СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНЖЕКТИРУЮЩЕГО КОНТАКТА К МОНОСУЛЬФИДУ САМАРИЯ Российский патент 1997 года по МПК H01L21/283 

Изобретение относится к полупроводниковой электронике и может быть использовано при формировании металлизации полупроводниковых приборов на основе моносульфида самария с использованием методов термического испарения, магнетронного и ионно-плазменного распыления и др.

Известен способ формирования омического контакта к моносульфиду самария, включающий нанесение металлического покрытия кобальта (Со) на подложку моносульфида самария, и пайка к покрытию проволочного вывода (а. с. ЧССР N 238434, H 01 L 23/00, 1983 г.)
Достоинствами такого контакта являются низкое сопротивление переходного слоя, хорошая механическая прочность и стабильность. Сочетание этих свойств достигается применением кобальта в качестве переходного слоя для создания омического контакта.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ изготовления омического контакта к моносульфиду самария, представляющий собой двухслойное покрытие (а. с. СССР N 1829769, H 01 L 21/283, 1991 г.) В качестве первого слоя непосредственно на пленку моносульфида самария наносится слой титана в течение 50-100 с, затем наносится слой никеля в течение 300-4ОО с, причем слои наносятся со скоростью при температуре подложки 100-200 ^oC. Этот способ выбран нами за прототип.

Однако указанное решение обладает рядом недостатков: 1) низкая воспроизводимость характеристик контактов; 2) малый срок службы контактов; 3) высокое контактное сопротивление.

Целью изобретения является уменьшение контактного сопротивления при повышении стабильности и воспроизводимости характеристик контактов, увеличении срока службы контактов.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе изготовления инжектирующих контактов путем нанесения на подложку моносульфида самария при температуре подложки 100-200 ^oC со скоростью двухслойного металлического покрытия, состоящего из первого слоя, наносимого в течение 50-100 с, и второго слоя, наносимого в течение 300-400 с, новым является то, что упомянутое покрытие состоит из слоя хрома, нанесенного непосредственно на подложку, и слоя кобальта, нанесенного на слой хрома. Другими словами, металлическая пленка состоит из слоя хрома толщиной от до , нанесенного непосредственно на подложку, и слоя кобальта, толщиной от до .

Предлагаемое двухслойное покрытие, нанесенное на подложку при температуре 100-200 ^oС, обеспечивает инжектирующий контакт, характеризуемый сверхлинейной вольт-амперной характеристикой (ВАХ) и управлением сопротивлением структуры за счет инжекции основных носителей заряда из полученного контакта в слой моносульфида самария, а также высокой стабильностью и воспроизводимостью параметров и большим сроком службы.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем.

Моносульфид самария является материалом, очень чувствительным к механическим деформациям. Поэтому при формировании контакта необходимо до минимума уменьшить механические напряженная, возникающие при осаждении металлической пленки контактного материала. Для этого необходимо: 1) использовать пластические материалы; 2) проводить напыление при возможно более низких температурах; 3) исключить циклические термообработки.

Кроме этого, моносульфид самария в присутствии кислорода окисляется, вследствие чего необходимо либо резко ограничить контакт с воздухом, либо использовать подслой сильного геттера. В качестве геттера нами использовался слой хрома толщиной от до Этот слой обеспечивает хорошую адгезию, низкое сопротивление, стабильность электрофизических характеристик, а также более низкую работу выхода из металла в полупроводник для носителей тока (см. также Фоменко В. С. Эмиссионные свойства материалов. Киев, Наукова думка, 1970 г. 148 с. ) Геттерное действие хрома заключается в снижении парциального давления кислорода при напылении из-за десорбции хемисорбированного слоя окисла на поверхности моносульфида самария в результате химической реакции с ней хрома.

Хром обладает также высокими пластическими свойствами. Однако он имеет довольно высокое сопротивление 13,2 мкОм•см при 20 ^oС (Смитлз К. Дж. Металлы. М. Металлургия, 1980 г. 448 с.) Поэтому толщина слоя хрома от до выбирается таким образом, чтобы при проявлении геттерных свойств этот слой имел небольшое сопротивление.

В качестве второго слоя контакта нами выбран кобальт. Он является пластическим металлом, дает низкое сопротивление при толщинах от до не подвержен коррозии, при циклических механических нагрузках двухслойная металлизация хром-кобальт не меняет своих электрофизических и механических характеристик. Напыление обоих слоев производится при температурах подложки 100-200 ^oС. При более низких температурах резко ухудшается адгезия контакта, а при более высоких увеличивается механическое напряжение, оказывающее воздействие на тензорезисторную пленку моносульфида самария. Использование двухслойного нанесения хром-кобальт позволило получить инжектирующий контакт с низким сопротивлением, уменьшающимся с ростом напряжения, приложенного к структуре контакт моносульфид самария, с высокой воспроизводимостью, стабильностью и повышенным ресурсом.

Инжектирующий контакт по сравнению с омическим обладает рядом преимуществ как физического, так и технического характера. Известно (см. Ламперт М. Марк П. Инжекционные токи в твердых телах. М. Мир, 1973 г. 416 с.), что инжекция носителей из контакта в твердое тело может приводить к улучшению целого ряда параметров, важнейшим из которых является быстродействие. В нашем случае применение инжектирующего контакта к моносульфиду самария может повысить этот важнейший параметр. Кроме того, при повышении напряжения за счет сверхлинейности ВАХ уменьшается сопротивление структуры контакт моносульфид самария, и это изменение сопротивления контролируется приложенным напряжением, что может быть важным в конкретных решениях применения моносульфида самария в качестве тензорезистора.

Предлагаемое техническое решение позволяет по сравнению с прототипом повысить стабильность контакта, управлять его сопротивлением с помощью приложенного напряжения и увеличить срок службы. Этот эффект достигается даже при низкотемпературном (от 100 до 200 ^oС на подложке) нанесении металлов за счет высокой геттерной активности хрома, а также невысокой работой выхода из него электронов. При этом повышается воспроизводимость контакта и снижается его сопротивление.

Варьирование толщины геттерного слоя и собственно контактного слоя позволили найти оптимальные режимы для достижения поставленной цели, а температурный диапазон позволил получить инжектирующий контакт без остаточных механических напряжений, что особенно важно при применении моносульфида самария в качестве тензорезистора.

На фиг. 1 представлена вольт-амперная характеристика в (двойном логарифмическом масштабе) структуры контакт моносульфид самария, полученной по предлагаемому способу.

На фиг. 2 представлена зависимость степени ВАХ αdlnI/dlnV от напряжения, также в двойном логарифмическом масштабе.

Получение контактов по предлагаемому способу проводилось в вакуумной установке УВР-ЗМ при вакууме 5•10^-6 Торр. Вольт-амперная характеристика структуры представлена на фиг. 1. На фиг. 2 показана зависимость степени ВАХ (дифференциального наклона ВАХ) adlnI/dlnV от напряжения в двойном логарифмическом масштабе. Такая зависимость позволяет более тонко чувствовать особенности ВАХ (см. Зюганов А.Н. Свечников С. В. Инжекционно-контактные явления в полупроводниках. Киев, Наукова думка, 1981 г. 256 с.), фиксировать омические ( a 1) и инжекционные ( a > 1) участки. Из зависимости на фиг. 2 следует диапазон омичности контакта от 1,0 В до 30 В.

В табл. 1 приведены данные исследования влияния режимов напыления хрома при фиксированных режимах напыления кобальта (время напыления t_со=350 ^oC, скорость напыления температура напыления Т=150 ^oC) на сопротивление и разброс сопротивления макетов тензорезисторов.

Измерение сопротивления макетов тензорезисторов с контактами производилось при приложенном напряжении V=0,1 В, где инжекция носителей тока из контакта была еще слабая, и выполнялся закон Ома ( α 1). Для каждого режима определялось среднее значение сопротивления в партии по формуле

где n количество образцов в партии, R_обр сопротивление образца.

В наших экспериментах значение n колебалось от 20 до 30. Отклонение сопротивления ΔR от среднего значения определялось по формуле

Среднее значение отклонения сопротивления определялось по следующей формуле

Из данных табл. 1 следует, что при скорости напыления хрома и времени напыления 50-100 с среднее сопротивление макетов и среднее отклонение сопротивления минимальны.

В табл. 2 приведены данные исследования влияния режимов напыления кобальта при фиксированных режимах напыления хрома (время напыления t_cr=70 с, скорость напыления , температура напыления Т=150 ^oС) на сопротивление и разброс сопротивления макетов тензорезисторов.

Из данных табл. 2 следует, что при скорости напыления кобальта и времени напыления 300-400 с среднее сопротивление макетов и среднее значение отклонения сопротивления минимальны.

В табл. 3 приведены данные исследования влияния температурных режимов напыления контакта.

Из табл. 3 следует, что оптимальная температура подложки находится в интервале от 100 до 200 ^oC.

Ниже приведена воспроизводимость сопротивления макетов тензорезисторов, полученных при металлизации контактов по одной из оптимальных технологий (табл. 4) и по неоптимальной технологии (табл. 5).

Из данных табл. 4 и 5 следует, что неоптимальность режима нанесения только подслоя хрома приводит к снижению воспроизводимости и увеличению сопротивления макетов.

Исследование стабильности и срока службы макетов тензорезистора с контактами, полученными по оптимальной технологии ( t_cr= 70 c, t_co= 350 c, T_подл=150 ^oC), представлены в табл. 6 и 7. Здесь ΔR_обр определяется по формуле

где R_обр.0 начальное сопротивление образца,
R_обр.t текущее сопротивление образца.

Из приведенных выше таблиц видно, что в течение 4 ч уход сопротивления не превысил 0,25 (табл. 6). Изменение сопротивления в течение 60 сут не превысило 0,35 (табл. 7).

Как следует из фиг. 1, сопротивление макета тензорезистора при V=1,0 В составляет 190 Oм, при V=10,0 В 60 Oм и при V=20,0 В 42,0 Oм. Другими словами, с помощью приложенного напряжения удается управлять сопротивлением макета тензорезистора, в данном случае в пределах 40-2000 Oм.

Использование: при формировании металлизации полупроводниковых приборов на основе моносульфида самария. Сущность: способ заключается в нанесении на подложку моносульфида самария при температуре подложки 100-200 ^oC двухслойного металлического покрытия со скоростью , причем первый слой, хром, наносят непосредственно на подложку в течение 50-100 с, а второй слой, кобальт - поверх слоя хрома в течение 300-400 с. 2 ил., 7 табл.

Способ изготовления инжектирующего контакта к моносульфиду самария, включающий нанесение двуслойного металлического покрытия на подложку моносульфида самария, причем первый слой наносят непосредственно на подложку в течение 50 100 с, а второй слой в течение 300 400 с при скорости нанесения слоев 10 20 и температуре подложки 100 200^oС, отличающийся тем, что в качестве первого слоя используют хром, а в качестве второго слоя кобальт.