Способ изготовления омических контактов к полупроводниковым резисторам на основе моносульфида самария

 

Назначение: технология изготовления полупроводниковых термо- и тензорезисторов. Сущность изобретения: контактные площадки резисторов подвергают обработке давлением индентора. Одновременно измеряют изменение электросопротивления резистора. Воздействие прекращают, когда изменение электросопротивления уменьшится до 0,01 Ом. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технологии элементной базы электроники, в частности к технологии изготовления полупроводниковых термо- и тензорезисторов, и может быть использовано при производстве тензорезисторных датчиков механических величин.

Известен и принят способ получения омических контактов к полупроводникам n-типа, основанный на легировании приконтактной области полупроводника донорными примесями [1]. Недостатками указанного способа применительно к SmS являются необходимость введения очень большого количества примеси и высокая тугоплавкость SmS. Действительно, концентрация электронов проводимости в SmS очень велика 10¹⁹-10²⁰ см^-3, поэтому, чтобы существенно повысить качество контактов, необходимо примерно на порядок поднять ее в приконтактной области и довести до 10²⁰-10²¹ см^-3, т.е. добавить 1-10% ионов донорной примеси относительно количества ионов самария. Такое большое количество сильно сказывается на свойствах SmS и, кроме того, создается большой градиент концентрации примеси, что приводит к ее интенсивности диффузии в нелегированный объем материала, быстрому старению контактов и изменению параметров приборов. Далее многие технологические операции например легирование, сравнительно просто осуществляемые на традиционных полупроводниковых материалах (Ge, Si, GaAs) при реализации на SmS связаны с большими технологическими трудностями из-за его высокой тугоплавкости, Т_пл≈2500К.

Известен способ получения омических контактов к SmS, взятый за прототип [2], в котором контактные площадки из кобальта вакуумным напылением наносят на поверхность полупроводника и последующие слои контакта или токовводы крепят к слою кобальта. Технология эта, однако, обладает рядом недостатков, следствием которых является уменьшение выхода годных резисторов за счет неомичности контактов при производстве резисторов (тензорезисторов и барорезисторов). Недостатки эти таковы: ввиду своей химической активности кобальт при напылении разъедает материал испарителя, в результате чего он часто перегорает во время напыления; при напылении кобальтовых контактных площадок на SmS необходим нагрев образца (резистора), нарушение режима которого приводит к неомичности контактов. Здесь следует отметить, что производство резисторов на основе SmS и датчиков механических величин с применением этих резисторов должно являться достаточно гибким. Однако при переходе на одной установке от одного вида продукции к другому подбор нового режима нагрева трудоемок и на начальной стадии связан с большим количеством брака.

Целью изобретения является увеличение выхода годной продукции за счет уменьшения вероятности неомичности контактов.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе изготовления омических контактов к полупроводниковым резисторам на основе SmS путем создания контактных площадок вакуумным напылением металла на поверхность полупроводника (согласно формуле изобретения) предварительно измеряют электросопротивление резистора, участки контактной площадки подвергают механическому воздействию давлением, измеряя при этом электросопротивление, и прекращают повторять воздействия, когда изменение электросопротивления от одного воздействия не превышает 0,01 Ом, воздействие производится индентором, при этом сила, приложенная к индентору, его радиус и упругие константы связаны соотношением: для кругового плоского индентора F ≥ка², где а - радиус индентора [M], К=2,1˙10¹⁰ [Па], F - сила, приложенная к индентору [H]; для сферического индентора F≥ br² (С+ )², где r - радиус индентора [M], b - 2,18˙ 10³⁰ [Па³], b = 0,827 ˙10^-11 [Па^-1], σ- коэффициент Пуассона материала индентора, F - модуль Юнга материала индентора [Па].

а) Электросопротивление резистора должно быть предварительно изменено потому, что в противном случае невозможно наблюдать эффект от локального воздействия на контакты.

б) Участок контактной площадки должен быть подвергнут локальному механическому давлению, поскольку такое воздействие снижает сопротивление резистора за счет уменьшения контактного сопротивления.

в). После каждого цикла воздействия необходимо измерять электросопротивление резистора для того, чтобы, сравнивая результат с результатом измерения после предыдущего цикла и с начальным значением, следить за ходом процесса уменьшения контактного сопротивления. г) Прекращать повторять воздействие давлением, когда изменение электросопротивления от одного воздействия не превышает 0,01 Ом. д). Воздействие производится индентором, поскольку этот способ позволяет получать наибольшие величины деформаций в ограниченном объеме (локально) [3].

На фиг.1 изображена зависимость изменения контактного сопротивления от максимальной величины объемного сжатия индентором; на фиг.2 - зависимости изменения контактного сопротивления резистора от количества воздействий.

1,2 - электросопротивление резистора, измеренное при различных направлениях тока, в случае, когда все воздействия характеризуются сжатием Δ V>5%, 3,4 - то же для случая, когда не все воздействия приводят к Δ V>5%.

П р и м е р. Исправлением в вакууме был изготовлен пленочный резистор из толщиной 0,8 мкм в виде прямоугольника размером 3х1 мм², на концах прямоугольного резистора были напылены контактные площадки из константана размером 1х1 мм² каждая, к которым были подпаяны выводные проводники. Резистор был подключен к вольтметру В7-23, с помощью которого было измерено его начальное сопротивление, которое при различных направлениях тока равнялось 168,0 Ом и 166,4 Ом. Воздействие производилось сферическим индентором на участки контактных площадок свободных от припоя. Радиус индентора 36 мкм, сила воздействия 50 г. Было произведено 28 циклов воздействия, так как после 24-го воздействия изменение сопротивления резистора прекратилось. Конечное сопротивление резистора как прямое, так и обратное, стало равно 153,70 м.

В таблице приводятся статистические данные по нескольким партиям резисторов, изготовленных с помощью предлагаемого способа, иллюстрирующие увеличение выхода годных тензорезисторов.

Таким образом, выход годных резисторов в среднем превышает прототип более чем в 2 раза.

Кроме того оказалось, что резисторы, прошедшие обработку предлагаемым способом, имеют более низкий температурный коэффициент сопротивления (10%). Это позволило улучшить метрологические характеристики полупроводниковых резисторов из SmS применяемых, например, в качестве тензорезисторов.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОМИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ К ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМ РЕЗИСТОРАМ НА ОСНОВЕ МОНОСУЛЬФИДА САМАРИЯ, включающий выполнение контактных площадок на поверхности моносульфида самария из металла, обеспечивающего омичность контакта, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода годной продукции за счет уменьшения вероятности неомичности контактов, предварительно измеряют электросопротивление резистора, участки контактной площадки подвергают механическому воздействию давлением, повторно измеряют электросопротивление резистора и прекращают осуществлять воздействия, когда изменение электросопротивления от воздействия не превышает 0,01 Ом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздействие осуществляют круговым плоским индентором с силой F, выбранной из выражения F ≥ Ka², н, где a - радиус индентора, м; K - коэффициент, равный 2,1 · 10¹⁰, Па.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздействие осуществляют сферическим индентором с силой F, выбранной из выражения F ≥ B·rc + , н, где r - радиус индентора, м; B - коэффициент, равный 2,18 · 10³⁰, Па³; c - коэффициент, равный 0,827 · 10^-11, Па^-1;
G - коэффициент Пуансона материала индентора;
E - модуль Юнга материала индентора, Па.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3