СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОМИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ К МОНОСУЛЬФИДУ САМАРИЯ Советский патент 1995 года по МПК H01L21/28 

Изобретение относится к полупроводниковой электронике и может быть использовано при формировании металлизации полупроводниковых приборов на основе моносульфида самария.

Цель изобретения уменьшение контактного сопротивления при увеличении стабильности и воспроизводимости характеристик контактов, увеличении срока службы контактов.

Авторами изобретения обнаружено, что двухслойное покрытие, нанесенное по способу, описанному выше, обеспечивает контакт, характеризуемый высокой стабильностью и воспроизводимостью параметров, большим сроком службы.

Новым по сравнению с прототипом и существенным для реализации способа являются следующие признаки:
нанесение металлического покрытия в виде двухслойной металлической пленки;
нанесение в качестве первого слоя непосредственно на подложку титана в течение 50-100 с со скоростью 10-20 /с;
нанесение в качестве второго слоя никеля в течение 300-400 с со скоростью 10-20 /с;
формирование двухслойного покрытия при температуре подложки 100-200^оС.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем.

Моносульфид самария является материалом, очень чувствительным к механическим деформациям. Поэтому при формировании контакта необходимо до минимума уменьшить механические напряжения, 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, ввиду чего необходимо либо резко ограничить контакт с воздухом, либо использовать подслой сильного геттера. В качестве геттера нами использовался слой титана, напыленного со скоростью 10-20 /с в течение 50-100 с. Этот слой обеспечивает хорошую адгезию, низкое сопротивление и стабильность электрофизических характеристик. Геттерное действие титана заключается в снижении парциального давления кислорода при напылении, десорбции хемисорбированного слоя окисла на поверхности моносульфида самария в результате химической реакции с ней титана.

Титан обладает также высокими пластическими свойствами. Однако он имеет довольно высокое сопротивление 54 мк Ом см при 20^оС. Полученный в результате проведения режимных операций слой титана толщиной от 500 до 2000 при проявлении хороших геттерных свойств имеет небольшое сопротивление.

В качестве второго слоя контакта нами выбран никель. Он является пластичным металлом, дает низкое сопротивление при толщинах от 3000 до 8000 , получаемых в результате проведения указанных в формуле режимных операций, не подвержен коррозии, хорошо паяется, при циклических механических нагрузках двухслойная металлизация титан никель не меняет своих электрофизических и механических характеристик. Напыление обоих слоев производится при температурах подложки 100-200^оС. При более низких температурах резко ухудшалась адгезия контакта, а при более высоких увеличивается механическое напряжение, оказывающее воздействие на тензорезисторную пленку моносульфида самария. Использование двухслойного нанесения титан-никель позволило получить омический контакт с низким сопротивлением, высокой воспроизводимостью, стабильностью и повышенным ресурсом.

Получение контактов по предлагаемому способу проводилось в вакуумной установке УВР-ЗМ при вакууме 5˙10^-6 торр. Моносульфид самария SmS напылялся на стеклянную подложку через маску с отверстиями в виде прямоугольников размерами 4х1 мм. Металлическое покрытие напылялось из молибденовых лодочек через маску так, что оставался чувствительный элемент из SmS размером 2х1 мм, а с двух сторон его были образованы контактные площадки 1х1 мм. Сначала через такую маску напылялся титан в течение 35-330 с со скоростью 5-60 /с, а затем никель в течение 130-670 с со скоростью 6-30 /с. Напыление металлов проводилось при температуре 80-240^оС.

Вольт-амперная характеристика структуры (Ni+Ti)-SmS представлена на чертеже. Здесь же показана зависимость от напряжения V дифференциального наклона в двойном логарифмическом масштабе α= dlgJ/dlgV. Такая зависимость позволяет более тонко чувствовать особенности ВАХ и отклонения от омического закона, для которого α 1.

Из зависимости на чертеже следует, что диапазон омичности контакта от 0,01 В до 3,0 В.

В таблице 1 приведены данные исследования влияния режимов напыления Ti при фиксированных режимах напыления никеля (время напыления t_Ni 350 с, скорость напыления V_Ni 15 /с, температура напыления Т 150^оС) на сопротивление и разброс сопротивления макетов тензорезисторов. Измерение сопротивления макетов тензорезисторов с контактами проводилось при U 1. Для каждого режима определялось среднее значение сопротивления в партии R_обр по формуле R_обр R_обр, где n количество образцов в партии, R_обр сопротивление образца. Отклонение сопротивления ΔR от среднего значения определялось по ΔR [R_обр R_обр)/R_обр] ˙100% Среднее значение отклонения сопротивления определялось по следующей формуле:
ΔR ΔR,
Из данных табл.1 следует, что при скорости напыления титана 10-20 /с и времени напыления 50-100 с среднее сопротивление макетов и среднее значение отклонения сопротивления минимальны.

В табл.2 приведены данные исследования влияния режимов напыления Ni при фиксированных режимах напыления титана (время напыления t_Ti 70 с, скорости напыления V_Ti 15 /с, температура напыления Т 150^оС) на сопротивление и разброс сопротивления макетов тензорезисторов.

Из данных табл.2 следует, что при скорости напыления никеля 10-20 /с и времени напыления 300-400 с среднее сопротивление макетов и среднее значение отклонения сопротивления минимальны. Исследование температурных режимов нанесения металлизации, приведенное в табл.3, показало диапазон от 100 до 200^оС.

Ниже приведено сопоставление воспроизводимости макетов тензорезисторов, полученных при металлизации контактов по одной из оптимальных технологий (табл.4) и по неоптимальной технологии (табл.5).

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

Исследование стабильности и срока службы макета тензорезистора с контактами, полученными по оптимальной технологии (V_Ti 15 /c, t_Ti 70 c, V_Ni 15 /c, t_Ni 350 c, Т_подл. 150^оС), представлены в табл.6 и табл.7. Здесь ΔR_обр определяется по формуле:
ΔR_обр [(R_обр.t R_обр.о)/R_обр.о] ˙ 100% где R_обр.о начальное сопротивление образца,
R_обр.t текущее сопротивление образца.

Из приведенных таблиц видно, что в течение 8 ч уход сопротивления не превысил 0,4% (табл.6). Изменение сопротивления в течение 60 сут не превысило 0,46% (табл.7).

Предложенный способ создания омического контакта, сохраняя технико-экономические преимущества способа-прототипа, обладает рядом следующих: более низкое сопротивление, высокая воспроизводимость, большой срок службы, высокая стабильность.

Использование: изобретение позволяет с высокой воспроизводимостью получать омические контакты к моносульфиду самария (МС) с низким сопротивлением, высокой стабильностью и большим сроком службы. Это важно для МС, чувствительного к механическим деформациям. Сущность: на МС в местах контактных площадок в течение 50 - 100 с со скоростью 10 - 20 в качестве геттера наносят титан. В качестве второго слоя в течение 300 - 400 с со скоростью 10 - 20 наносят никель. Формирование такой двуслойной металлической пленки проводится при 100 - 200°С. 1 ил., 7 табл.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОМИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ К МОНОСУЛЬФИДУ САМАРИЯ, включающий нанесение металлического покрытия на пленку моносульфида самария, отличающийся тем, что, с целью уменьшения контактного сопротивления, увеличения стабильности и воспроизводимости характеристик, а также повышения срока службы контактов, на пленку моносульфида самария последовательно наносят слой титана в течение 50-100 с, слой никеля в течение 300 400 с, причем слои наносят со скоростью 10 20 при температуре подложки 100 - 200^oС.