Многослойная тонкопленочная металлизация

Полезная модель относится к устройствам многослойных систем металлизации, способных продолжительное время работать при высоких температурах, и может быть использована при производстве полупроводниковых приборов на основе широкозонных полупроводников. Полезная модель направлена на повышение устойчивости системы металлизации на основе титана и платины к высоким рабочим температурам без значительного усложнения существующего технологического процесса и внесения изменений в конструкцию аппаратуры. Это достигается тем, что в процессе магнетронного распыления титана после формирования на диэлектрической подложке адгезионного слоя, в вакуумную камеру установки напыления вводится азот. Присутствие азота в вакуумной камере на завершающей стадии процесса напыления приводит к образованию на поверхности напыленного ранее титана слоя нитрида титана. Затем в том же вакуумном цикле наносится основной токопроводящий слой платины. Нитрид титана служит барьером, препятствующим реакциям взаимодействия и образованию интерметаллических соединений при повышенных рабочих температурах между титаном и платиной.

Полезная модель относится к устройствам многослойных систем металлизации, способных продолжительное время работать при высоких температурах (до 500°С) без изменения величины электросопротивления, и может быть использована при производстве датчиков газов, микроэлектронных приборов на основе широкозонных полупроводников, таких как SiC, GaN и других.

Известно [1] устройство многослойной системы металлизации, в которой между адгезионным неблагородным металлом (Аl, Сu, Ni, Ti, Co и др.) и токопроводящим благородным металлом (Ag, Au, Pt, Pd и др.) наносится биметаллический барьерный слой, состоящий из титана и молибдена. Предлагаемый авторами [1] барьерный слой блокирует взаимную диффузию между токоведущим благородным металлом и остальными металлическими слоями и предотвращает изменение сопротивления системы металлизации в процессе эксплуатации.

Недостатком указанной системы металлизации является необходимость проведения напыления последовательно четырех разнородных металлических слоев и требует сложного дорогостоящего оборудования, что приводит к увеличению себестоимости продукции. Сведения о стабильности свойств данной системы металлизации при повышенных температурах (около 500°С) авторами [1] не приводятся.

Полезная модель направлена на повышение устойчивости системы металлизации, состоящей из адгезионного слоя титана и токопроводящего слоя платины к высоким рабочим температурам (до 500°С) путем создания разделительного слоя нитрида титана в ходе единого вакуумного технологического цикла. Положительный эффект достигается без усложнения существующего технологического процесса и внесения изменений в конструкцию аппаратуры.

Это достигается тем, что в процессе магнетронного распыления титана после формирования на диэлектрической подложке адгезионного слоя, в вакуумную камеру установки напыления вводится азот. Присутствие азота в вакуумной камере на завершающей стадии процесса напыления приводит к образованию на поверхности напыленного ранее титана слоя нитрида титана. Затем в том же вакуумном цикле наносится основной токопроводящий слой платины. Нитрид титана служит барьером, препятствующим реакциям взаимодействия между титаном и платиной и образованию интерметаллических соединений при повышенных рабочих температурах.

Сущность полезной модели поясняется на фиг.1, где схематично показан поперечный разрез сформированной системы металлизации.

На подложку из полупроводникового материала 1 с нанесенным диэлектрическим слоем 2 методом магнетронного распыления титановой мишени в плазме аргона наносится адгезионный слой титана 3 толщиной d _Тi=(0,05÷0,08) мкм. При добавлении в вакуумную камеру азота формируется барьерный слой нитрида титана 4 толщиной порядка d_ТiN=(0,05÷0,07) мкм.

Затем методом магнетронного распыления платиновой мишени в плазме аргона на подложку напыляется токопроводящий слой платины 5 толщиной d_Pt=(0,6÷0,8) мкм. Все описанные процессы напыления осуществляются на установке магнетронного распыления в едином вакуумном цикле.

Полученная таким образом многослойная система металлизации функционирует следующим образом.

Слой титана 3 обладает хорошей адгезией к покрывающим подложку материалам и обеспечивает последующим слоям надежный механический контакт с подложкой 1.

Слой платины 5 обладает хорошей токопроводящей способностью, тугоплавкостью, химической стойкостью и обеспечивает стабильность электрических свойств металлизации.

Слой нитрида титана 4 препятствует реакциям взаимодействия титана и платины и блокирует образование интерметаллических соединений, обеспечивает долговременную стабильность таких параметров металлизации, как электросопротивление, в том числе при функционировании в условиях высоких температур (до 500°С).

На фиг.2 показано относительное изменение сопротивления полученной металлизации в ходе термического отжига на воздухе при температуре 500°С.

Предлагаемая система металлизации обеспечивает значительное повышение стабильности электрических параметров тонкопленочных межсоединений в условиях высоких рабочих температур и не требует дополнительного оборудования и внесения значительных изменений в технологический процесс.

1. DiGiacomo et al., US Patent 5367195.

Многослойная тонкопленочная металлизация, состоящая из адгезионного к нижележащим материалам подложки слоя металла и обладающего хорошей электропроводностью второго слоя, отличающаяся тем, что для повышения термической стабильности параметров многослойной структуры между адгезионным и проводящим слоем формируется слой нитрида адгезионного металла толщиной (0,05÷0,07) мкм, достаточной для блокирования реакций взаимодействия и образования интерметаллических соединений при высоких рабочих температурах.