vdgtuВестник Дагестанского государственного технического университета. Технические наукиHerald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences2073-61852542-095XDaghestan State Technical University10.21822/2073-6185-2020-47-4-49-56vdgtu-876Research ArticleЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ, МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕPOWER, METALLURGICAL AND CHEMICAL MECHANICAL ENGINEERINGМетод формирования контактного слоя титан-германий для термостабилизации транзисторовMethod for forming a titanium-germanium contact layer for thermostabilization of transistorsИсмаиловТ. А.IsmailovT. A.

Исмаилов Тагир Абдурашидович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой теоретической и общей электротехники, заслуженный деятель науки РФ, Президент ДГТУ

367026, г. Махачкала, пр. И.Шамиля, 70

Tagir A.Ismailov, Dr. Sci. (Technical), Prof., Department of Theoretical and General electrical Engineering. Honored Worker of Science of the Russian Federation, President DSTU

70 I. Shamil Ave., Makhachka 367026

dstu@dstu.ruШахмаеваА. Р.ShakhmayevaA. R.

Шахмаева Айшат Расуловна, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры теоретической и общей электротехники

367026, г. Махачкала, пр. И.Шамиля, 70

 

Aishat R. Shakhmaeva, Cand.Sci. (Technical), Prof., Assoc.Prof., Department of Theoretical and General Electrical Engineering. Electrical Engineering

70 I. Shamil Ave., Makhachka 367026

frk12@mail.ruЮсуфовШ. А.YusufovSh. A.

Юсуфов Ширали Абдулкадиевич, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры теоретической и общей электротехники

367026, г. Махачкала, пр. И.Шамиля, 70

 

Shirali A. Yusufov, Cand.Sci. (Technical), Prof., Assoc.Prof., Department of Theoretical and General Electrical Engineering. Electrical Engineering

70 I. Shamil Ave., Makhachka 367026

yshirali@yandex.ruКазалиеваЭ.KazalievaE.

Казалиева Эльмира, аспирант кафедры теоретической и общей электротехники

367026, г. Махачкала, пр. И.Шамиля, 70

Elmira Kazalieva, Post-graduate student of the Department of Theoretical and General Electrical Engineering

70 I. Shamil Ave., Makhachka 367026

kazanova.em@mail.ruДагестанский государственный технический университетРоссияDaghestan State Technical UniversityRussian Federation2020200120214744956Copyright © Исмаилов Т.А., Шахмаева А.Р., Юсуфов Ш.А., Казалиева Э., 20212021Исмаилов Т.А., Шахмаева А.Р., Юсуфов Ш.А., Казалиева Э.Ismailov T.A., Shakhmayeva A.R., Yusufov S.A., Kazalieva E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.dgtu.ru/jour/article/view/876Цель

Цель. Целью исследования является получение высококачественных и воспроизводимых по электрофизическим параметрам тонкопленочных металлических слоев от технологии формирования которых, зависит надежность и качество изделий микроэлектроники - кремниевых транзисторов.

Метод

Метод. Предложен способ формирования двухслойной металлизации титан-германий для создания контакта и отвода тепла от коллекторного перехода мощных полупроводниковых транзисторов на обратной стороне пластин с сформированными структурами. Предложенный метод обеспечивает качество паяного соединения и термостабилизацию полупроводниковых приборов, увеличивая надежность работы исследуемых приборов в системах радиоэлектронной аппаратуры.

Результат

Результат. Данное сочетание напыляемых металлов обеспечивает получение надежного контакта к коллекторной области при посадке кристалла на основание корпуса, которое приводит к уменьшению сопротивления омического перехода и увеличивает процент выхода годных приборов.

Вывод

Вывод. По результатам экспериментальных исследований были получены оптимальные толщины слоев металлов напыляемых на обратную сторону кристаллов транзисторов при формировании металлизации для посадки кристаллов на основание корпуса. Исследована стабильность системы Ti-Ge. Техническим результатом исследований является повышение качества посадки за счет получения равномерного распределения слоя Ti-Ge в едином технологическом цикле при заданной температуре с определенной толщиной отдельно каждого металла.

Objective

Objective. The objective of the study is to obtain high-quality and reproducible electrophysical parameters of thin-film metal layers, the formation technology of which determines the reliability and quality of microelectronic products – silicon transistors.

Methods

Methods. A method for forming a two-layer titanium-germanium metallization to create a contact and remove heat from the collector junction of high-power semiconductor transistors on the reverse side of plates with formed structures is proposed. The proposed method ensures the quality of the soldered connection and thermal stabilization of semiconductor devices, increasing the reliability of the studied devices in radio electronic equipment systems.

Results

Results. This combination of sprayed metals provides a reliable contact to the collector area when the crystal is placed on the base of the case, which reduces the resistance of the ohmic transition and increases the output of suitable devices.

Conclusion

Conclusion. Based on the results of experimental procedures, the optimal thicknesses of metal layers deposited on the reverse side of transistor crystals were obtained during the formation of metallization to fit crystals on the base of the case. The Ti-Ge system stability is studied. The technical result of the research is to improve the quality of planting by obtaining a uniform distribution of the Ti-Ge layer in a single technological cycle at a given temperature with a certain thickness for each metal separately.

титангерманийприпоймощный полупроводниковый транзисторкристаллтермостабилизациятемпература плавлениянапылениеконтактtitaniumgermaniumsolderhigh-capacity semiconductor transistorcrystalthermal stabilizationfusion pointsputteringcontactReferencesАлиев Ш. Д., Шахмаева А. Р., Шангереева Б. А. Современные технологические методы контроля пайки // Сб. тезисов докл. XXIV итоговой науч.-техн. конф. преподавателей, сотрудников, аспирантов и студентов ДГТУ, 21-24 апр., 2003. Махачкала: ДГТУ, 2003. С. 87.Aliyev SH. D., Shakhmayeva A. R., Shangereyeva B. A. Sovremennyye tekhnologicheskiye metody kontrolya payki // Sb. tezisov dokl. XXIV itogovoy nauch.-tekhn. konf. prepodavateley, sotrudnikov, aspirantov i studentov DGTU, 21-24 apr., 2003. Makhachkala: DGTU, 2003. S. 87. [Aliev sh. D., Shakhmayeva A. R., Shangereeva B. A. Modern technological methods of soldering control // Collection of abstracts of the XXIV final scientific and technical conference of teachers, employees, postgraduates and students of DSTU, 21-24 APR., 2003. Makhachkala: DSTU, 2003. p. 87. (In Russ)]Белов А.Н., Голишников А.А., Костюков Д.А., Шевяков В.И.// Металлизация высокотемпературных кремниевых ИС на основе сплава вольфрама с титаном. Известия высших учебных заведений. Электроника. 2019.Т.24. №1. С.22-29.Belov A.N., Golishnikov A.A., Kostyukov D.A., Shevyakov V.I.// Metallizatsiya vysokotemperaturnykh kremniyevykh IS na osnove splava vol'frama s titanom. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Elektronika. 2019.T.24. №1. S.22-29. [Belov A. N., Golishnikov A. A., Kostyukov D. A., Shevyakov V. I.// Metallization of high-Temperature silicon ICS based on a tungsten-titanium alloy. Newsofhighereducationalinstitutions. Electronics. 2019.T.24. No. 1. pp. 22-29. (In Russ)]Бурмаков А.П., Кулешов В.Н.//Высоко адгезионная металлизация керамики пленками оксида титана изменяющего толщине состава. Вестник БГУ. Серия 1, Физика. Математика. Информатика. 2007. №1. С. 24-28.Burmakov A.P., Kuleshov V.N. // Vysoko adgezionnaya metallizatsiya keramiki plenkami oksida titana izmenyayushchego tolshchine sostava. Vestnik BGU. Seriya 1, Fizika. Matematika. Informatika. 2007. №1. S. 24-28. [Burmakov A. P., Kuleshov V. N. // Highly adhesive metallization of ceramics With titanium oxide films of thickness-changing composition. Bulletinof BSU. Series 1, Physics. Mathematics. Computerscience. 2007. No. 1. pp. 24-28. (In Russ)]Ванюхин К.Д., Захарченко Р.В., Сейдман Л.А., Пашков М.В., Воронова А.А., Блинов П.А., Евсеева Е.М., Миннебаев С.В.// Исследование структуры и морфологии поверхности двухслойной металлизации TI/AL. В книге: Научная сессия НИЯУ МИФИ-2014. Аннотации докладов: в 3-х томах.О.Н. Голотюк. 2014. С.85.Vanyukhin K.D., Zakharchenko R.V., Seydman L.A., Pashkov M.V., Voronova A.A., Blinov P.A., Yevseyeva Ye.M., Minnebayev S.V.// Issledovaniye struktury i morfologii poverkhnosti dvukhsloynoy metallizatsii TI/AL. V knige: Nauchnaya sessiya NIYAU MIFI-2014. Annotatsii dokladov: v 3-kh tomakh.O.N. Golotyuk. 2014. S.85. [Vanyukhin K. D., Zakharchenko R. V., Seidman L. A., Pashkov M. V., Voronova A. A., Blinov P. A., Evseeva E. M., Minnebaev S. V.// Investigation of the structure and morphology of the surface of two-layer metallization TI/AL. In the book: scientific session of MEPhI-2014. Abstracts of reports: in 3 Vol.O. N. Golotyuk. 2014. p. 85. (In Russ)]Горлов М.И., Мешкова М.А. // Формирование металлизации на обратной стороне кремниевых пластин. Вестник Воронежского государственного технического университета. 2009. Т. 5. № 1. С. 95-97.Gorlov M.I., Meshkova M.A. // Formirovaniye metallizatsii na obratnoy storone kremniyevykh plastin. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2009. T. 5. № 1. S. 95-97. [Gorlov M. I., Meshkova M. A. // formation of metallization on the reverse side of silicon plates. BulletinoftheVoronezhstatetechnicalUniversity. 2009. Vol. 5.No. 1. pp. 95-97. (In Russ)]Громов Д.Г., Мочалов А.И./ Материалы и процессы формирования систем металлизации кремниевых интегральных схем// Уч. пособие. М.: МИЭТ, 2006. С. 180.Gromov D.G., Mochalov A.I./Materialy i protsessy formirovaniya sistem metallizatsii kremniyevykh integral'nykh skhem. // Uch. posobiye. M.: MIET, 2006. S.180. [Gromov D. G., Mochalov A. I. / Materials and processes of formation of metallization systems of silicon integrated circuits//Uch. manual. Moscow: MIET, 2006. p.180. (In Russ)]Исмаилов Т.А., Алиев Ш.Д., Шахмаева А.Р.,ШангерееваБ.А. Контроль качества посадки кристалла на основание корпуса (тезисы докладов). Измерение, контроль, информатизация: сборник трудов Международной научно-технической конференции. Барнаул: АГТУ, 2004. С. 55-56.Ismailov T.A., Aliyev SH.D., Shakhmayeva A.R.,ShangereyevaB.A. Kontrol' kachestva posadki kristalla na osnovaniye korpusa (tezisy dokladov). Izmereniye, kontrol', informatizatsiya: sbornik trudov Mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii. Barnaul: AGTU, 2004. S. 55-56. [Ismailov T. A., Aliev sh. D., Shakhmayeva A. R., Shangereeva B. A. quality Control of crystal landing on the base of the case (abstracts). Measurement, control, Informatization: proceedings of the International scientific and technical conference. Barnaul: AGTU, 2004, pp. 55-56. (In Russ)]Исмаилов Т.А., Шахмаева А.Р. Транзисторные структуры силовой электроники. СПб.Политехника, 2011. 125 с.Ismailov T. A., Shakhmayeva A. R. Tranzistornyye struktury silovoy elektroniki. SPb: Politekhnika, 2011. 125 s. [Ismailov T. A., Shakhmayeva A. R. Transistor Structures of power electronics. SaintPetersburg: Politechnika, 2011. 125 p. (In Russ)]Исмаилов Т.А., Шахмаева А.Р. Экспериментальное исследование и оптимизация технологического процесса формирования контакта к коллекторной области кремниевых транзисторов// Базовые процессы формирования активных областей структуры мощных кремниевых транзисторов. Спб.:Политехника, 2009. С. 119.Ismailov T.A., Shakhmayeva A.R. Eksperimental'noye issledovaniye i optimizatsiya tekhnologicheskogo protsessa formirovaniya kontakta k kollektornoy oblasti kremniyevykh tranzistorov// Bazovyye protsessy formirovaniya aktivnykh oblastey struktury moshchnykh kremniyevykh tranzistorov. Spb.: Politekhnika, 2009. S. 119. [Ismailov T. A., Shakhmayeva A. R. experimental research and optimization of the technological process of forming a contact to the collector region of silicon transistors// Basic processes of formation of active regions of the structure of high-power silicon transistors. SPb.: Politechnika, 2009, P. 119. (In Russ)]Колпаков А. Новые технологии расширяют горизонты силовой электроники//Компоненты и технологии. 2007. № 4.Kolpakov A. Novyye tekhnologii rasshiryayut gorizonty silovoy elektroniki//Komponenty i tekhnologii. 2007. № 4. [Kolpakov A. New technologies expand the horizons of power electronics//Components and technologies. 2007. № 4. (In Russ)]Ланин В. Паяемость выводов электронных компонентов//Технологии в электронной промышленности. 2010. № 4.Lanin V. Payayemost' vyvodov elektronnykh komponentov//Tekhnologii v elektronnoy promyshlennosti. 2010. № 4. [Lanin V. Solderability of electronic component leads//Technologies in the electronics industry. 2010. № 4. (In Russ)]Климачев И.И., Литвинова Т.В., Сидоренко С.И. Исследование стабильности системы Cr-Cu-Ni-Au, со слоями, полученными электролитическим осаждением. Микроэлектроника. 1994, Т.23. Вып.2. с. 91-95. Мазель Е.З., Пресс Ф.П. Планарная технология кремниевых приборов. Москва, «Энергия», 1974 г., стр. 318-321.Klimachev I.I., Litvinova T.V., Sidorenko S.I. Issledovaniye stabil'nosti sistemy Cr-Cu-Ni-Au, so sloyami, poluchennymi elektroliticheskim osazhdeniyem. Mikroelektronika. 1994, T.23. Vyp.2. s. 91-95. [Klimachev I. I., Litvinova T. V., Sidorenko S. I. stability study of the Cr-Cu-Ni-Au system with layers obtained by electrolytic deposition. Microelectronics, 1994, Vol. 23, issue 2, pp. 91-95. (In Russ)]Мазель Е.З., Пресс Ф.П. Планарная технология кремниевых приборов. Москва, «Энергия», 1974 г., стр. 318-321.Mazel' Ye.Z., Press F.P. Planarnaya tekhnologiya kremniyevykh priborov. Moskva, «Energiya», 1974 g., str. 318-321. [Mazel E. Z., Press F. P. Planar technology of silicon devices. Moscow, Energia, 1974, pp. 318-321. (In Russ)]Патент 2460168 (RU), H 01 L 21/52. Способ пайки кристаллов на основе карбида кремния / В. В. Зенин, В. И. Бойко, А. В. Кочергин, Б. А. Спиридонов, А. В. Строгонов; опубл. 27.08.2012. Бюл. № 19.Patent 2460168 (RU), H 01 L 21/52. Sposob payki kristallov na osnove karbida kremniya / V. V. Zenin, V. I. Boyko, A. V. Kochergin, B. A. Spiridonov, A. V. Strogonov; opubl. 27.08.2012. Byul. № 19. [Patent 2460168 (RU), H 01 L 21/52. Method for soldering crystals based on silicon carbide / V. V. Zenin, V. I. Boyko, A.V. Kochergin, B. A. Spiridonov, A.V. Strogonov; publ. 27.08.2012. Byul. no. 19. (In Russ)]Патент РФ №2375787 «Способ посадки кремниевого кристалла на основание корпуса»/Т.А. Исмаилов, Б.А. Шангереева, А.Р. Шахмаева. Опубл.10.12.2009. Бил. №34.Patent RF №2375787 «Sposob posadki kremniyevogo kristalla na osnovaniye korpusa»/T.A. Ismailov, B.A. Shangereyeva, A.R. Shakhmayeva. Opubl.10.12.2009. Bil. №34. [ Patent of the Russian Federation No. 2375787 "Method for planting a silicon crystal on the base of the case" /T. A. Ismailov, B. A. Shangereeva, A. R. Shakhmayeva. Publ.10.12.2009. Bill. No. 34. (In Russ)]Патент 2007127165/28 РФ, МПК H01L 21/283. Способ формирования контактного слоя титан-германий / Т. А. Исмаилов, А. Р. Шахмаева, Б. А. Шангереева. Опубл.10.01.2009. Бюл. №1.Patent 2007127165/28 RF, MPK H01L 21/283. Sposob formirovaniya kontaktnogo sloya titan-germaniy / T. A. Ismailov, A. R. Shakhmayeva, B. A. Shangereyeva. Opubl.10.01.2009. Byul. №1. [Patent 2007127165/28 of the Russian Federation, IPC H01L 21/283. A method of forming a contact layer of titanium-germanium / T. A. Ismailov, A. R. Shakhmaeva, B. A. Shangareeva.Publ.10.01.2009. Byul. No. 1. (In Russ)]Сенько С.Ф., Белоус А.И., Плебанович В.И.// Способ изготовления системы металлизации кремниевых полупроводниковых приборов. Патент на изобретение RU 2333568 C1, 10.09.2008. Заявка №200614979/28 от 04.12.2006.Sen'ko S.F., Belous A.I., Plebanovich V.I.// Sposob izgotovleniya sistemy metallizatsii kremniyevykh poluprovodnikovykh priborov. Patent na izobreteniye RU 2333568 C1, 10.09.2008. Zayavka №200614979/28 ot 04.12.2006. [Senko S. F., Belous A. I., Plebanovich V. I.// Method for manufacturing a metallization system for silicon semiconductor devices. The patent for the invention EN 2333568 C1, 10.09.2008. Application no. 200614979/28 dated 04.12.2006. (In Russ)]Шахмаева А.Р. Оптимизация технологии посадки кристалла кремниевого транзистора на основание корпуса // Проектирование и технология электронных средств, 2006. №4. С.26-27.Shakhmayeva A.R. Optimizatsiya tekhnologii posadki kristalla kremniyevogo tranzistora na osnovaniye korpusa // Proyektirovaniye i tekhnologiya elektronnykh sredstv, 2006. №4. S.26-27. [Shakhmayeva A. R. Optimization of the technology for plac ing a silicon transistor crystal on the base of the case // Design and technology of electronic means, 2006, No.4.pp. 26-27. (In Russ)]Jacobs, B. Optimisation of the Ti/Al/Ni/Au ohmic contact on AlGaN/GaN FET structures. / B. Jacobs, M. C. J. C. M. Kramer, E. J. Geluk, F. Karouta // J. Cryst. Growth. 2002. Vol. 241. рр. 15-18.Jacobs, B. Optimisation of the Ti/Al/Ni/Au ohmic contact on AlGaN/GaN FET structures. / B. Jacobs, M. C. J. C. M. Kramer, E. J. Geluk, F. Karouta // J. Cryst. Growth. 2002. Vol. 241. рр. 15-18.Liu, Q. Z. A review of the metal−GaN contact technology / Q. Z. Liu, S. S. Lau // Solid State Electron. 1998. Vol. 42, No 5. pp. 677-691.Liu, Q. Z. A review of the metal−GaN contact technology / Q. Z. Liu, S. S. Lau // Solid State Electron. 1998. Vol. 42, No 5. pp. 677-691.Wang C., Cho S.-J., Kim N.-Y. Optimization of ohmic contact metallization process for AlGaN/GaN high electron mobility transistor.Transactions on Electrical and Electronic Materials. 2013, Vol.14, № 1, pp. 32-35.Wang C., Cho S.-J., Kim N.-Y. Optimization of ohmic contact metallization process for AlGaN/GaN high electron mobility transistor.Transactions on Electrical and Electronic Materials. 2013, Vol.14, № 1, pp. 32-35.Yoon S., Bang J., Lee H., Oh J. Interfacial AlN formation of Si/Ti/Al/Cu Ohmic contact for AlGaN/GaN high-electronmobility transistors. Microelectronic Engineering. 2016, No. 151, pp. 60-63.Yoon S., Bang J., Lee H., Oh J. Interfacial AlN formation of Si/Ti/Al/Cu Ohmic contact for AlGaN/GaN high-electronmobility transistors. Microelectronic Engineering. 2016, No. 151, pp. 60-63.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.