Способ вакуумного напыления тонкой диэлектрической пленки

 

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 обеспечивается 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s С 23 С 14/35

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4841109/21 (22) 12.07.90 (46) 30.08.92. Бюл.¹ 32 (71) Научно-исследовательский институт

"Платан" (72) А.В,Горин, В,Е,Дегтеяа, Е.У,Корницкий и В.А.Кыласов (56) Заявка Японии N 63-140077, кл. С 23 С

14/06, С 23 С 14/34, 1988.

Способ и установка для тонкой диэлектрической пленки.

J,Fujlta и др. Large Scole АС ТЫп РНп

Electrolumlnescent Olsplay Panel.- Japan

l3lsplay 83, р. 76-79.. (54) СПОСОБ ВАКУУМНОГО НАПЫЛЕНИЯ

ТОНКОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЛЕНКИ (57} Использование: изобретение может быть использовано в планарнпй технологии производства полупроводниковых приборов для получения пассивирующих покрытий в интегральных схемах, диэлектрических пленок тонкопленочных электролюминесИзобретение относится к области пленочной микроэлектроники и может быть использовано в планарной технологий производства полуп ро водниковых и риборов 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 част« .. Ж " 1758085 А1 центных 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 coOTBpTGTBBHHo Аг:М2;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 обеспечивается за счет увеличения пробивного напряжения (до 5,5.10 В/см), снижения диэлектрических потерь (tgh--0 008) при величине диэлектрической проницаемости не менее 6-7, а также способ по изобретению повышает стабильность этих свойств, уменьшает механические напряжения, увел ич и вает адгези ю. 4 ил. ности, упоминается и о получении пленки нитрида кремния (Рзй4) 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 воэможностей за счет получения высококачественного электролюминесцентного покрытия из оксинитрида кремния.

1758085

Изобретение обеспечивает повышение качества пленок за счет увеличения пробивного напряжения (до 5,5.10 В/см), снижения диэлектрических потерь (щд =-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-азотНо-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 позволяет увеличить 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 нестехиометрического 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-х)% М2-х %02 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.3) и пленка диэлектрика вырождается в диоксид кремния с я =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 (5,5.10 В/см) и минимум по потерям (суд < 0,01), при этом о= 6,5-6,8.

Таким образом, оптимизация диэлектрических и оптических свойств дает следующее соотношение компонент в газовой смеси; 40% Ar, 53% М, 7% 0, Приведем пример реализации предлагаемого способа получения оксинитридных

45 пленок, Пленку наносят распылением кремниевой мишени диаметром 200 мм.и толщиной 8 мм на вращающуюся стеклянную подложку размером 170х140 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 аргоноазотокислородной смеси при соотношении парциальных давлений компонент

Аг/Ng/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.

Формула изобретения

Способ вакуумного напыления тонкой диэлектрической пленки, включающий рас-. пыление кремниевой мишени в плазме высокочастотного магнетронного разряда 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

17r)A085 оксинитрида кремния, в газовую смесь дополнительно вводят кислород, а осаждение

45 Я ХХ бЮ H 7Р 75 g0 85

Ры(Ag

Д, Фр

g 1 Г .7 4 Х b 7 8 У 10 fI бобержанае тспорода, %

Fuze

7 б

5 ведут при соотношении газов Лг;Ир:(1;, равном 40:5З:7 соответственно.

1758085

1б

Редактор М.Товтин

Заказ 2973 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская нэб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Е„/Ю, и/см

У 5 b 785 1011 Д

Сойрмкчие кислорода 9

СЬг 7

5 У 7 Р У а 11 а

Садержание кислорода, %

Составитель Т.Смирнова

Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова