Способ получения термостабильного бескислородного тонкопленочного диэлектрика Советский патент 1992 года по МПК H01B3/02 

Изобретение относится к способам получения тонкопленочных диэлектрических материалов, используемых в электронной технике при изготовлении тонкопленочных конденсаторов, электрической изоляции и т.д.

Одним из важнейших параметров диэлектрического материала является величина удельного заряда. Предельное значение величины удельного заряда равно ЕЈ0ЕПр, где 6 - относительная диэлектрическая проницаемость материала; 6о 8,85« КГ8 мкФ/см - электрическая постоянная; ЕПр электрическая прочность. Величина удельного заряда используется для оценки качества различных диэлектриков, так как позволяет определить площадь, занимаемую на подложке конденсатором с заданным рабочим напряжением. Для получения наи- .меньшей площади конденсаторов, т.е. для наибольшей интегральной плотности, необходимы наибольшие значения величины удельного заряда.

Известны тонкоплёночные диэлектрики - сегнетоэлектрики, изготавливаемые взрывным испарением или катодным распылением, обладающие высокими значениями величины удельного заряда, но имеющие плохую термостабильность.

Большей термостабильностью обладает диоксид гафния, получаемый термическим

ГО

00 О5

ю

испарением и имеющий температурный коэффициент емкости (ТКЕ), равный (1,6-3,0)-1(Г4К- ; Ј 24,5 и Епр 2,6 МВ/см. Величина удельного заряда составляет 5,6 мкКл/см2.

Основным недостатком указанных пленок является наличие в них свободного кислорода ухудшающегохарактерис-, тики приборов,в которых используются данные диэлектрические материалы. Свободный кислород вызывает, например, рост плотности поверхностных электрон17428624

10 масД NciF.j и 90 мас.% ScF, берут 82,01 г порошка ScF3 и 17,99 г порошка NdFj и перемешивают их в агатовой мельнице. Эта смесь используется для осаждения термостабильного тонкопленочного диэлектрика в вакууме при ре- зистивном нагреве. Для исследования свойств диэлектриков использовали }0 стеклянные подложки с заранее осаж- денным слоем из двуокиси олова. Посредством фотолитографии формировали систему электродов, служащих нижними обкладками тонкопленочных конденсатоных состоянии на границе раздела диэлектрик-полупроводник, где в качестве )5рОв (ТПК). Подложку и молибденовую ло- полупроводника используется арсениддочку, содержащую смесь фторидов, за- или фосфид галлия. -Поэтому в ряде слу-гружали в вакуумную камеру установки чаев необходимо использование материа-ВУП-4, где резистивным испарением лов, не содержащих кислород в качествечерез маски производили осаждение основного компонента. 20диэлектрических пленок при следующих

Наиболее близким к предлагаемомурежимах технологического процесса:

материалу является нитрид кремния, по-температура подложки 150-230°С; сколучаемый высокочастотным катодным распылением и имеющий Ј 8, Еп„ 7 МВ/см, ТКЕ (.

Недостатком известного материала является относительно низкое значение величины удельного заряда, равное 5 мк«л/смг.

рость осаждения 20-30 нм/мин; время осаждения 15-25 мин; давление в каме- 25 ре при испарении (1-3) температура испарителя 1550-1бОО°С.

Для исследования электрофизических свойств осажденных диэлектриков проводили напыление верхних электроЦель изобретения - повышение интег- ДОв из алюминия марки А99 вакуумным

ральной плотности изделии путем повышения удельного заряда термостабильного бескислородного тонкопленочного диэлектрика.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве термостабильного бескислородного тонкопленочного диэлектрика применяют твердый раствор фторидов скандия и неодима, получаемый термическим испарением в вакууме ,при еле-;

дующем содержании компонентов, масД: 40 дит к образованию твердых растворов.

Фторид скандия 17,84-82,01 Примеры 2-13. Получение тертермическим испарением через маски.

Рентгеноструктурный фазовый анализ подтвердил наличие твердого раствора в осажденной пленке. Известно, что , при термодинамически равновесном охлаж- 35 дении системы фторид скандия - фторид неодима не образуются твердые растворы. Условия осаждения пленок при термическом испарении в вакууме отличаются от квазиравновесных, что привоФторид неодима 17,,1б Пределы содержания компонентов в твердом растворе обусловлены тем, что при выходе содержания фторида неодима за границы интервала не обеспечивается повышение величины удельного заряда.

Сущность способа состоит в использовании термического испарения в вакууме композиции, содержащей фториды скандия и неодима, для получения термостабильного бескислородного тонко- пленочного диэлектрика с высоким удельным зарядом.

Пример 1, Получение термостабильного тонкогГленочного диэлектрика.

Для получения термостабильного тон- копленочного диэлектрика, содержащего

4S

мостабильных тонкопленочных диэлектриков при различном соотношении фторидов скандия и неодима.

Способ осуществляют по примеру 1, отличие состоит в количестве исходных фторидов скандия и неодима в механической смеси, используемой для осаждения пленок твердого раствора 50 фторидов.

Данные приведены в табл. 1.

В табл. 2 приведены результаты измерения электрофизических параметров

55

диэлектриков, усредненные по 360 ТПК для каждого примера. С доверительной вероятностью 0,95 результаты эксперимента отличаются от приведенных в табл. 2 не более чем на 10%.

рость осаждения 20-30 нм/мин; время осаждения 15-25 мин; давление в каме- ре при испарении (1-3) температура испарителя 1550-1бОО°С.

Для исследования электрофизических свойств осажденных диэлектриков проводили напыление верхних электро;

дит к образованию твердых растворов.

термическим испарением через маски.

Рентгеноструктурный фазовый анализ подтвердил наличие твердого раствора в осажденной пленке. Известно, что , при термодинамически равновесном охлаж- дении системы фторид скандия - фторид неодима не образуются твердые растворы. Условия осаждения пленок при термическом испарении в вакууме отличаются от квазиравновесных, что приво

мостабильных тонкопленочных диэлектриков при различном соотношении фторидов скандия и неодима.

Способ осуществляют по примеру 1, отличие состоит в количестве исходных фторидов скандия и неодима в механической смеси, используемой для осаждения пленок твердого раствора фторидов.

Данные приведены в табл. 1.

В табл. 2 приведены результаты измерения электрофизических параметров

диэлектриков, усредненные по 360 ТПК для каждого примера. С доверительной вероятностью 0,95 результаты эксперимента отличаются от приведенных в табл. 2 не более чем на 10%.

Из представленных в табл. 2 данных следует, что в диапазоне концентраций фторида неодима мас.% согласно предлагаемому способу получают матери ал, превосходящий известный материал по величине удельного заряда.

Формула изобретения

Способ получения термостабильного бескислородного тонкопленочного диэлектрика на подложке, при котором производят осаждение диэлектрической

композиции в вакууме, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью повышения интегральной плотности изделий путем повышения удельного заряда используют композицию, содержащую, мае.: Фторид скандия 17.84-82,01 Фторид неодима 17,,16 и осаждение осуществляют при резистив- ном нагреве композиции в вакууме (1-3) при температуре нагревателя 155U-1600°C на подложку, нагретую до 150-230°С, со скоростью 20-30 нм/мин.

Таблица 1

Использование: изготовление тонкопленочных диэлектриков на подложках. Цель изобретения - повышение интегральной плотности изделий путем повышения удельного заряда. Смесь фторидов скандия и неодима, взятых соответственно в количестве 17,84-82,01 и 17,99-82,16 мае.ч., испаряют в вакууме () при температуре нагревателя 1550-1600°С и осаждают на подложку, нагретую до 150-230°С, со скоростью 20-30 нм/мин. 2 табл.