Contacts alliés sur III-V

Il existe une littérature restreinte concernant la création de contacts alliés Métal-GaAs. Des études structurelles démontrent la possibilité de créer un tel alliage avec le nickel [110]–[112] et le palladium [113]–[115], à l’aide d’un recuit thermique rapide (RTA) entre 300°C et 450°C, mais ne donnent pas de caractérisations électriques de ces alliages. Les contacts alliés ont été grandement développés sur l’alliage In0.53Ga0.47As. Ils consistent également au dépôt d’un métal sur III-V, suivi d’un recuit rapide à basse température, généralement inférieure à 400°C. Parmi les métaux considérés, on retrouve le Pd, Ni et Co (Figure III-3). Les résistivités de contacts ρC y sont comparées aux résistivités du film métallique

ρm. La résistivité du film métallique est une caractéristique constante du matériau mais c’est la résistance de feuille RSH (ou résistance carrée) qui est le plus couramment reportée dans la littérature. Celle-ci dépend de l’épaisseur du film métallique et est reliée à ρm par la relation : = avec e l’épaisseur du film.

Figure III-3 : Résistivités de différents contacts développés sur InGaAs. L'objectif est la réduction de la résistivité de contact et du film métallique. Les alliages présentés sont à base de Pd, Ni et Co. [116]

L’alliage à base de cobalt a été étudié par Yeo et al. [117] où 20 nm de Co ont été déposés par pulvérisation. Un recuit thermique rapide (RTA) a été effectué à 300°C, 350°C et 400°C. L’alliage se forme par la migration du Co dans le matériau III-V sur 60 nm. L’alliage formé n’est pas homogène sur

73

toute l’épaisseur comme le prouvent les analyses dispersives en énergie (EDX) effectuées (Figure III-4). La diffraction des rayons X indique effectivement l’apparition de phases binaires CoGa et CoAs. La résistivité de contacts pour un recuit à 350°C est de 6.25 10-4 Ω.cm² pour une résistance carrée de 14 Ω/.

Figure III-4 : a) Alliage de CoInGaAs formé à 350°C. b) Composition en élément de l'alliage de CoInGaAs en fonction de la profondeur, montrée en a). [117]

Les alliages à base de Pd ont également été étudiés par cette même équipe [118] et ont permis d’obtenir de meilleurs résultats en termes de résistivités de contacts. En effet, suite à un dépôt de 10 nm de Pd et un RTA à 250°C, un film homogène et peu rugueux (≈ 0.7 nm) de 20 nm est observé à l’interface avec l’In0.53Ga0.47As (Figure III-5). Le ratio moyen des éléments analysés par EDX du Pd:In:Ga:As est de (58 :9 :14 :19) et la proportion de Pd augmente avec la profondeur ce qui indique que le Pd est l’espèce qui diffuse au cours de la r éaction. La résistance carrée mesurée est de 77.3 Ω/ et la résistivité de contact de 8.35.10-5 Ω.cm². Ces travaux démontrent également que l’alliage formé n’est plus homogène à 350°C indiquant ainsi une limite quant au bilan thermique que ces contacts peuvent subir.

Figure III-5 : Interface nette et conforme entre l’alliage de PdInGaAs et l’InGaAs du substrat. [118]

Il existe plusieurs études réalisées sur l’alliage Ni-InGaAs. Celui se forme dès 250°C et est stable jusque 500°C comme le démontre Czornomaz et al. [119]. A partir de 500°C a lieu la désorption thermique des éléments III et V de la couche, augmentant alors largement la résistance de contact. L’ajout d’une

74

couche de 100 nm de SiO2 pour encapsuler l’alliage et empêcher cette désorption permet de conserver les propriétés électriques au-delà de 500°C. De même que pour le Co et le Pd, le Ni est l’espèce qui diffuse dans le matériau et permet d’obtenir une interface bien définie. Le rapport de l’épaisseur de Ni déposée et l’épaisseur final de l’alliage varie entre 1,4 et 3 [119]–[121]. Chen et al. [120] concluent que l’alliage formé entre le nickel et l’In0.53Ga0.47As est du Ni4InGaAs2. Comme présenté sur la Figure III-6, une résistance carrée record de 15.2 Ω/ a été obtenu pour un recuit à 400°C alors que la résistivité de contact la plus faible a été obtenue pour un recuit à 350°C : 1.46.10-6 Ω.cm². Enfin, contrairement au procédé lift-off utilisé sur les alliages à base de Co et Pd pour éliminer le métal résiduel, le Ni peut être éliminé sélectivement par un bain HCl ou H2SO4 [119], [122] ce qui est un atout crucial dans une optique d’intégration dans un procédé de microfabrication.

Figure III-6 : Caractérisations électriques du Ni4InGaAs2 en fonction de la température de recuit. a) Résistance de feuille, les différents points représentent le type de gravure chimique sélective utilisée pour éliminer le Ni résiduel. b) Résistivité de contact. Une encapsulation par 100 nm de SiO2 a permis d’éviter la désorption thermique des éléments III-V de l’alliage et de

conserver ainsi les propriétés électriques du contact au-delà de 400°C. [119]

Sur InAs, un alliage de Ni a été élaboré selon le même procédé [123]. Les 8 nm de Ni déposés ont totalement diffusé dans l’InAs pour former un alliage cristallin avec une interface abrupte (Figure III-7). Le Ni résiduel a également été sélectivement gravé à l’aide de l’HCl. Cet alliage a une résistance carrée supérieure à Ni-InGaAs (97 Ω/) mais une résistivité de contact bien inférieure (2.7.10-9 Ω.cm²), démontrant la possibilité de former un contact très peu résistif sur InAs. Ces résultats sont résumés dans le Tableau 5et nous permettent d’établir un plan d’expérience pour la création d’alliages Métal-GaAs. Ces alliages sont tous formés par un recuit thermique rapide suite à un dépôt de métal et présentent donc tous l’intérêt d’être compatible avec un procédé MOS. Les alliages à partir de Ni et Pd sont choisis pour cette étude, le cobalt ne sera pas étudié au vu des résistivités supérieures

75

obtenues sur InGaAs dans la littérature. Enfin, des expériences seront également menées sur l’empilement Ge/Pd, celui-ci étant également compatible MOS.

Figure III-7 : Image TEM de l'alliage NiInAs sur InAs. L'alliage présente une interface abrupte avec l'InAs. Tableau 5 : Récapitulatif des contacts alliés référencés sur III-V

Référence Substrat Métal Température (°C) ^R

^{(Ω/) ρ}

^(Ω.cm²) Phase

Ogawa et al. [110] GaAs Ni

200 - 400 ^Ni2GaAs

500 NiAs + NiGa

Sand et al. [113] GaAs Pd

250 - 315 Pd₅(GaAs)₂ 350 - 400 Pd₄GaAs Oxland et al. [123] ^{InAs Ni 350 97 2,7.10} -9

Chen et al. [120] InGaAs Ni 250 - 300 ^Ni4InGaAs₂

Kong et al. [118] InGaAs Pd 250 77,3 _8,35.10^-5

Ivana et al. [117] InGaAs Co 350 14 _6,25.10^{-4 CoInGaAs ; CoGa;}

76

B. Etude métallurgique de la formation de contacts alliés