Учебное пособие 800594

Были изготовлены два типа топологии: с центральным расположением четырех ВШП электродов и расположением двух штыревых ВШП электродов по краям центрального электрода. Указанные ВШП электроды предназначены для регистрации фотопьезо-эдс, индуцируемой световыми импульсами в остальной части центрального электрода с количеством штырей N = 50.

Ширина электродов составляла 12 мкм, а расстояние между электродами одной гребенки 36 мкм. Соответственно, у электродов ВШП участка расстояние между электродами составила 12 мкм. При скорости распространения ПАВ в арсениде галлия 2,8∙103 м/с и длине волны в резонаторе 36 мкм резонансная частота устройства будет иметь значение 78 МГц.

Так как при контакте металлических электродов с полупроводником возникает потенциальный барьер (барьер Шоттки) то возникновение фото-эдс в межэлектродном пространстве будут зависеть от длины свободного пробега электронов и дырок (диффузионной длины неравновесных носителей заряда L). Если межэлектродное расстояние намного больше диффузионной длины, то будет возникать преимущественно объемная фото-эдс. В случае, когда расстояние между электродами равно или меньше диффузионной длины, доминирующей будет барьерная фото-эдс. Измеренное значение L для используемой подложки GaAs типа LEC составила 230 мкм, что в несколько раз больше расстояния между электродами, являющегося активной областью фотоприемника.

Таким образом, в силу барьерного характера фото-эдс в данной структуре имеются два варианта использования ВШП фотопреобразователя:

-в качестве фотоэлемента, когда сигнал снимается с электрических выводов ВШП;

-в фотодиодном режиме, когда на электроды ВШП через высокоомный резистор подается напряжение обратного смещения (5 - 10 В), а сигнал регистрируется на электродах.

90

Полярность подключения напряжения значения не имеет, так как эквивалентная электрическая схема структуры представляет собой два встречно включенных барьера Шоттки.

Проведенные эксперименты показали, что второй вариант использования ВШП обеспечивает примерно на порядок более высокий уровень выходного сигнала на электродах ВШП при их импульсном оптическом облучении от светодиода типа L53SF6 с мощностью 20 мВт (длина волны 860 нм).

Сопротивление ВШП на постоянном токе для разных экземпляров структур лежало в интервале от 1 до 100 МОм, а емкость барьеров в интервале от 12,5 пф до 60,0 пф. Это свидетельствует о большом технологическом разбросе параметров структур металл-широкозонный полупроводник и заслуживает отдельного рассмотрения и решения на более поздних этапах работы.

На рис. 3 и 4 представлены вольт-амперные характеристики некоторых ВШП барьерных структур, по которым можно судить о величинах темновых токов фотоприемников.

Рис. 3. Вольт-амперные характеристики барьеров Шоттки с топологией ВШП (образец 1)

91

лия на низкоомной подложке для формирования p-n переходов или p-i-n структур.

Таким образом, в работе представлен вариант топологии ВШП фотопьезоэлектрического фильтра резонаторного типа для инфракрасной и видимой области оптического излучения. Были определены электрофизические характеристики барьеров Шоттки образованных электродами ВШП и широкозонного полупроводника. Показано, что использование барьеров Шоттки в фотодиодном режиме обеспечивает повышение спектральной чувствительности и расширение частотного диапазона фотопьезоэлектрических фильтров на ПАВ.

Литература

1.Митрохин В.И. Эффект оптического индуцирования механических колебаний в монокристаллах арсенида галлия [Текст] / В.И. Митрохин, С.И. Рембеза, А.А. Руденко // Письма в ЖТФ. – 2006. – Т. 32, – Вып. 11. – С. 32 – 36.

2.Митрохин В.И. Фотопьезоэффект в высокоомных монокристаллах арсенида галлия [Текст] / В.И. Митрохин, С.И. Рембеза,

А.А. Руденко // Перспективные материалы. – 2006. – № 6. – С. 23 – 26.

3. Митрохин В.И. Наблюдение фотопьезоэффекта в пластинах нелегированного полуизолирующего арсенида галлия [Текст] / В.И. Митрохин, С.И. Рембеза, Е.П. Николаева и др. // Твердотельная электроника, микроэлектроника и наноэлектроника: межвуз. сб. науч. тр.; ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет». – Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2008. – Вып. 7. – С. 44 – 48.

Воронежский государственный технический университет *Международный институт компьютерных технологий, г. Воронеж

93

УДК 621.382.2

А.И. Землянский

МЕДНАЯ МЕТАЛЛИЗАЦИЯ С НИКЕЛЕВЫМ СОЕДИНИТЕЛЬНЫМ СЛОЕМ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИЙ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ

Предложена новая система металлизации на основе меди с никелевым соединительным слоем. Приведены результаты исследований микротвердости металлизации Cu-Ni, напыленной при температуре 320 °С в одном технологическом цикле.

В современных полупроводниковых изделиях (ППИ) удельное сопротивление и паразитная емкость межсоединений оказывают значительное влияние на задержку обрабатываемых сигналов. Этим объясняется возрастание интереса разработчиков к меди, применение которой позволяет значительно увеличить быстродействие современных ППИ, особенно, интегральных схем, изготовленных по субмикронным технологиям [1].

По сравнению с алюминием, за счет более низкого удельного сопротивления медь дает до 40 % выигрыш в снижении RCзадержки при ее использовании для формирования межсоединений. Положительно сказывается также более высокая термическая стабильность и меньшая склонность меди к электромиграции.

Фактором, усложняющим замену алюминиевой металлизации на медную, особенно в интегральных схемах с элементами субмикронных размеров, является диффузионная подвижность меди во многих материалах, включая SiO2. В связи с этим медные межсоединения окружают со всех сторон диффузионно-барьерным слоем

(ДБС).

Медь способна диффундировать в SiO2 даже при низких температурах, поэтому при использовании ее в качестве материала токоведущих слоев ДБС необходим в области контактного окна и на маскирующем SiO2.

94

Оксидная пленка, возникающая на поверхности медной металлизации, значительно влияет на качество операции присоединения внутренних токоведущих выводов. Поэтому после напыления Cu на нее наносят защитное покрытие, которое играет роль соединительного слоя при формировании внутренних проволочных выводов.

Золото, серебро и никель могут быть использованы в качестве материала соединительного слоя. Никель является наиболее перспективным материалом как с экономической, так и технологической стороны.

Известна [2] технология приварки золотой проволоки к медной металлизации с серебряным соединительным слоем. Однако, при такой схеме сборки негативное влияние на качество приварки оказывает сульфидная пленка Ag2S, образующаяся на поверхности. Качество приварки и ППИ в целом достигается тщательной подготовкой поверхности перед проведением операции.

Неограниченная взаимная растворимость, характерная для системы золото-серебро, способствует электромиграции, полному растворению серебра в контакте и нарушению соединений проволо- ка-пленка. Кроме того, на поверхности серебра при повышенных влажности и температуре образуются копьевидные кристаллы, которые могут приводить к короткому замыканию близко расположенных токоведущих цепей. Более того, сульфидная пленка Ag2S приводит к потемнению поверхности металлизации и снижению электропроводности.

Приведенные факторы негативно сказываются на качестве присоединения Au проволоки к медной металлизации с серебряным соединительным слоем и на надежности ППИ в целом. Гальваническое серебрение с последующей обязательной отмывкой, применяемое для нанесения соединительного слоя на медную металлизацию, повышает стоимость производства ППИ.

Качество проведения операции присоединения проволочных выводов (в частности, к Ni-соединительному слою) в значительной степени зависит от микротвердости покрытия. Для исследований микротвердости металлизации Cu-Ni пленки ванадия, меди и никеля были напылены на кремниевую пластину с предварительно нанесенным слоем SiO2. При этом ванадий выступал в качестве адгезионного слоя. В отличие от исследований, приведенных в работе [3], для исключения отжига после нанесения исследуемой системы ме-

95

таллизации напыление проводилось при температуре 320 °С. Пленки ванадия, меди и никеля имели толщину 0,5, 1,5 и 0,3 мкм соответственно. Напыление системы металлизации при повышенной температуре способствовало диффузии меди через Ni соединительный слой. Методом рентгеноспектрального анализа установлен химический состав металлизации Cu-Ni после нанесения: Cu (78,207 %), Ni (21,793 %).

Исследование микротвердости системы Cu-Ni проводилось на цифровом твердомере KB 30S методом Кнупа. В этом методе в качестве индентора используется четырехгранная пирамида с ромбическим основанием, имеющим углы между противоположными сторонами 172,5° и 130° соответственно [4]. Глубина отпечатка получается около 1/30 длины диагонали. Для исследований применялась нагрузка 0,1 Н (0,01 кгс) с выдержкой в течение 10 с. Выбор нагрузки обусловлен необходимостью исключения влияния основы (подложки) на результаты измерений [5].

Интегральное распределение значений микротвердости исследуемой металлизации приведено на рисунке.

Интегральное распределение значений микротвердости металлизации Cu-Ni после напыления

96

Измеренные значения микротвердости исследуемой металлизации Cu-Ni лежат в пределах 2069 – 2873 МПа.

Металлизация Cu-Ni перспективна для сборки ППИ при формировании внутренних выводов из Au [6]. Присоединение Au проволоки к Ni-соединительному слою обеспечивает образование надежных контактов. Так как Au, Cu и Ni обладают неограниченной растворимостью, то данное соединение представляет собой сплав с повышенными механическими и электрическими свойствами.

Литература

1.Валентинова М. Воспоминание о будущем. Возврат к меди [Текст] / М. Валентинова // Электроника: Наука, Технология, Бизнес.

-1999. - № 4. - С. 38-41.

2.Cheng-li Chuang. Thermosonic bonding of gold wire onto silver bonding layer on the bond pads of chips with copper interconnections [Текст] / Chuang Cheng-li, Aoh Jong-Ning // Journal of Electronic Materials. - 2006. - V. 35. - № 9. - P. 1693 - 1700.

3.Стоянов А.А. Исследования медной металлизации контактных площадок кремниевых кристаллов [Текст] / А.А. Стоянов, А.Е. Бормонтов, С.И. Рембеза, В.В. Зенин // Вестник ВГУ. Сер. Физика. Математика. - 2015. - № 3. - С. 49 - 57.

4.ГОСТ Р ИСО 4545-1-2015. Материалы металлические. Определение твердости по Кнупу. Часть 1. Метод испытания. – М.: Стандартинформ, 2015. - 15 с.

5.ГОСТ 9450-76. Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников. - М. : Изд-во стандартов, 1976. - 35 с.

6.Землянский А.И. Влияние конструктивно-технологических факторов на сборку приборов на основе широкозонных полупроводников (SiC и GaN) [Текст] : дис. … канд. техн. наук: 05.27.01 : защищена 19.12.17 : утв. 11.04.18 / Землянский Александр Иванович. - Воронеж, ВГТУ, 2017. - 121 с.

АО «Научно-исследовательский институт электронной техники», г. Воронеж

97

УДК 621.372

Д.С. Пермяков, Т.Г. Меньшикова

ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА ТЕРМООБРАБОТКИ

НА ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛЕНОК CuO, ПРИГОТОВЛЕННЫХ ЗОЛЬ-ГЕЛЬ МЕТОДОМ

В данной статье рассматривается влияние времени отжига при температурах 400 и 500 ˚С на электрофизические свойства пленок CuO, приготовленных золь-гель методом. Определены фазовый состав, электросопротивление, тип проводимости, оптические свойства пленок.

Интересным металлооксидным полупроводником является CuO. Нетоксичный полупроводниковый материал с проводимостью p-типа, моноклинной кристаллической решёткой [3], шириной запрещённой зоны 1,4 - 2,9 эВ [1]. Свойства сильно варьируются от метода получения. Уникальные свойства оксида меди в сочетание с возможность получения не требующими высокотехнологичного оборудования методами: пиролиз [2], золь-гель [3], термический отжиг [4], методом химической ванны [5] и т.д, сделали этот материал кандидатом для применения в газовых датчиках, солнечной энергетике, фотокаталитических расщепителях воды и других полупроводниковых приборах.

Цель данной работы – исследовать влияние времени отжига при температурах 400 и 500 ˚С на электрофизические параметры пленок CuO, изготовленных золь-гель методом на основе изопропилового спирта, уксуснокислой меди и диэтиламина.

Для приготовления тонких плёнок CuO использовался зольгель метод на основе уксуснокислой меди (Cu(CH3COO)2·H2O), изопропилового спирта (C3H8O) и диэтиламина ((CH3CH2)2NH). Ацетат меди растворялся в изопропиловом спирте в концентрации 0,1 Моль/л. Перемешивание проводилось на магнитной мешалке 1 чпри комнатной температуре. Для стабилизации раствора использовался диэтиламин, который добавлялся покапельно (0,1 мл/мин) при непрекращающемся перемешивании до молярной концентрации

98

0,01 M. После добавления диэтиламина раствор дополнительно перемешивался 30 минут. В качестве подложек использовались предметные стекла, которые были очищены дистиллированной водой и изопропиловым спиртом в ультразвуковой ванне. Нанесение плёнки осуществлялось центрифугированием при 1500 об/мин 75 секунд.

Плёнка наносилась в восемь слоев с сушкой между слоями 10 мин при 250 оС.

Образцы с плёнкой отжигались группами в квазизамкнутом объёме при 400 и 500 оС. Сопротивление образцов контролировалось в процессе отжига, с помощью пишущего мультиметра АКТАКОМ АМ-1109. Толщина пленок измерялась на интерферометре МИИ-4. Оптические параметры исследовались на спектрофотометре СПЕКС ССП-715-М. Электрические параметры измерялись четырехзондовым методом. Термозондовым методом был определен P- тип проводимости плёнок. Для исследования фазового состава плёнок была выполнена рентгеновская дифракция.

Полученные плёнки имеют усреднённую толщину 440 нм, высокую однородность и темно коричневый цвет. Рентгенофазовый анализ для образцов, полученных при 250, 400, 500 оС, показан на рис. 1.

Рис. 1. Рентгеновские спектры для образцов CuO, приготовленных при 250 и отожженных при 400 и 500 оС 1 ч

99