УДК 621.382.8+546.28

Ануфриев Л.П., Баранов В.В.,



Карпович С.Ф., Соловьёв Я.А., Тарасиков М.В.

ТЕХНОЛОГИЯ МОЩНЫХ ДИОДОВ ШОТТКИ
С МНОГОСЛОЙНОЙ МЕТАЛЛИЗАЦИЕЙ

Унитарное предприятие "Завод Транзистор" НПО "Интеграл",
ул. Корженевского, 16, Минск, 220050, Республика Беларусь
375 17 277-4141, vvb@bsuir.unibel.by

В настоящее время в составе современной элементной базы силовой
электроники выделяются такие дискретные приборы как диоды Шоттки.
По сравнению с другими приборами твёрдотельной электроники,
например транзисторами типа MOSFET, IGBT и др., мощные диоды
Шоттки отличаются простотой конструкции полупроводникового
кристалла, высоким быстродействием, низким значением падения
напряжения на прямосмещённом приборе, невысокой стоимостью.
Однако технология этих приборов достаточно сложна, что связано с
тем, что в процессе создания контакта металл / полупроводник
необходимо обеспечить условия, исключающие появление загрязнений на
поверхности раздела контактируемых материалов, низких значений
плотности заряда, остаточных механических напряжений, высокой
металлургической стабильности контакта в условиях протекания токов
значительной плотности и др. [1].
Электрические свойства диодов Шоттки, прежде всего, определяются
высотой энергетического барьера на границе раздела металл /
полупроводник и поэтому зависят от выбора контактного металла. Среди
наиболее распространённых металлов, используемых в настоящее время
для создания барьеров Шоттки, можно привести такие тугоплавкие
переходные металлы как Mo, Cr, V, Pd, Pt. При этом следует учесть, что в
процессе формирования контакта металл / полупроводник вследствие
протекания твёрдофазных реакций на границе раздела при термообработке
происходит формирование переходного слоя соответствующего силицида,
который, по существу, и определяет электрические свойства барьера
Шоттки, в частности, его высоту [2]. Контакт на основе силицида платины
обеспечивает получение наиболее высокого энергетического барьера, что
предопределяет такие свойства мощных диодов Шоттки, как малые токи
утечки,
помехозащищённость,
временная
стабильность,
которые
желательно обеспечить для повышения конкурентоспособности приборов
на мировом рынке.


Удовлетворительные результаты для мощных диодов Шоттки можно
получить не только при использовании контактов из силицида платины, но
и из такого металла, как Mo.
Типичным методом нанесения исходной металлической плёнки,
например Mo, является магнетронное распыление в среде аргона при
давлении 210-1 Па [2]. Толщина плёнки Mo при этом составляет 0,1 мкм.
Для стимулирования процесса фазообразования после нанесения плёнки
Mo её можно подвергать бомбардировке ионами Ar+ в вакууме 10-2 Па.
Доза облучения лежит в пределах 21015 - 31016 см -2. Заключительной
операцией
формирования
твердотельных
структур
является
изотермической отжиг различной продолжительности либо быстрый отжиг
ИК излучением, проводимый с помощью блока галогенных ламп КГ-220-
1000. В последнем случае излучение может направляться как со стороны
кремния, так и со стороны металлической плёнки.
Контроль толщины пленки проводили методами оптической
интерферометрии и растровой электронной микроскопии, используя
соответственно оптический интерферометр МИИ-4 и электронный
микроскоп S-806 фирмы Hitachi (Япония). Также пленки Mo и сплава Mo-
Re исследовали на Оже-электронном спектрографе PHI-660 фирмы Perkin
Elmer (CША), рентгеновском дифрактометре ДРОН-2 и растровом
электронном микроскопе S-806. Для определения величины остаточных
механических напряжений использовали методику sin2 [2].
Проведенные нами исследования свойств тонких пленок молибдена,
нанесенных магнетронным распылением, позволили выявить оптимальные
условия их формирования. На рис. 1 представлены экспериментальные
зависимости удельного сопротивления и остаточные напряжений в пленках
молибдена от давления аргона магнетронного разряда. Наилучшей
воспроизводимостью свойств отличаются пленки, полученные при
давлении аргона 0,35 - 0,45 Па, нанесенные на подложки, нагретые до
температуры более 450С. При этом желательно достигнуть скорости
осаждения более 3 нм/с. Полученные в данных условиях пленки молибдена
отличаются малыми остаточными напряжениями и стабильными
электрофизическими параметрами.
Установлено, что величина остаточных механических напряжений в
плёнках существенным образом зависит и режимов магнетронного
распыления и может изменяться от напряжений сжатия до напряжений
растяжения. Максимальные величины напряжений достигают 1,2 ГПа для
плёнок высокочистого Mo и 0,6 ГПа для плёнок опробованного нами
сплава Mo-Re. Близкие к нулевым значениям остаточных напряжений
удаётся получить при магнетронном распылении с невысокой скоростью
при давлении Ar порядка 0,4-0,5 Па.





а)




б)
Рис.1 Экспериментальные зависимости свойств пленок молибдена от
давления аргона: а) удельное сопротивление; б) механические напряжения

Очень важную роль на состояние границы раздела металл /
полупроводник, а, следовательно и на электрические параметры диодов
Шоттки, играет подготовка поверхности контакта перед нанесением
металла. Необходимо удалять тонкий слой естественного оксида
кремния, химические соединения или адсорбированные газы, чтобы
обеспечить высокую чистоту границы раздела металл / полупроводник.
Наличие загрязнений приводит к неоднородному распределению высоты
потенциального барьера, как по площади кристалла, так и по всей
пластине, повышенным значениям токов утечки и их значительному
разбросу от кристалла к кристаллу, невысокому проценту выхода годных
диодов Шоттки.
Для решения данной проблемы нами было использовано химическое
травление поверхности контакта непосредственно перед нанесением
материала барьера Шоттки на глубину до 0,5 мкм. Плотность тока утечки
для диодов Шоттки молибден - кремний в предпробойной области удалось
снизить таким образом до величины менее 100 мкА/мм2, при полученной
высоте потенциального барьера 0,67 - 0,68 В.

1. Механические напряжения в тонких плёнках на основе молибдена /
В.В. Баранов, В.В. Глухманчук, Я.А. Соловьёв, М.В. Тарасиков // Сб.
докладов 15 Международного симпозиума "Тонкие плёнки в оптике и
электронике". - Харьков. - 2003. - С. 339- 342.
2. Достанко
А.П.,
Баранов
В.В.,
Шаталов
В.В.
Плёночные
токопроводяшие системы СБИС. Мн.: Выш. шк. - 1989. - 238 с.