СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛАНАРИЗОВАННЫХ ТОНКИХ ПЛЕНОК Советский патент 1996 года по МПК H01L21/263 

Изобретение относится к технологии микроэлектроники, преимущественно технологии получения тонких пленок, и может быть использовано при получении планаризованных тонких пленок, используемых в качестве проводника в полупроводниковых интегральных схемах.

Цель изобретения повышение качества планаризованных тонких пленок за счет улучшения воспроизводимости процесса и снижения дефектности пленки.

В процессе осаждения тонкой пленки распылением при подаче на подложку ВЧ-смещения с несущей частотой F_н, например, из ряда 5,28; 13,56; 27,12; 40,68 МГц и амплитудой напряжения ВЧ-смещения U_m вследствие емкостной связи между подложкой и генератором ВЧ-смещения на подложке индуцируется отрицательное относительно плазмы тлеющего ВЧ-разряда постоянное напряжение автосмещения U_см, линейно зависящее от амплитуды приложенного напряжения U_m. Ионы инертного газа, например, аргона, ускоренные суммой этих напряжений бомбардируют поверхность подложки с энергиями, характеризуемыми средним значением E_о и шириной спектра энергий ΔE. При амплитудной модуляции ВЧ-смещения на подложке изменяется величина среднего значения энергии бомбардировки E_o ионов, увеличивается ширина спектра энергией ионов ΔE. Степень изменения этих величин определяется частотой модуляции F_м, глубиной модуляции γ, законом изменения модулирующего колебания. Глубина модуляции ВЧ-смещения с несущей частотой F_н может быть охарактеризована величиной изменения амплитуды напряжения:
γ где U_m1 и U_m2 минимальное и максимальное значения амплитуды напряжения модулированного колебания соответственно, В.

Основная для энергии ионов, бомбардирующих осажденную пленку, трансформируется в тепловые колебания атомов материала пленки и приводит к росту температуры пленки. Мощность выделяемой в пленке тепловой энергии пропорциональная величине средней энергии бомбардировки E_o ионов. Наличие на подложке напряжения с амплитудой U_m2 создает в спектре энергий бомбардировки ионов значения энергий E₂=e U_m2. Используя амплитудную модуляцию ВЧ-смещения, возможно снижение среднего значения энергий ионов E_o при сохранении ионов с энергиями E₂. Например, при синусоидальном законе изменения модулирующего колебания энергия E_o уменьшается в (1+ γ ) раз. Используя другие законы изменения модулирующего колебания, например, импульсные с большой скважностью, возможно снижение энергии E_o в 3-4 раза в сравнении с немодулированным ВЧ-смещением, что приводит к снижению количества тепловой энергии, выделяемой в пленке, и увеличивает воспроизводимость процесса за счет снижения вероятности расплавления пленки.

Широкий спектр энергий бомбардирующих ионов, в котором основная доля приходится на ионы с энергиями 100-600 эВ, а доля высокоэнергетических ионов с энергиями 800-1200 эВ невелика и составляет 0,05-0,1 от общего потока ионов, обеспечивает более высокую чистоту материала пленки за счет уменьшения глубины имплантации ионов рабочего газа, состоящего из атомов газа-аргона и атомов примесей, загрязняющих пленку.

Частота модуляции ограничивается значением F_m2, выше которого не происходит расширения спектра энергий бомбардирующих ионов, ускоренных ВЧ-смещением на подложке с несущей частотой F_н. Для типовых условий существования тлеющего ВЧ-разряда в среде аргона давлением 0,13-1,33 Па и напряжении смещения от 300 В до 1200 В верхний предел частоты модуляции F_м2 имеет значение порядка 4 МГц. Ограничение частоты модуляции определяется ограничением подвижности ионов в электрическом поле, которые за один период модуляции T₂= 1/F_м2 не успевают пересечь область катодного падения потенциала в плазме тлеющего ВЧ-разряда.

Способ поясняется схемой, представленной на чертеже, где 1 рабочая камера, 2 магнетронный источник распыления, 3 блок питания магнетрона, 4 мишень, 5 подложка с рельефной поверхностью, 6 подложкодержатель, 7 керамические элементы, 8 ВЧ-генератор, 9 согласующее устройство, 10 генератор импульсов.

Для реализации способа формирования планаризованных тонких пленок была модернизована промышленная установка типа 01НИ-7-006, предназначенная для осаждения тонких металлических пленок магнетронным распылением. Способ осуществляется следующим образом.

В рабочей камере 1 средствами откачки (не показаны) создается разреженная атмосфера, камера 1 заполняется инертным газом, например аргоном, до давления 0,27-1,33 Па, на магнетронный источник распыления 2 подается питающее напряжение от блока питания магнетрона 3. В среде инертного газа между анодом и катодом магнетронного источника распыления 2 возникает разряд, мишень 4, являющаяся катодом, подвергается ионной бомбардировке, происходит распыление материала мишени 4 и осаждение распыленных атомов на подложку 5 с рельефной поверхностью. Для подвода ВЧ-смещения к подложке 5 изменена конструкция подложкодержателя, который электрически изолируется от рабочей камеры 1 с помощью керамических элементов 7. ВЧ-смещение на подложке 5 создается подачей ВЧ-мощности от промышленного ВЧ-генератор 8, например, с рабочей частотой 13,56 МГц, на подложкодержатель 6 через согласующее устройство 9, снижающее отражения в линиях передачи ВЧ-мощности. Величина напряжения ВЧ-смещения на подложке задается величиной анодного напряжения на генераторной лампе. Напряжение ВЧ-смещения с несущей частотой F_н модулируется по амплитуде с частотой модуляции F_м подачей на управляющую сетку генераторной лампы ВЧ-генератора 8 модулирующего напряжения частотой F_м от генератора импульсов 10.

Проводилось осаждение тонкой пленки сплава Al-1% Si на кремниевую подложку 5 с рельефной поверхностью распылением из мишени 4 в разреженной среде инертного газа магнетронным источником распыления 2. В процессе осаждения на подложку 5 подавалось ВЧ-смещение с несущей частотой 13,56 МГц. Осаждение тонкой металлической пленки на подложку 5 осуществлялось в течение 400 с, ВЧ-смещение на подложку подавалось в течение 320 с. Средняя толщина осажденной на подложку 5 тонкой металлической пленки составляла 1,0 мкм. ВЧ-смещение контролировалось по величине потенциала автосмещения U_см и амплитуде приложенного напряжения. Модуляция напряжения ВЧ-смещения на подложке осуществлялась с глубиной модуляции γ и различной частотой модуляции F_м. Максимальное значение амплитуды приложенного напряжения ВЧ-смещения поддерживалось на уровне 750±15В. Качество сформированных тонких металлических пленок определялось по количеству макроскопических дефектов структуры пленки в поле зрения микроскопа при наблюдении в темном поле, а также величиной температурного коэффициента сопротивления пленки (ТКС). Сравнительные данные, полученные при осаждении тонких металлических пленок с ВЧ-смещением на подложке, модулированным по амплитуде, сведены в таблицу, где N_o и N₁ количество макроскопических дефектов структуры пленки для случая с фиксированным и модулированным по амплитуде ВЧ-смещением на подложке соответственно.

Таким образом, использование предлагаемого способа формирования планаризованных тонких пленок обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: повышение качества планаризованных пленок, улучшение воспроизводимости процесса, расширение спектра энергий бомбардирующих ионов инертного газа.

Использование: технология микроэлектроники, в частности получение тонких металлических пленок. Сущность изобретения: в способе формирования планаризованных тонких пленок модулируют частотой не более 4 МГц по амплитуде величину ВЧ-смещения на подложке в процессе осаждения тонкой металлической пленки распылением в разряженной среде инертного газа. 1 ил.

СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛАНАРИЗОВАННЫХ ТОНКИХ ПЛЕНОК, включающий осаждение тонкой пленки на подложку с рельефной поверхностью распылением в разреженной среде инертного газа, подачу на подложку высокочастотного смещения с несущей частотой F_н, отличающийся тем, что, с целью повышения качества планаризованных пленок за счет улучшения воспроизводимости процесса и снижения дефектности пленки, величину ВЧ-смещения модулируют по амплитуде с частотой F_м, не превышающей значения 4 МГц.