Способ вакуумного напыления тонкой диэлектрической пленки Советский патент 1992 года по МПК C23C14/35 

Изобретение относится к области пленочной микроэлектроники и может быть использовано в планарной технологии производства полупроводниковых приборов для получения пассивирующих покрытий в интегральных схемах, диэлектрических пленок тонкопленочных электролюминесцентных структур, пленок для многокомпонентных композиций, применяемых в качестве элементов конструкций интегральной оптики.

В качестве прототипа выбран способ, посвященный получению диэлектрической пленки из оксидов, нитридов, карбидов, распылением мишеней из алюминия и кремния В различных реактивных средах, в частности, упоминается и о получении пленки нитрида кремния (Si3N4) в смеси аргон-азот, пленки нитрида кремния, полученные этим способом, имеют хорошие диэлектрические и оптические свойства, но из-за больших механических напряжений, неудовлетворительной адгезии к различным материалам, а также из-за эффекта деградации диэлектрических свойств в процессе эксплуатации эти пленки не нашли применения в устройствах отображения информации на основе тонкопленочной электролюминесценции.

Цель изобретения - расширение технологических возможностей за счет получения высококачественного электролюминесцентного покрытия из оксинитрида кремния

X СЛ 00 О 00 СЛ

Изобретение обеспечивает повышение качества пленок за счет увеличения пробивного напряжения (до 5,5.106 В/см), снижения диэлектрических потерь (igd -0,008) при величине диэлектрической проницаемости не менее 6-7, повышение стабильности этих свойств, уменьшение механических напряжений, увеличение адгезии.

Поставленная цель достигается заменой аргоно-азотной смеси на аргоно-азот- но-кислородную и подбором соотношений газов, обеспечивающего оптимальное сочетание диэлектрических оптических и механических свойств получаемой пленки. Введение кислорода в пленку диэлектрика и оптимизация отношения парциальных давлений газовых компонент позволяетуве- личить адгезию, резко уменьшить внутренние напряжения в пленке и получить оптимальное сочетание диэлектрических и оптических свойств получаемой пленки.

На фиг.1 показана зависимость коэффициента поглощения пленки диэлектрика от содержания азота в смеси аргон-азот. Зависимость имеет явный минимум соответствующий 60% азота (40% Аг). Резкое повышение коэффициента поглощения с уменьшением содержания азота (с повышением содержания аргона), по-видимому, связано с появлением в пленке нестехио- метрического кремния. При содержании азота более 60% коэффициент поглощения также возрастает, хотя и не так резко, что, по-видимому, связано с избытком азота в пленке. Таким образом, оптимальное соотношение аргон-реактивный газ 40%:60%.

На фиг.2 показана зависимость коэффициента поглощения от содержания в смеси 40%Ar-(60-x)% Na-x %Оа кислорода. При содержании кислорода менее 6% коэффициент поглощения начинает резко возрастать, при увеличении кислорода более 7% возрастание незначительное, но при этом резко падает коэффициент преломления (фиг.З) и пленка диэлектрика вырождается в диоксид кремния с е 3,8-4,0.

На фиг.4 показана зависимость диэлектрических свойств пленки оксинитрида кремния от содержания кислорода в смеси. При содержании кислорода в смеси равном 7% имеем максимум по электрической прочности (5,5.106 В/см) и минимум по потерям (дд 0,01), при этом е 6,5-6,8.

Таким образом, оптимизация диэлектрических и оптических свойств дает следующее соотношение компонент в газовой смеси: 40% Аг, 53% №, 7% 02

Приведем пример реализации предлагаемого способа получения оксинитридных

пленок. Пленку наносят распылением кремниевой мишени диаметром 200 мм и толщиной 8 мм на вращающуюся стеклянную подложку размером 170x140 мм, покрытую

прозрачной токопроводящей пленкой на основе смеси окислов индия и олова, При этом используется ВЧ-магнетронное устройство с диаметром магнитной системы 200 мм, выполненной на основе самарий-кобальтовых магнитов. Частота ВЧ-поля 13,56 МГц, величина магнитного поля над поверхностью мишени 0,08 Тл автоматическое смещение на мишени 700-800 В. Расстояние мишень-подложка составляет 200 мм, температура подложки в процессе нанесения поддерживается равной 200°С, Распыление кремниевой мишени производят в аргоно- азотокислородной смеси при соотношении парциальных давлений компонент

Аг/№/02 40/53/7 и общем давлении 3.10 мм рт.ст. Скорость осаждения напыляемых пленок 400-500 А/мин, толщина напыленных пленок 0,1-0,3 мкм. Установка содержала устройство оптического контроля позволяющее получить пленки заданной толщины.

Использование способа позволяет получать оксинитридные пленки на подложках сравнительно большой площади, обладающие следующими преимуществами по сравнению с пленками, получаемыми существующими способами (прямое азотирование, химическое и плазмохимическое осаждение, ВЧ-магнетронное распыление

керамической мишени): оптимальные электрофизические характеристики (максимальная электрическая прочность, близкие к минимальным диэлектрические потери, достаточно высокая диэлектрическая проницаемость) при высокой оптической прозрачности; высокая равномерность характеристик по площади подложки; высокая производительность и хорошая воспроизводимость параметров; низкие механические напряжения и хорошая адгезия к широкому классу диэлектрических и полупроводниковых материалов.

50

Формула изобретения

Способ вакуумного напыления тонкой диэлектрической пленки, включающий распыление кремниевой мишени в плазме высокочастотного магнетронного разряда 5 ионами газовой смеси, содержащей аргон и азот, и осаждение распыленного материала на подложку, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей за счет получения высококачественного диэлектрического покрытия из

оксинитрида кремния, в газовую смесь до- ведут при соотношении газов At N2 (Ъ. ian полнительно вводят кислород, а осаждение ном 40:53 7 соответственно

Использование: изобретение может быть использовано в пленарной технологии производства полупроводниковых приборов для получения пассивирующих покрытий в интегральных схемах, диэлектрических пленок тонкопленочных электролюминесцентных структур и т.п. Сущность: изобретение позволяет в результате введения кислорода в газовую аргоно-азотную смесь ВЧ магнетронного разряда при распылении кремниевой мишени с поддержанием соотношения газов соответственно Аг№,02 равным 40:53:7, получить высококачественные электролюминесцентные покрытия из оксинитрида кремния за счет обеспечения оптимального сочетания диэлектрических и механических свойств получаемой пленки Повышение качества пленок обеспечивает- ся за счет увеличения пробивного напряжения (до 5,5.10 В/см), снижения диэлектрических потерь ( -л 008) при величине диэлектрической проницаемости не менее 6-7, а также способ по изобретению повышает стабильность этих свойств, уменьшает механические напряжения, yвeличивaeY адгезию. 4 ил. сл

,%

7- 6

54

J

21-т-i i i

т-i-г

1-г

15 50 55 60 65 70 75 80 85 90 ft

Фиг.1

,%

10

9 8 7

6 5- ii- 1у

10123

4 5 6 7 в 9 10 ft Содержание кислорода, % Фиг. 2

т-i-г

1-г

ft

4г + Нг

,%

л

l

t,9

16V-6- t,51 2 J 4 56 7 8 9 Ю 1112 Содержание xucsopoffa, & ФигЗ

Ґ

fyW

в/см

4

4f7

6- 5- 4 JT

2

1

Ґ