Способ получения термостабильного бескислородного тонкопленочного диэлектрика

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЩ4АЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (gl)g Н 01 В 3/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ(СВМДА П="ЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕККЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbtTHAM

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4835433/07 (22) 06.06.90 (46) 23.06.92. Бюл. N 23 (71) Одесский политехнический инсти" тут (72) Ю.Г. Сухарев, В.И. Цацко, P.Ë. Магунов и А.В.Андриянов (53) 621.315(088,8) (56) Технология тонких пленок./Под ред. Л. Мейссела. - И.: Сов. радио, 1977, т. 2, с. 629-630.

Томашпольский Ю.Я. Пленочные сегнетодиэлектрики."M. Радио и связь.

1984, с.192. .Арсенид галлия в микроэлектронике. - И.: Мир, 1988., с. 167.

Boudveau R.À. Techniques for dielectric strength monitoring in Electго1ипппезсепс display manufacture.SID Int. Symp., Aneheim., Calif

Иву 24-26, 1988.

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 ди" электрического материала является ве.личина удельного заряда. Предельное значенйе величины удельного заряда равно E.f0 Åÿ,, где E. - относительная диэлектрическая проницаемость материа" ла; E< = 8,8) 10 мкф/см - электричес" кая постоянная; E электрическая прочность. Величина удельного заряда используется для оценки качества раз. „SU„„1742862

2 (4) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРИОСТАБИЛЬНОГО

БЕСКИСЛОРОДНОГО ТОНКОПЛЕНОЧНОГО ДИЭЛЕКТРИКА (7) 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 мас.ч., испаряют s вакууме (1 3) ° 10 Па при температуре нагревателя 1ЯО-1600 С и осаждают на подложку, нагретую до 150"230 С, со скоростью 20-30 нм/мин. 2 табл.

3 личных 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 тонкопленочные диэлектри- е ки - сегнетоэлектрики, изготавливаемые взрывным испарением или катодным Ъ. распылением, обладающие высокими значениями величины удельного заряда, но имеющие плохую термостабильность.

Большей термостабильностью обладает диоксид гафния, получаемый термическим

174286 испарением и имеющий температурный коэффициент емкости (ТКЕ), равный. (1,6"3 О) ° 10 К ; E = 24,5 и Е„г=

2,6 MB/см. Величина удельного заряда соста вляет 5, 6 мкКл/см

Основным недостатком указанных пленок является наличие в них свободного кислорода,ухудшающегохарактерис-; тики приборов,в которых используются данные диэлектрические материалы. Сво" бодный кислород вызывает, например, рост плотности поверхностных электронных состояний на границе раздела диэлектрик"полупроводник, где в качестве 15 полупроводника используется арсенид или фосфид галлия. -Поэтому в ряде случаев необходимо использование материалов, не содержащих кислород в качестве основного компонента. 20

Наиболее близким к предлагаемому материалу является нитрид кремния, получаемый высокочастотным катодным .распылением и имеющий Е = 8, Ед,=

= 7 ИВ/см, ТКЕ = 4 10 К

Недостатком известного материала является относительно низкое значение величины уд льного заряда, равное

5 мкКл/см .

Цель изобретения " повышение интегральной плотности иэделий путем повышения удельного заряда термостабильного бескислородного тонкопленочного диэлектрика.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве термостабильного бес- 35 кислородного тонкопленочного диэлектрика применяют твердый раствор фторидов скандия и неодима, получаемый термическим испарением в вакууме .при следующем содержании компонентов, мас.l; 40

Фторид скандия 17,84-82,01

Фторид неодима 17,99-82,16

Пределы содержания компонентов в твердом растворе обусловлены тем, что при выходе содержания фторида неодима 15 за границы интервала не обеспечивается повышение величины удельного заряда.

Сущность способа состоит в использовании термического испарения в вакууме композиции, содержащей фтори- 50 ды скандия и неодима, для получения термостабильного бескислородного тонко-. ппеночного диэлектрика с высоким удеЛьным зарядом..

Пример 1. Получение термоста6Ильного тонкопленочного диэлектрика.

Цля получения термостабильного тонкопл ночного диэлектрика, содержащего

4

10 мас ° 4 NdF и 90 мас."", ScF>, берут с2,01 г порошка ScF> и 17,99 r порошка NdF>,è перемешивают их в агатовой мельнице, Эта смесь используется для осаждения термостабильного тонкопленочного диэлектрика в вакууме при ре" зистивном нагреве. Для исследования свойств диэлектриков использовали стеклянные подложки с заранее осажденным слоем из двуокиси олова. Посредством фотолитографии формировали систему электродов, служащих нижними обкладками тонкопленочных конденсаторов (ТПК). Подложку и молибденовую лодочку, содержащую смесь фторидов, загружали в вакуумную камеру установки

ВУП-4, где резистивным испарением через маски производили осаждение диэлектрических пленок при следующих режимах технологического процесса: температура подложки 150-230"С; скорость осаждения 20-30 нм/мин; время осаждения 15-25 мин; давление в камере при испарении (1-3) 10 Па; темпе" ратура испарителя 1550-1600 С.

Для исследования электрофизических свойств осажденных диэлектриков проводили напыление верхних электродов из алюминия марки А99 вакуумным термическим испарением через маски.

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

Пример ы 2-13. Получение термостабильных тонкопленочных диэлектриков при различном соотношении фто" ридов скандия и неодима.

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

Данные приведены в табл. 1.

В табл, 2 приведены результаты из" мерения 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 103.

5 . 1742862 6

Из представленных в табл. 2 данных композиции в вакууме, о т л и ч а юследует, что в диапазоне концентраций шийся тем, что, с целью повышения фторида неодима 30-90 мас.Ф согласно - и егральной плотности иэделий путем предлагаемому способу получают. матери" повышения удельного заряда используют ал, превосходящий известный материал композицию, содержащую, мас ., 5 ф ° по величине удельного заряда. . Фторид скандия 17,84-82,01

Фторид неодима - 17,99-82, 16 ф о р и у л а q э о б p e т е н и я и осаждение осуществляют при Реэистив" ном нагреве композиции в вакууме

Способ получения термостабильного (1-3) 10 Па при температуре нагревабескислородного тонкопленочного ди- .теля 1550-1600 С на подложку, нагрео электрика на подложке, при котором тую до 150"230 С, со скоростью производят осаждение диэлектрической 20-30 нм/мин. !

Та бли.ца

Концентрация

Содержание в смеси, r

Пример

Фторид скандия фторид неодима

66,96

6О,32

54,17

43,18

33,63

25,25

17,84

11,24

5 33

2,60

О, 00.

100,00

100,00

0,00

100.0

12

Табли ца 2

Концентрация, мас. ю

TKE !О

cga 10%

Espâ

ИВ/см

Пример

fgE ар мкКл см

Фтормд". скандия

Фторид неодима. 5,8 22

7,0 28

7,5 26

9,3 .23

9,7 26

10 2 23

11,0 25

11 4 27

11,8 25 12,2 25

12,2 . 25

12,5 .720

4,2 8 ю ю

««юююю

2

4

6

8

11

12

50 .

0

100

3

5

7

9

70.

80 .90

33,04

39,68

45 83

56,82

66,37

74, 75

82, 16

88,76

94,67

97,40

4,2

4,6

4,3

4,2

4,4

4,7

",3

4,8

4,6

4,4

4,8

6,4

3,8 ю юю ЮююV« юю ююю«юю

6,0 3,08.62 . -384

:62 412

6,4 . 5,27

6,5 . 5,58

6,2 5,60

64 . 623

6,8 6,86

6,7 7,00

6,6 7,13

4,5 4,86

3,3 3,65

5,2 1,93 е е ееюеюю