Спосіб виготовлення термостійких контактних систем метал-si

Реферат: Спосіб виготовлення термостійких контактних систем метал-Si включає очищення поверхні кремнієвої підкладки, магнетронне напилювання контактоутворюючого шару та шару дифузійного бар'єру ТіВ2, товщиною 60100 нм, і зовнішнього контактного шару на підігріту до 100150 °C підкладку Si. Як контактоутворюючий шар наносять шар Ті, товщиною 1030 нм, та наносять додатковий шар дифузійного бар'єру Ті, товщиною 2040 нм, а як зовнішній контактний шар наносять золото, товщиною 100150 нм. UA 106825 U (12) UA 106825 U UA 106825 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до електронної техніки і призначена для виготовлення контактної металізації в системі метал-напівпровідник, яка орієнтована на використання в приладах високотемпературної напівпровідникової електроніки. Дифузійний бар'єр є невід'ємним елементом в контактній металізації, який сприяє високій стабільності і експлуатаційній характеристиці системи метал-напівпровідник. Звичайно як такі використовуються з'єднання тугоплавких металів з карбідами, боридами та нітридами, з їх високою хімічною стабільністю, атомною густиною і високою провідністю. З переходом мікроелектроніки в розмірний діапазон ~0,1 мкм одним із критичних параметрів є формування контактів з малими контактним опором і струмами розтікання, які можуть деградувати внаслідок взаємного перемішування контактної системи [1]. Відомий спосіб виготовлення термостійких контактних систем метал-Si [2], вибраний нами за аналог. Система метал-Si сформована послідовним напиленням на леговану фосфором, очищену n-Si (100) підкладку шару Ті, товщиною 20 нм, який виконує роль контактоутворюючого шару між Si і контактною металізацією, шару TiN, товщиною 40 нм, як дифузійного бар'єру, і шару Сu, як зовнішнього контактного шару. Відпал системи проводився при Т=600 °C в режимі швидкого термічного оксидування (ШТО) в атмосфері NH3. Відомо, що Сu добре дифундує в Si, створюючи глибокі генераційно-рекомбінаційні центри, зменшуючи час життя носіїв заряду. TiN широко використовується як дифузійний бар'єр до таких структур. Дослідження показали, що шар TiN виконує свою функцію дифузійного бар'єру включно до Т=650 °C в режимі ШТО. Недоліком даного способу є недостатня термостійкість контактів, внаслідок стовпчастої структури зерен TiN, яка сприяє швидкій дифузії Сu вздовж них [3], і складність технологічного процесу. Найбільш близьким до заявленої корисної моделі є відомий спосіб виготовлення термостійких контактних систем метал-Si [3], вибраний нами за прототип. Система метал-Si сформована послідовним магнетронним напиленням на очищену n-Si (100) підкладку шару ТіВ2 в атмосфері аргону, товщиною 60 нм, який виконує роль дифузійного бар'єру, і шару Сu, товщиною 180 нм, як зовнішнього контактного шару. Дослідження показали, що ТіВ2 виконує свою функцію дифузійного бар'єру до Т=600 °C в режимі ШТО. Перевагою способу, в порівнянні з аналогом, є використання ТіВ 2, який має високу 23 -3 температуру плавлення (3225 °C) і густину (1,17·10 см ) в порівнянні з TiN, у якого густина 23 -3 становить 1,05·10 см [3]. Із-за цих показників ТіВ2 виступає кращим дифузійним бар'єром, ніж -6 -1 TiN. До того ж коефіцієнт термічного розширення ТіВ2 складає 4,6·10 К , який дуже близький до -6 -1 Si (2,5·10 К ) [4]. Це дозволяє суттєво зменшити механічні напруження, які виникають в системі метал-Si на границі розділу з напівпровідником. До недоліків способу можна віднести недостатню термостійкість контактів, так як в температурному діапазоні Т=600800 °C опір контактної системи зростає на 5 порядків. Задачею корисної моделі є підвищення термостійкості контактної системи метал-Si, шляхом підвищення її деградаційної стійкості. Поставлена задача вирішується способом, який включає в себе очищення поверхні кремнієвої підкладки, магнетронне напилювання контактоутворюючого шару та шару дифузійного бар'єру ТіВ2, товщиною 60100 нм, і зовнішнього контактного шару на підігріту до 100150 °C підкладку Si, який відрізняється тим, що як контактоутворюючий шар наносять шар Ті, товщиною 1030 нм, та наносять додатковий шар дифузійного бар'єру Ті, товщиною 2040 нм, а як зовнішній контактний шар наносять золото, товщиною 100150 нм. На фіг. 1 схематично зображено термостійку контактну систему метал-Si, що заявляється, де Si - кремнієва підкладка, легована фосфором; Ті* - контактоутворюючий шар титану; ТіВ2 шар дифузійного бар'єру; Ті** - шар додаткового дифузійного бар'єру; Аu - зовнішній контактний шар золота. Контактоутворюючий шар Ті, товщиною 1030 нм, використовується для утворення омічного контакту контактної металізації з кремнієм в процесі силіцидоутворення. Шар дифузійного бар'єру ТіВ2, товщиною 60100 нм, забезпечує термостійкість системи метал-Si (фіг. 2). Це відбувається завдяки особливостям хімічних зв'язків ТіВ2, які поєднують високу термостійкість, хімічну інертність і температуру плавлення з властивостями, що притаманні металам. Додатковий шар Ті, товщиною 2040 нм, теж виконує роль дифузійного бар'єру і сприяє кращій адгезії ТіВ2 і Аu. Зовнішній контактний шар необхідний для включення приладу в зовнішнє коло, причому золото, товщиною 100150 нм, використовується із-за високої хімічної інертності. Метод магнетронного напилювання використаний, тому що є перспективним методом 1 UA 106825 U 5 10 15 20 25 30 35 40 отримання боридів металів, який дозволяє керувати зміною морфології, електронної і атомної структури напилюваних шарів. Підігрів підкладки Si до Т=100150 °C використовується для кращої адгезії поверхні контактної металізації з поверхнею Si і для силіцидоутворення. Хоча ця температура і мала, але її достатньо для силіцидоутворення в плівках. Це підтверджується відомим фактом, що в тонкоплівкових системах процеси фазових перетворень відбуваються значно інтенсивніше ніж в об'ємних матеріалах [5]. Нижче наведено приклад реалізації способу виготовлення термостійких контактних систем метал-Si. Поверхню кремнієвої підкладки n-Si (100), леговану фосфором, очищують. Здійснюють послідовно, методом магнетронного напилювання при струмі ~0,4 А на підігріту до 150 °C підкладку n-Si (100), напилення контактоутворюючого шару Ті, товщиною 30 нм, дифузійних шарів ТіВ2, товщиною 100 нм, і Ті - 30 нм та зовнішнього контактного шару Аu, товщиною 100 нм. На фіг. 2 зображено профілі розподілу компонентів в контактній системі Au-Ti-TiB2-Ti-n-Si; вихідного (а) і термооброблених при Т=400 °C (б) та 700 °C (в) зразків в режимі ШТО. Перевірка термостійкості в контактній системі Au-Ti-TiB2-Ti-n-Si при температурі 400 і 700 °C показала, що дифузійний бар'єр в заявленому способі виконує свої функції, а отже запропонований спосіб забезпечує підвищену термостійкість контактних систем аж до 700 °C в режимі ШТО. Джерела інформації: 1. Formation of contacts and integration with shallow junctions using diborides of Ті, Zr and Hf / R. Ranjit, W. Zagozdzon-Wosik, I. Rusakova, P. van der Heide, Z.-H. Zhang, J. Bennett, D. Marton // Red. Adv. Mater. Sci. - 2004. - Vol. 8, № 2. - P. 176-184. 2. Аналог. Improved TiN film as a diffusion barrier between copper and silicon / Sa-Kyun Rha, Won-Jun Lee, Seung-Yun Lee, Yong-Sup Hwang, Yoon-Jik Lee, Dong-Il Kim, Dong-Won Kim, SoungSoon Chun, Chong-Ook Park // Thin Solid Films. - 1998. - Vol. 320, № 1. - P. 134-140. 3. Прототип. Diffusion barrier properties of sputtered TiB2 between Cu and Si / J.S. Chen, J.L. Wang // Journal of The Electrochemical Society. - 2000. - Vol. 147, № 5. - P. 1940-1944. 4. Interfacial reactions for the non-stoichiometric TiBx/(100)Si system / Young-Ki Lee, Jung-Yuel Kim, You-Kee Lee, Gi-Seog Eom, Young-Kyu Kwon, Min-Sang Lee, Chul-Min Lim, Dong-Kun Kim, Young-Chul Jin, Dong-Koo Park // Journal of Materials Science. - 2002. - Vol. 37. - P. 515-521. 5. Физика металлических пленок. Размерные и структурные эффекты / Ю.Ф. Комник. - М.: Атомиздат, 1979. - 264 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб виготовлення термостійких контактних систем метал-Si, який включає в себе очищення поверхні кремнієвої підкладки, магнетронне напилювання контактоутворюючого шару та шару дифузійного бар'єру ТіВ2, товщиною 60100 нм, і зовнішнього контактного шару на підігріту до 100150 °C підкладку Si, який відрізняється тим, що як контактоутворюючий шар наносять шар Ті, товщиною 1030 нм, та наносять додатковий шар дифузійного бар'єру Ті, товщиною 2040 нм, а як зовнішній контактний шар наносять золото, товщиною 100150 нм. 2 UA 106825 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3