных элементов, имеющих уширение от поверхности полупроводника в перпендикулярном направлении, позволяет также получать ровные (с зеркальной поверхностью) стенки полосок контакта, что уменьшает затенение светочувствительной поверхности ФЭП и, соответственно, повышает его эффективность. Применение серебра вместо золота в качестве основного проводящего слоя приводит к уменьшению последовательного сопротивления отдельных элементов контактной сетки при той же геометрии контакта, так как серебро имеет меньшее, чем у золота, удельное сопротивление (~ в 1,5 раза); замена золота на серебро в толстом проводящем слое также позволяет снизить стоимость контакта (это становится ощутимым при производстве концентраторных ФЭП, поскольку для их изготовления требуется формирование контактов с малым сопротивлением - толщиной около 3-5 мкм и более). В заявляемом способе отпадает необходимость дополнительного утолщения контакта. Кроме того, существует возможность снижения стоимости контакта путем частичной замены толстого слоя золота на, например, серебро или алюминий с барьерным слоем из, например, платины или никеля.In the inventive method, the configuration of the photoresist mask allows the production of contact systems for photovoltaic photovoltaics of significantly greater thickness, up to 10 μm, during a single sputtering process, which is more than an order of magnitude higher than the maximum permissible thickness of the contact layers when using the explosive photolithography method with a conventional photoresist profile (with the same width by the height of the mask elements). This is due to a significant simplification of the process of removing the photoresist after deposition of the contact layers, since the contact layers on the surface of the semiconductor do not have direct contact with the lower layers of the photoresist. As a result, the manufacturing technology of photomultipliers is simplified, the laborious operation of galvanic thickening of the photoconductor contacts is eliminated, without impairing the instrument performance. The formation of a mask from the upper layer of the photoresist and the lower layer of the non-photosensitive resist, or a mask from the photoresist with increasing depth of etching of the photoresist with the profile of its individual elements having a broadening from the surface of the semiconductor in the perpendicular direction, also makes it possible to obtain smooth (with a mirror surface) walls of the contact strips , which reduces the shading of the photosensitive surface of the solar cells and, accordingly, increases its efficiency. The use of silver instead of gold as the main conductive layer leads to a decrease in the series resistance of individual elements of the contact network with the same contact geometry, since silver has a lower resistivity than gold (~ 1.5 times); replacing gold with silver in a thick conductive layer also reduces the cost of contact (this becomes noticeable in the manufacture of concentrator PECs, since their manufacture requires the formation of contacts with low resistance - a thickness of about 3-5 microns or more). In the inventive method there is no need for additional thickening of the contact. In addition, it is possible to reduce the cost of contact by partially replacing a thick layer of gold with, for example, silver or aluminum with a barrier layer of, for example, platinum or nickel.
Заявляемый способ формирования контакта для наногетероструктуры фотоэлектрического преобразователя поясняется чертежами, гдеThe inventive method of forming contact for nanoheterostructure of the photoelectric Converter is illustrated by drawings, where
на фиг.1 приведен поперечный разрез отдельного элемента маски фоторезиста, полученного способом-прототипом;figure 1 shows a cross section of a single element of the mask of the photoresist obtained by the prototype method;
на фиг.2 показан поперечный разрез отдельного элемента маски из фоторезиста с увеличивающейся по глубине скоростью травления;figure 2 shows a cross section of a single element of the mask of the photoresist with increasing in depth etching rate;
на фиг.3 изображен поперечный разрез отдельного элемента маски из двух слоев фоторезистов с LOR (lift-off photoresist) нижним слоем;figure 3 shows a cross section of a single element of the mask from two layers of photoresists with LOR (lift-off photoresist) the lower layer;
Отдельные операции заявляемого способа иллюстрированы фиг.4-фиг.9:Individual operations of the proposed method are illustrated in figure 4-figure 9:
на фиг.4 показан нанесенный на наногетероструктуру нижний слой несветочувствительного резиста;4 shows a lower layer of a non-photosensitive resist deposited on a nanoheterostructure;
на фиг.5 изображен процесс экспонирования через шаблон нанесенного верхнего слоя фоторезиста;figure 5 shows the process of exposure through the template applied to the upper layer of the photoresist;
на фиг.6 показана область вытравленного верхнего слоя фоторезиста;figure 6 shows the region of the etched top layer of the photoresist;
на фиг.7 показана область вытравленного нижнего слоя несветочувствительного резиста;7 shows the region of the etched lower layer of the non-photosensitive resist;
на фиг.8 изображен процесс нанесения металла;on Fig depicts the process of applying metal;
на фиг.4 показан контакт, нанесенный на наногетероструктуру.figure 4 shows the contact deposited on a nanoheterostructure.
На фиг.1-фиг.9 обозначены: наногетероструктура 1; фоторезист 2, применяемый в способе-прототипе; фоторезист 3 с увеличивающейся по глубине скоростью травления; нижний слой 4 несветочувствительного резиста; верхний слой 5 фоторезиста; область 6 с разорванными ультрафиолетовым излучением связями; шаблон 7; поток 8 ультрафиолетового излучения; полость 9 вытравленного верхнего слоя 5; полость 10 вытравленного нижнего слоя 4 несветочувствительного резиста; поток 11 напыляемого металла; слой 12 металла, нанесенного на слой 5 фоторезиста; сформированный на наногетероструктуре 1 контракт 13.Figure 1-figure 9 marked:
Заявляемый способ формирования контакта для наногетероструктуры фотоэлектрического преобразователя осуществляют следующим образом. По одному варианту осуществления способа на наногетероструктуру 1 наносят нижний несветочувствительный (LOR) слой 4 резиста (см. фиг.4), наносят верхний слой 5 фоторезиста и через шаблон 7 освещают ультрафиолетовым излучением (см. фиг.5). Вытравливают области 6 с разорванными ультрафиолетовым излучением связями, образуя полости 9 вытравленного верхнего слоя 5 (см. фиг.6). Через полученные полости 9 фоторезиста 5 травят нижний (LOR) слой 4 несветочувствительного резиста жидкостным методом, образуя полости 10 и формируя тем самым маску для напыления металла 11 (см. фиг.7). Из-за наличия бокового подтравливания маска будет иметь области, в которые напыляемый материал не будет попадать. Непосредственно перед процессом напыления контактных слоев контакта 13 производят очистку фронтальной поверхности наногетероструктуры 1. Очистку поверхности наногетероструктуры 1 можно осуществлять в водном растворе HCl при объемном соотношении HCl и H2O 1:(1-6) или ионно-лучевым травлением. Очистку поверхности наногетероструктуры 1 методом ионно-лучевого травления осуществляют на глубину 0,005-0,3 мкм. Удаление приповерхностного слоя необходимо для улучшения адгезии металла к наногетероструктуре 1 и для уменьшения переходного контактного сопротивления. При травлении на глубину меньше 0,005 мкм недостаточно эффективно происходит удаление поверхностных загрязнений и окислов, при травлении на глубину больше 0,3 мкм повышается дефектность структуры. В качестве первого слоя с легирующей примесью контакта 13 наносят эвтектический сплав Au-Ge толщиной 10-100 нм, в качестве барьерного слоя - слой никеля толщиной 10-20 нм и в качестве проводящего слоя - слой серебра толщиной 30-9000 нм. Если фотоэлектрический преобразователь предназначен для работы в присутствии следов агрессивной среды (например, сероводорода), необходимо добавить еще контактирующий верхний слой, например слой золота толщиной 30-200 нм с промежуточным барьерным слоем Ni, Ti или Pt толщиной 20-100 нм. При этом металл 11 образует как контакт 13, так и слой 12 металла на слое 5 фоторезиста (см. фиг.8). Затем удаляют слой 5 фоторезиста и слой 4 несветочувствительного резиста и проводят отжиг контакта 13. В результате получают полоски металла правильной геометрии (вплоть до зеркальных стенок), что особенно важно при создании контактной сетки с малым размером элементов (так, ширина полосок контакта в концентраторных ФЭП составляет ~10 мкм). При этом значительно облегчается процесс удаления фоторезиста (его «взрыв») после напыления контакта. При напылении толстых слоев можно исключить этап гальванического усиления контакта.The inventive method of forming contact for nanoheterostructure of the photoelectric Converter is as follows. In one embodiment of the method, a lower non-photosensitive (LOR) resist
При отработке технологии изготовления контактов применялась стандартная методика измерения переходного сопротивления контактов TLM (transmission line method), с использованием набора одинаковых прямоугольных контактных площадок, расположенных параллельно друг другу на различных расстояниях.When testing the manufacturing technology of the contacts, the standard method of measuring the contact resistance of the contacts TLM (transmission line method) was used, using a set of identical rectangular contact pads located parallel to each other at different distances.
Пример 1. Контакт был сформирован на слое GaAs, легированном кремнием, выращенным методом МОС-гидридной эпитаксии на полуизолирующей подложке GaAs. Концентрация свободных носителей заряда (уровень легирования) составлял ~5·1018 см-3. Перед нанесением металлов контакта на поверхности наногетероструктуры была сформирована маска из нижнего несветочувствительного слоя резиста и верхнего слоя фоторезиста, была проведена очистка поверхности структуры методом ионно-лучевого травления (удалено 100 Ǻ поверхностного слоя). Многослойный контакт состоял из слоя сплава Au-Ge толщиной 50 нм, никеля толщиной 15 нм и серебра толщиной 900 нм. Переходное сопротивление контакта после отжига многослойной контактной структуры при температурах 360°C, 370°C и 380°C в течение 30 секунд составило, соответственно, 2,9·10-5 Ом·см2, 1,6·10-5 Ом·см2 и 3,7·10-5 Ом·см2 (по методике измерения переходного сопротивления контактов TLM (transmission line method)); глубина залегания интерфейса (границы раздела) GaAs-контакт находилась в пределах 100 нм.Example 1. The contact was formed on a GaAs layer doped with silicon, grown by the method of MOS hydride epitaxy on a semi-insulating GaAs substrate. The concentration of free charge carriers (doping level) was ~ 5 · 10 18 cm -3 . Before the contact metals were deposited on the surface of the nanoheterostructure, a mask was formed from the lower non-photosensitive resist layer and the upper photoresist layer, the structure surface was cleaned by ion-beam etching (100 Ǻ of the surface layer was removed). The multilayer contact consisted of a 50 nm thick Au-Ge alloy, 15 nm nickel, and 900 nm silver. Contact transient resistance after annealing of the multilayer contact structure at temperatures of 360 ° C, 370 ° C, and 380 ° C for 30 seconds was, respectively, 2.9 · 10 -5 Ohm · cm 2 , 1.6 · 10 -5 Ohm · cm 2 and 3.7 · 10 -5 Ohm · cm 2 (according to the method of measuring the transition resistance of contacts TLM (transmission line method)); the depth of the interface (interface) GaAs contact was within 100 nm.
Пример 2. Контактная структура была сформирована на таком же слое GaAs n-типа, как и в примере 1. Перед нанесением контактной структуры на поверхности полупроводника была сформирована маска. Перед нанесением металлов контакта на поверхности наногетероструктуры была сформирована маска из нижнего несветочувствительного слоя резиста и верхнего слоя фоторезиста, была проведена очистка поверхности структуры методом ионно-лучевого травления (удалено 100 Ǻ поверхностного слоя). Многослойная контактная структура состоит из слоя сплава Au-Ge толщиной 50 нм, никеля толщиной 25 нм и серебра толщиной 920 нм. Переходное сопротивление контакта после отжига многослойной контактной структуры при температурах 360°C, 370°C и 380°C в течение 30 секунд составило, соответственно, 3,9·10-4 Ом·см2, 2,2·10-4 Ом·см2 и 3,1·10-4 Ом·см2 (по методике TLM); глубина залегания интерфейса (границы раздела) GaAs-контакт находилась в пределах 100 нм.Example 2. The contact structure was formed on the same n-type GaAs layer as in Example 1. Before applying the contact structure, a mask was formed on the surface of the semiconductor. Before the contact metals were deposited on the surface of the nanoheterostructure, a mask was formed from the lower non-photosensitive resist layer and the upper photoresist layer, the structure surface was cleaned by ion-beam etching (100 Ǻ of the surface layer was removed). The multilayer contact structure consists of a 50 nm thick Au-Ge alloy, 25 nm nickel, and 920 nm thick silver. Contact transient resistance after annealing of the multilayer contact structure at temperatures of 360 ° C, 370 ° C, and 380 ° C for 30 seconds was, respectively, 3.9 · 10 -4 Ohm · cm 2 , 2.2 · 10 -4 Ohm · cm 2 and 3.1 · 10 -4 Ohm · cm 2 (according to the TLM method); the depth of the interface (interface) GaAs contact was within 100 nm.
Пример 3. Контактная структура была сформирована на таком же слое GaAs n-типа, как и в примере 1. Перед нанесением контактной структуры на поверхности полупроводника была сформирована маска. Перед нанесением металлов контакта на поверхности наногетероструктуры была сформирована маска из нижнего несветочувствительного слоя резиста и верхнего слоя фоторезиста, была проведена очистка поверхности структуры методом ионно-лучевого травления (удалено 100 Ǻ поверхностного слоя). Многослойная контактная структура состоит из слоя сплава Au-Ge толщиной 10 нм, никеля толщиной 10 нм и серебра толщиной 1070 нм. Переходное сопротивление контакта после отжига многослойной контактной структуры при температурах 360°C, 370°C и 380°C в течение 30 секунд составило, соответственно, 3,3·10-5 Ом·см2, 1,2·10-5 Ом·см2 и 4,1·10-5 Ом·см2 (по методике TLM); глубина залегания интерфейса (границы раздела) GaAs-контакт находилась в пределах 80 нм.Example 3. The contact structure was formed on the same n-type GaAs layer as in Example 1. Before applying the contact structure, a mask was formed on the surface of the semiconductor. Before the contact metals were deposited on the surface of the nanoheterostructure, a mask was formed from the lower non-photosensitive resist layer and the upper photoresist layer, the structure surface was cleaned by ion-beam etching (100 Ǻ of the surface layer was removed). The multilayer contact structure consists of a 10 nm thick Au-Ge alloy, 10 nm nickel, and 1070 nm thick silver. The contact transient resistance after annealing the multilayer contact structure at temperatures of 360 ° C, 370 ° C, and 380 ° C for 30 seconds was, respectively, 3.3 · 10 -5 Ohm · cm 2 , 1.2 · 10 -5 Ohm · cm 2 and 4.1 · 10 -5 Ohm · cm 2 (according to the TLM method); the depth of the interface (interface) GaAs contact was within 80 nm.
Пример 4. Контактная структура была сформирована на таком же слое GaAs n-типа, как и в примере 1. Перед нанесением контактной структуры на поверхности полупроводника была сформирована маска. Перед нанесением металлов контакта на поверхности наногетероструктуры была сформирована маска из нижнего несветочувствительного слоя резиста и верхнего слоя фоторезиста, была проведена очистка поверхности структуры методом ионно-лучевого травления (удалено 100 Ǻ поверхностного слоя). Многослойная контактная структура состоит из слоя сплава Au-Ge толщиной 100 нм, никеля толщиной 20 нм и серебра толщиной 960 нм. Переходное сопротивление контакта после отжига многослойной контактной структуры при температурах 360°C, 370°C и 380°C в течение 30 секунд составило, соответственно, 4,3·10-5 Ом·см2, 3,1·10-5 Ом·см2 и 4,9·10-5 Ом·см2 (по методике TLM); глубина залегания интерфейса (границы раздела) GaAs-контакт находилась в пределах 120 нм.Example 4. The contact structure was formed on the same n-type GaAs layer as in Example 1. Before applying the contact structure, a mask was formed on the surface of the semiconductor. Before the contact metals were deposited on the surface of the nanoheterostructure, a mask was formed from the lower non-photosensitive resist layer and the upper photoresist layer, the structure surface was cleaned by ion-beam etching (100 Ǻ of the surface layer was removed). The multilayer contact structure consists of a 100 nm thick Au-Ge alloy, 20 nm thick nickel, and 960 nm thick silver. The contact transition resistance after annealing of the multilayer contact structure at temperatures of 360 ° C, 370 ° C, and 380 ° C for 30 seconds was, respectively, 4.3 · 10 -5 Ohm · cm 2 , 3.1 · 10 -5 Ohm · cm 2 and 4.9 · 10 -5 Ohm · cm 2 (according to the TLM method); the depth of the interface (interface) GaAs contact was within 120 nm.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010120933/28A RU2428766C1 (en) | 2010-05-24 | 2010-05-24 | Contact shaping method for nanoheterostructure of photoelectric converter based on gallium arsenide |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010120933/28A RU2428766C1 (en) | 2010-05-24 | 2010-05-24 | Contact shaping method for nanoheterostructure of photoelectric converter based on gallium arsenide |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2428766C1 true RU2428766C1 (en) | 2011-09-10 |
Family
ID=44757744
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010120933/28A RU2428766C1 (en) | 2010-05-24 | 2010-05-24 | Contact shaping method for nanoheterostructure of photoelectric converter based on gallium arsenide |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2428766C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2575977C1 (en) * | 2014-12-10 | 2016-02-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Method for formation of multilayer ohmic contact to gallium arsenide-based device |
| RU2624990C1 (en) * | 2016-09-15 | 2017-07-11 | Общество с ограниченной ответственностью "НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике", ООО "НТЦ ТПТ" | Contact grid of heterotransitional photoelectric converter based on silicon and method of its manufacture |
| CN110011633A (en) * | 2019-04-25 | 2019-07-12 | 北京中科飞鸿科技有限公司 | A kind of SAW filter preparation method with positive photoresist high adhesion force |
| US11615960B2 (en) * | 2019-12-18 | 2023-03-28 | Cornell University | Method for removing re-sputtered material from patterned sidewalls |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5358899A (en) * | 1991-10-25 | 1994-10-25 | International Business Machines Corporation | Oxygen assisted ohmic contact formation to n-type gallium arsenide |
| US5924002A (en) * | 1994-12-22 | 1999-07-13 | Sony Corporation | Method of manufacturing a semiconductor device having ohmic electrode |
| US6281528B1 (en) * | 1998-09-18 | 2001-08-28 | Sony Corporation | Ohmic contact improvement between layer of a semiconductor device |
| JP2002025937A (en) * | 2000-07-11 | 2002-01-25 | Hitachi Ltd | Semiconductor device |
| RU2244986C1 (en) * | 2003-05-20 | 2005-01-20 | Открытое акционерное общество "Сатурн" | Photoelectric converter manufacturing process |
| RU2292610C1 (en) * | 2005-09-22 | 2007-01-27 | Открытое акционерное общество "Сатурн" | Method for making a photo-transformer |
-
2010
- 2010-05-24 RU RU2010120933/28A patent/RU2428766C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5358899A (en) * | 1991-10-25 | 1994-10-25 | International Business Machines Corporation | Oxygen assisted ohmic contact formation to n-type gallium arsenide |
| US5924002A (en) * | 1994-12-22 | 1999-07-13 | Sony Corporation | Method of manufacturing a semiconductor device having ohmic electrode |
| US6281528B1 (en) * | 1998-09-18 | 2001-08-28 | Sony Corporation | Ohmic contact improvement between layer of a semiconductor device |
| JP2002025937A (en) * | 2000-07-11 | 2002-01-25 | Hitachi Ltd | Semiconductor device |
| RU2244986C1 (en) * | 2003-05-20 | 2005-01-20 | Открытое акционерное общество "Сатурн" | Photoelectric converter manufacturing process |
| RU2292610C1 (en) * | 2005-09-22 | 2007-01-27 | Открытое акционерное общество "Сатурн" | Method for making a photo-transformer |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2575977C1 (en) * | 2014-12-10 | 2016-02-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Method for formation of multilayer ohmic contact to gallium arsenide-based device |
| RU2624990C1 (en) * | 2016-09-15 | 2017-07-11 | Общество с ограниченной ответственностью "НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике", ООО "НТЦ ТПТ" | Contact grid of heterotransitional photoelectric converter based on silicon and method of its manufacture |
| CN110011633A (en) * | 2019-04-25 | 2019-07-12 | 北京中科飞鸿科技有限公司 | A kind of SAW filter preparation method with positive photoresist high adhesion force |
| US11615960B2 (en) * | 2019-12-18 | 2023-03-28 | Cornell University | Method for removing re-sputtered material from patterned sidewalls |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2014224095B2 (en) | Fine line metallization of photovoltaic devices by partial lift-off of optical coatings | |
| EP0595634B1 (en) | Gallium arsenide/aluminum gallium arsenide photocell including environmentally sealed ohmic contact grid interface and method of fabricating the cell | |
| US20070227578A1 (en) | Method for patterning a photovoltaic device comprising CIGS material using an etch process | |
| JPH04342172A (en) | Semiconductor device | |
| RU2428766C1 (en) | Contact shaping method for nanoheterostructure of photoelectric converter based on gallium arsenide | |
| CN117393646A (en) | Manufacturing method of photovoltaic cell electrode | |
| RU2368038C1 (en) | Method for manufacturing of multilayer photoconverter chips | |
| CN117712219A (en) | Preparation method of solar cell and solar cell | |
| CN115004378B (en) | Method of making a photovoltaic device | |
| RU2437186C1 (en) | Method of making solar photoelectric converter | |
| CN102683480A (en) | Metal contact formation and window etch stop for photovoltaic devices | |
| US20110284983A1 (en) | Photodiode device and manufacturing method thereof | |
| RU2426194C1 (en) | Method of fabricating nanostructure ohmic contact of photoelectric transducer | |
| CN113632241A (en) | Method for manufacturing solar cell | |
| RU2575977C1 (en) | Method for formation of multilayer ohmic contact to gallium arsenide-based device | |
| US20110020975A1 (en) | Method for manufacturing photodiode device | |
| CN102544139A (en) | Photodiode device and method for manufacturing the same | |
| JPS60262471A (en) | Method of manufacturing photovoltaic device | |
| HK1173556B (en) | A method of forming a metal grid contact and dielectric pattern onto a solar cell layer requiring conductive contact | |
| KR20120121089A (en) | Method for manufacturing solarcell | |
| TW201248874A (en) | Solar cell with back surface field structure and manufacturing method thereof |