Немагнитный сплав на основе никеля

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ НЕМАГНИТНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ(71) Заявитель Производственное республиканское унитарное предприятие Завод Транзистор(72) Авторы Турцевич Аркадий Степанович Глухманчук Владимир Владимирович Солодуха Виталий Александрович Соловьев Ярослав Александрович(73) Патентообладатель Производственное республиканское унитарное предприятие Завод Транзистор(57) Немагнитный сплав на основе никеля, включающий ванадий, отличающийся тем, что дополнительно включает платину при следующем соотношении компонентов, мас.никель 64-86 ванадий 4-6 платина 10-30. Изобретение относится к области металлургии сплавов на основе никеля и изделий,выполненных из данных сплавов, предназначенных для использования в микроэлектронике. Для обеспечения заданных контактных свойств металлизации полупроводниковых приборов и интегральных схем к кремнию зачастую используются переходные слои силицидов различных металлов. Данные слои, как правило, формируются твердофазной реакцией с кремнием тонкой металлической пленки заданного состава с кремниевой подложкой при термическом воздействии. При этом тонкие пленки наносят преимущественно методом магнетронного распыления. Расходным элементом для распыления используют катодымишени из наносимого материала, химический состав которого во многом определяет качество изделий микроэлектроники. Известно использование чистого никеля 1 для изготовления катодов-мишеней, распылением которых наносят слои металлизации. Однако данный материал характеризуется рядом недостатков. Во-первых, чистый никель обладает магнитными свойствами, что обусловливает замыкание катодом-мишенью силовых линий магнитного поля и приводит к негативным эффектам разогреву мишени и подложек, электрическим пробоям, деформации и оплавлению мишени. Все это, в свою очередь, ухудшает качество металлических пленок, а значит, ухудшаются контактные свойства переходных слоев силицидов, сформированных твердофазной реакцией с кремнием пленки никеля, что снижает выход годных диодов Шоттки, изготовленных с использованием чистого никеля. Во-вторых, переходные слои силицидов, сформированные твердо 13170 1 2010.04.30 фазной реакцией чистого никеля с кремнием, характеризуются диапазоном высоты барьера Шоттки от 0,65 до 0,75 В, что ограничивает верхний предел температурного диапазона работы диодов Шоттки, а также обусловливает снижение выхода годных диодов Шоттки,изготовленных с использованием чистого никеля. Известен немагнитный сплав на основе никеля 2, включающий 7 мас.ванадия. Поскольку добавка в чистый никель 7 мас.ванадия полностью устраняет его магнитные свойства, то катоды-мишени, изготовленные из данного сплава, не будут замыкать силовые линии магнитного поля, что повышает качество металлических пленок, что способствует улучшению контактных свойств переходных слоев силицидов, сформированных твердофазной реакцией с кремнием пленки данного сплава никеля. Однако переходные слои силицидов, сформированные твердофазной реакцией с кремнием компонентов данного сплава, также характеризуются плохими контактными свойствами, поскольку ванадий и образующиеся при твердофазной реакции с кремнием его силициды обусловливают понижение высоты барьера Шоттки. Это, в свою очередь, приводит к увеличению тока утечки, а, значит к сужению температурного диапазона работы и снижению выхода годных диодов Шоттки, изготовленных с использованием данного сплава. Наиболее близким к предлагаемому веществу является немагнитный сплав на основе никеля 3, включающий ванадий и дополнительно содержащий хром. Добавка в сплав хрома также устраняет магнитные свойства чистого никеля. Кроме того, хром и его силициды характеризуются большей высотой барьера к кремнию по сравнению с ванадием, что способствует уменьшению токов утечки. Однако и в данном случае переходные слои силицидов, сформированные твердофазной реакцией с кремнием немагнитного сплава никеля, характеризуются плохими контактными свойствами из-за малой высоты барьера Шоттки. Это обусловливает относительно высокий уровень токов утечки,а значит, узкий температурный диапазон работы и низкий выход годных диодов Шоттки,изготовленных с использованием данного сплава. Заявляемое изобретение решает задачу улучшения контактных свойств переходных слоев силицидов, сформированных твердофазной реакцией с кремнием компонентов сплава на основе никеля, расширения температурного диапазона работы, а также повышения выхода годных диодов Шоттки, изготовленных с использованием данного сплава. Сущность изобретения заключается в том, что немагнитный сплав на основе никеля,включающий ванадий, дополнительно включает платину при следующем соотношении компонентов, мас.никель 64-86 ванадий 4-6 платина 10-30. Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом показал, что заявляемый немагнитный сплав на основе никеля дополнительно включает платину при следующем соотношении компонентов, мас.никель 64-86 ванадий 4-6 платина 10-30. Решение поставленной задачи объясняется следующим образом. Никель в составе сплава является основным компонентом, определяющим качество контакта структуру переходных слоев силицидов сплава и состояние границы раздела с кремнием, а также их однородность по площади. Кроме того, никель является относительно дешевым и технологичным материалом с точкой плавления 1453 С. Если содержание никеля в сплаве будет меньше 64 мас. , то большее количество платины и ванадия приведет к ухудшению контактных свойств переходных слоев силицидов, сформированных твердофазной реакцией с кремнием компонентов сплава, из-за ухудшения однородности контакта. Кроме того, увеличение содержания в сплаве платины и ванадия экономически нецелесообразно. Если содержание никеля в сплаве будет более 86 мас. , то уменьшенное содержание пла 2 13170 1 2010.04.30 тины и ванадия приведет к неполному устранению магнитных свойств сплава, а значит, будет наблюдаться замыкание катодом-мишенью силовых линий магнитного поля. Это, в свою очередь, приведет к разогреву мишени и подложек, электрическим пробоям, деформации и оплавлению мишени и обусловит снижение качества металлических пленок, что ухудшает контактные свойства переходных слоев силицидов, сформированных твердофазной реакцией с кремнием пленки никеля, и снижает выход годных диодов Шоттки. Платина в составе сплава, предварительно нанесенного на поверхность кремниевой подложки, образует совместно с никелем переходные слои силицидов 2 и , 2 ив температурном диапазоне от 200 до 600 С. Однако в отличие от ванадия или хрома платина и ее силициды характеризуются высотой барьера Шоттки более 0,8 В. Это позволяет не только скомпенсировать снижение высоты барьера Шоттки, вносимое примесью ванадия, но и обеспечить большую суммарную высоту барьера Шоттки переходного слоя силицидов, полученных из заявляемого сплава, по сравнению с чистым никелем. В свою очередь, повышение суммарной высоты барьера Шоттки переходного слоя силицидов немагнитного сплава на основе никеля обусловливает уменьшение токов утечки. А это, в свою очередь, означает улучшение контактных свойств переходных слоев силицидов, сформированных твердофазной реакцией с кремнием компонентов сплава на основе никеля, расширение температурного диапазона работы, а также повышение выхода годных диодов Шоттки, изготовленных с использованием данного сплава. Если содержание платины в сплаве будет менее 10 мас. , то повышение суммарной высоты барьера Шоттки переходного слоя силицидов, сформированных твердофазной реакцией с кремнием компонентов сплава, не обеспечит уменьшение токов утечки диодов Шоттки с их использованием в достаточной для решения поставленной задачи степени. Содержание платины в сплаве на основе никеля более 30 мас.экономически нецелесообразно. Ванадий в составе заявляемого сплава обеспечивает устранение его магнитных свойств,поскольку без его использования сплав никель-платина теряет магнитные свойства только при содержании платины более 65 мас. , что экономически нецелесообразно. Если содержание ванадия в сплаве будет менее 4 мас. , то сплав будет характеризоваться магнитными свойствами, что приведет к замыканию катодом-мишенью силовых линий магнитного поля, разогреву мишени и подложек, электрическим пробоям, деформации и оплавлению мишени и обусловит снижение качества металлических пленок, ухудшит контактные свойства переходных слоев силицидов, сформированных твердофазной реакцией с кремнием пленки никеля, снизит выход годных диодов Шоттки. Если содержание ванадия в сплаве будет более 6 мас. , то будет наблюдаться ухудшение контактных свойств, обусловленное ухудшением однородности переходного слоя силицидов и уменьшением высоты барьера Шоттки к кремнию, приводящие к сужению температурного диапазона работы и снижению выхода годных диодов Шоттки, изготовленных с использованием данного сплава. Немагнитный сплав на основе никеля получали следующим образом. Исходные компоненты сплава никель, платину и ванадий в заданном соотношении загружали в диоксидциркониевый плавильный тигель установки Кристаллизатор-107. После герметизации рабочей камеры установки проводили откачку вакуума до уровня 13,3 Па, напуск аргона до уровня 0,1 МПа и нагрев содержимого тигля токами высокой частоты до температуры 1500 С. Затем в расплавленном состоянии сплав переливали из тигля в графитовый кокиль, откуда после охлаждения извлекалась отливка из немагнитного сплава на основе никеля. Содержание компонентов в сплаве контролировали методом рентгеновского микроанализа с помощью растрового электронного микроскопа -360 (., Великобритания) со встроенным энергетическим спектрометром 10000 (, Великобритания) с точностью 0,2-1,0 . Катоды-мишени для распыления получали путем механической обработки. Нанесение тонких пленок из немагнитного сплава на основе никеля производили магнетронным распылением на установке вакуумного напыления Оратория 29 П. Диоды Шоттки с барье 3 13170 1 2010.04.30 ром на основе переходных слоев силицидов, сформированных твердофазной реакцией с кремнием компонентов данного сплава изготавливали в соответствии с 4. В таблице представлены сравнительные характеристики диодов Шоттки в зависимости от содержания компонентов в немагнитном сплаве на основе никеля. Состав немагнитного сплава на основе Характеристики диодов Шоттки при различных составах немагнитного сплава на основе никеля сплав обладает магнитными свойствами прототип 1 - максимальную рабочую температуру определяли при обратном напряжении 45 В как температуру, при которой обратный ток не превышал 50 мА. 2 - показатель ВГ/ВГП определяли как отношение выхода годных диодов Шоттки после сборки в корпус ТО-220 относительно прототипа. Как видно из таблицы, наилучшими контактными свойствами обладают переходные слои силицидов, сформированные твердофазной реакцией с кремнием компонентов сплава на основе никеля заявляемого состава. При низком содержании платины и ванадия сплав обладает магнитными свойствами, а достигаемых улучшений недостаточно для решения поставленной задачи. При высоком содержании платины и ванадия не происходит дальнейших улучшений. Кроме того, из-за роста прямого напряжения диодов Шоттки наблюдается снижение выхода годных. Анализ таблицы показывает, что предлагаемое изобретение в сравнении с прототипом позволяет уменьшить обратный ток диодов Шоттки более чем в 85 раз, увеличить их максимальную рабочую температуру на 65-90 С, увеличить выход годных в 4,8-5,6 раз. Таким образом, предложенное изобретение позволяет решить задачу улучшения контактных свойств переходных слоев силицидов, сформированных твердофазной реакцией с кремнием компонентов сплава на основе никеля, расширения температурного диапазона работы, а также повышения выхода годных диодов Шоттки, изготовленных с использованием данного сплава. Источники информации 1. Патент 4946376, МПК Н 01 23/48, 1990. 2. Патент 4139908 А 1, МПК Н 01 23/532, 1993. 3. Патент 10288 С 1, МПК С 22 С 19/05, 2008. 4. Патент 10443 С 1, МПК Н 01 23 29/66, 2008. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4