Способ изготовления тонкопленочного конденсатора Советский патент 1984 года по МПК H01G4/08 

Изобретение относится к технологии микроэлектроники и может быть использЬвано при изготовлении гидридных интегральных микросхем. Известен способ изготовления тонкопленочного конденсатора, включающий нанесение на диэлектрическую под ложку нижнего электрода, основного диэлектрика и верхнего электрода tO Однако при подгонке конденсатора происходит значительное изменение его емкости за счет изменения площади верхней обкладки. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ изготовления тонкопленочного конденсатора, включающий последовательное нанесение на диэлектрическую подложку нижнего электрода, основног диэлектрика, верхнего электрода, про ведение электрической тренировки для увеличения электрической прочности конденсатора и нанесение защитного диэлектрика 2. Однако при этом вследствие значи тельного ( ) числа частичных пробоев МДМ-структуры тонкопленочно конденсатора происходит уменьшение емкости з.а счет испарения верхней обкладки в местах частичных пробоев Величина изменений ёмкости может достигать значений 12-15% от исходного номинала конденсатора, уто пре щает допуск. . Цель изобретения - компенсация уменьшения емкости тонкойленочного конденсатора, происходящего вследст вие элeктpичec coй тренировки. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовле ния тонкопленочного конденсатора, включающему последовательное нанесе ние на диэлектрическую подложку ниж него электрода, основного диэлектри ка, верхнего электрода, проведение электрической тренировки и нанесени защитного диэлектрика, на защитный диэлектрик наносят пленку металла, электрически соединенную с верхним электродом, а в качестве защитного диэлектрика используют материал, ди электрическая проницаемость которог связана с диэлектрической проницаемостью основного диэлектрика следующим соотношением: где - диэлектрическая проницаемость защитного диэлектрика;Ej - диэлектрическая проницаемость основного диэлектрика;d - толщина защитного диэлектрика.; dj - толщина основного диэлектрика. На фиг. 1 приведена схема, иллюстрирующая данный спосоЗ; на фиг. 2тонкопленочный конденсатор в виде его электрической модели; на фиг. 3 МДМ-структура; на фиг. 4 - конденсатор, полученный после напьшения защитного диэлектрика и пленки металла; на фиг. 5 - уравнение прямой в координатах ЛС и К. На диэлектрическую подложку 1 напыляют нижний электрод 2 тонкопленочного конденсатора, основной диэлектрик 3, верхний электрод 4 конденсатора. После этого производят электрическую Тренировку приложением напряжения к электродам конденсатора, вследствие которой происходит испарение отдельных участков верхнего электрода и расположенного под ними диэлектрика. Испарение происходит в местах 5 дефектов МЦМ-структуры. Далее напыляют защитный диэлектрик 6 и пленку металла, соединяя ее электрически с верхним электродом. Целесообразно аналитически оценить возможности предлагаемого способа с точки зрения обеспечения требуемой точности компенсации уменьшения емкости тонкопленочных конденсаторов после их тренировки. Для удобства представим тонкопленочный конденсатор (ТПК) в виде его электрической модели - плоского конденсатора с площадью перекрытия обкладок SQ, толщиной диэлектрика d, диэлектрической пoctoяннoй f(фиг. 2). В процессе электрической тренировки, как было сказано, происходит взрывообразнре испарение части верхнего электрода ТПК и диэлектрика, расположенного под ней ( л S - общее уменьщение площади перекрытия). Если провести напыление защитного диэлектрика и пленки металла, соединенной с верхним электродом ТПК, то исходный конденсатор примет следующий вид: два параллельно соединенных ТПК (Ct и С). Используя выражение для ем плоского конденсатора, можно (So-4S)-,. с, « 0,0885 С, 0,0885 Изменение емкости по отнош к исходному или расчетному мо представлено как лс (с + ср - С После подстановки йС 0,0885-/3S( - --) t-1 1 При расчетах намного удобнее поль зоваться не абсолютными значениями отклонений Л8 и ЛС, а их значениями выраженными в процентном отношении к исходным величинам, поэтому выраже ние (3) может быть приведено к виду д5(г d2- ,d-,) &С Eidi 2 d . 1. t) или дС 4SC Обозначив через К дробь -г получаем окончательное вьфажение для 5 4С 4S(K-1) Задаваясь различными значеяиями Л S и К, можно обеспечить изменение и С в достаточно широком диапазоне значений, от положительных до отрицательных по отношению к исходному. Причем всякое отношение 8,62 -i dj, при котором К 1, позволяет свести йС к нулю. Выражение (6) представляет собой уравнение прямой в координатах йС и К; представлена зависимость К f ( ЛС) для различных AS, Основным условием, при котором ЛС равно нулю, есть IL -, d. Задавая d,, g можно определить d, необходимый для получения ЛС 0. При этом можно использовать табл. 1 соотношений /6 для различных диэлектрических материалов, что позволяет определить d2 по известному d;,, и выбранному Табл. 1 содержит соотношенияE /f-, для основных, используемых в технологии гидридных интегральных схем, rpjmn диэлектрических материалов Задавшись допустимым ЛС и измерив Л5, можно выбрать как материал запщтного диэлектрика, так и требуемую его толщину. Следовательно, применяя предлагаемый способ, можно практически полностью компенсировать уменьшение емкости, происходящее вследствие электрической тренировки ТПК. Пример. ТПК на основе SiO с толщиной диэлектрика (основного,) d 0,2 мкм, площадью перекрытия алюминиевых обкладок 0,2x2 см (Сд 710 пФ) после тренировки имеет зна чение емкости С;, 695 пФ. Это соответствует Д S 27, от исходного значения. Задавшись йС 0,05%, из фиг. 5 находим К 1,025. Далее, из соображений обеспечения достаточной электрической прочности принимаем dj 3d или d - 0,6 мкм. После постановки полученных значений получаем 2 л Из табл. 1 определяем, что для Sic, использованного в качестве основного диэлектрика ТПК, можно для защитного диэлектрика применить ВузОз, который наносится, например, высокочастотным ионно-плазме нык распылением.на установке ИПУ-6-5 Для DyjO диэлектрическая постоянная равна 14. Произведем корректировку d- по фиксированному значению tzd 14-0,2 0,68 мкм. Kfj 1,025 4 Таким же образом пожно производить расчет корректировки и для условий йС 0. Для сравнения с прототипом технических данных предлагаемого способа б|,ши изготовлены 5x20 шт. ТПК с площадью перекрытия обкладок 0,25 см. Sic в качестве диэлектрика и толщиной d 0,36; 0,52; 0,73; 0,91; 1,12 мкм. После напьшения верхней обкладки все они прошли электрическую тренировку для обеспечения рабочего напряжения 20 В. При этом за счет частичных пробоев происходило уменьшение емкости. Для компенсации этих изменений на установке ИПУ-6-5 производили допьшение ПугОз толщиной d в соотношении 1,4 к d, далее напыляли вспомогательный электрод, соединяя его электрически с верхней обкладкой ТПК. . В табл. 2 приведены данные Измерения емкости ТПК на всех этапах: перед тренировкой, после тренировки и после компенсации. Таблица 2

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНОГО КОНДЕНСАТОРА, включающий последовательное нанесение на диэлектрическую подложку нижнего электрода, основного диэлектрика, верхнего электрода, проведение электрической тренировки и нанесение защитного диэлектS G рика, отличающийся тем, что, с целью повышения точности номинала конденсатора путем компенсации уменьшения погрешности емкости,.после тренировки на защитный диэлектрик наносят пленку металла, электрически соединенную с верхним электродом, а в качестве защитного диэлектрика используют материал, диэлектрическая npoHHnaeMoctb которого связана с диэлектрической проницаемостью основного диэлектрика следующим соотношением: ll ll EZ 2 g где диэлектрическая проницаемость защитного диэлектрика; 1, диэлектрическая проницаемость основного диэлектрика; d - толщина защитного диэлектри§ ка; d- - толщина основного диэлектрика. О U ел СО 01 Фи.1

Полученные С 0,72-0,96% на порядок меньше допуска на номинал емкоети, устанавливаемый для ГИС. Экономический эффект от использования изобретения обеспечивается за счет увеличения на 22% количест-, ва ГИС, отвечающих эксплуатацион- ным параметрам, при этом себестоимость изделия снижается на 20,2%.

; f

Сд

I

Фиг. 2

Фив.З