Файл: Курносов, А. И. Технология производства полупроводниковых приборов учеб. пособие.pdf

полученной пленки при температуре 370—500°С. При создании кон­ такта на тонких диффузионных слоях осаждают пленку золота толщиной 200 А и сплавляют ее с кристаллом кремния при 500° С. Затем на пленку золота осаждают слой серебра толщиной 0,5—15 мкм при температуре подложки 500° С.

Высокотемпературный непроникающий контакт на кремнии по­ лучают путем последовательного напыления слоев хрома толщиной около 1000 А и золота толщиной около 3000 А. Структуру подвер­ гают термообработке при 900° С, в результате которой происходит вжигание хрома в кремний. Вследствие того что хром сублимирует­ ся, термическое испарение хрома и золота можно производить одно­ временно из одной молибденовой или танталовой лодочки. Вначале напыляют слой чистого хрома, затем слой с переменным содержа­ нием компонентов и сверху — слой чистого золота. Сцепление хро­ ма с кремнием значительно выше, чем золота. Сопротивление кон­ такта имеет величины, приведенные в табл. 8.6 для электропровод­ ности p-типа. Напыление золота является хорошей защитой в тех

тура кремния около 250° С. Слой никеля допускает пайку обычными припоями. Рекомендуется при­

пой на базе эвтектического сплава золото-свинец с добавкой олова.

235

Контакт с малым сопротивлением получают на' сильно легиро­ ванном кремнии напылением молибдена и золота. Молибден труд­ но поддается термическому испарению, поэтому применяют или испаритель прямого подогрева или нагрев с помощью электронного луча. Подложку нагревают до 300° С. Если кремний р-типа имеет удельное сопротивление д —0,005 ом-см, то сопротивление контак­ та ./?к~ 3 -10 -4 ом-см2.

Контакты с подслоем титана. Большое распространение имеют контакты на кремнии с подслоем титана. Известно, что тугоплав­ кие металлы, имеющие сильное сродство с кислородом, обладают высокой адгезией к кремнию, двуокиси кремния и стеклообразным слоям. Адгезия тем больше, чем меньше радиус катиона.

Титан, нанесенный на двуокись кремния, при нагреве до 400— 500° С взаимодействует с нею:

Ti + Si02 - Т102 Ч- Si

Образующаяся двуокись титана обладает сравнительно хорошей проводимостью, поэтому сопротивление контакта невелико

(табл. 8.7).

На воздухе титан быстро окисляется, что препятствует присо­ единению к нему электрического вывода. Поэтому в вакуумной камере на слой титана напыляют слой металла, предохраняющего его от окисления. Такими металлами могут быть золото, серебро, протактиний, никель.

Распыление титана производят с вольфрамовой спирали; сереб­ ра или золота — из молибденовой или танталовой лодочки. Чтобы при напылении не происходило образования окислов титана, дав­ ление в камере должно быть около 10~7 мм рт. ст.

Кроме титана можно применять ниобий, тантал, торий, ванадий, хром.

Свойство титана образовывать прочное сцепление с пленкой Si02 используется при создании контактных площадок на слое дву­ окиси кремния. Площадки активных областей быстродействующих приборов могут составлять единицы квадратных микрон. Сделать

236

термокомпрессионный, сварной или паяный вывод к ним и не по­ вредить р-п-переход очень трудно. Поэтому создают контакт на большой площади, или так называемый расширенный контакт, центральная часть которого соприкасается с поверхностью актив­ ной области кремния, а периферия располагается на слое окисла.

Контактные площадки можно выполнять с подслоем титана (Ti—Ni, Ti—Ag, Ti—Au) или из чистого алюминия, также имею­ щего высокую активность по кислороду.

Если металлический слой располагается на слое двуокиси крем­ ния над р-п-переходом, то расширенный контакт является экрани­ рующим (рис. 8.10). Применение экранирующего омического кон­ такта позволяет повысить стабильность обратного тока планарного р-п-перехода и тем самым — надежность прибора. При отрицатель-

Рис. 8.10. Экранирующий контакт

ном смещении заряд положительных ионов, находящихся в пленке двуокиси кремния (ионов натрия и протонов), оттягивается от по­ верхности раздела Si—БЮг к металлическому электроду, что уст­ раняет также миграцию зарядов по поверхности окисной пленки, так как она эквипотенциальна.

Измерение сопротивления контакта. Существует несколько спо­ собов измерения сопротивления контакта, использующихся в зави­ симости от особенностей измеряемых структур.

Если образец имеет форму параллелепипеда, на торцах которо­ го нанесены два одинаковых контакта с площадью А, то, измерив полное сопротивление структуры R и вычислив сопротивление по­ лупроводника Rn, определим

Это выражение приемлемо, если контакт линейный, сопротивле­ ния обоих контактов равны и R K> R „ . При R K^ > R n не обязательно иметь образец в виде параллелепипеда, оба контакта можно

237

наносить просто на пластину полупроводника, рядом или с проти­ воположных сторон.

Более точно сопротивление контакта можно оценить, измеряя компенсационным методом распределение потенциала вдоль пря­ моугольного образца, через который течет ток I. В объеме полу­ проводника оно будет линейным, а на границе контакт — полупро­

При использовании данного метода требуется специальная под­ готовка образца и прецизионный микроманипулятор.

От большинства отмеченных недостатков свободен метод, осно­ ванный на измерении распределения потенциала вдоль радиуса контакта. Образец имеет форму пластины толщиной w, на всю ниж­ нюю сторону которой наносится сплошной контакт, а на верхнюю сторону —локальный контакт с радиусом г. Через контакты про­ пускается ток I и компенсационным методом измеряется разность потенциалов U между локальным контактом и отстоящим от него на расстоянии I подвижным точечным зондом, перемещаемым по верхней плоскости пластины. Если w<^r, то разность потенциалов не зависит от расстояния и в любой точке равна падению напряже­ ния на локальном контакте UK. Если до > г, то

U = UK+ и а,

где U„ — падение напряжения на полупроводнике.

Значение U к определяется в этом случае путем экстраполяции экспериментально измеряемой зависимости U=f(l) в точке 1—г.

Измеряя £/=/(/) при различных токах /, можно построить вольт-амперную характеристику контакта UK— f(I) и определить сопротивление контакта по выражению (8.20). Для уменьшения переходного сопротивления между измерительным зондом и полу­ проводником и повышения чувствительности схемы на верхнюю сторону образца целесообразно одновременно с локальным кон­ тактом напылять через специальные трафареты контактные точки малого диаметра (около 50 мкм), на которые можно устанавливать зонд.

§ 8.5. Создание тонкопленочных пассивных элементов

Тонкопленочные схемы изготавливают с помощью методов осаж­ дения на подложку различных материалов в виде пленок, из кото­ рых формируются резисторы, конденсаторы, индуктивные эле­ менты.

Большое значение при изготовлении тонкопленочных приборов имеет выбор материала подложки, от которого зависит процесс ядрообразования, сцепление, возникновение механических напря-

238

жений и др. В качестве подложек используют стекло, ситалл, кера­ мику или кремний, покрытый пленкой двуокиси. Подложки тща­ тельно шлифуют и полируют, так как наличие царапин, микротрещин и влаги на поверхности обусловливает нестабильность тонко­ пленочной схемы.

L

I ,j

Активные пленочные компоненты в настоящее время находятся в стадии разработки и лабораторного применения. Поэтому в ка­ честве транзисторов в пленочных схемах применяют навесные полу­ проводниковые приборы в миниатюрном оформлении.

Конфигурация тонкопленочных элементов задается либо с по­ мощью фотолитографии, либо с помощью металлических масок. Плотность монтажа элементов в микросхемах составляет 100— ■^00 эл/см3. На рис. 8.11 показана схема тонкопленочного мульти­

вибратора и последовательность его создания.

239