Способ формирования планаризованных тонких пленок

(71) Мицский радиотехнический ицститут(56) Я, бцр 1 д, 1%адпег, Б.Нээгщ 11,1.%1 эдг 1 оээ. Г 1 дпдгед 1 эоп ог зрц 11 егедЛ 1 ц пэ нэ и ш, сп 13 соп 11 цс 10 Г 1 п 1 с Гпд 1 Опд 1, 5 ср 1.1987, р.126. Чгцйес 1 81 д 1 ев Рд 1 еп 1, 1 Ч 4756810,12,07.88 1.Т.1.дпцэп 1, СЗС 14/34, МацдевГ.И. Осцовэя ралцозлектроцики, - М.: Радиои с вязь, 1985, 488, Ецгоредп Ра 1 еп 1Лрр 1 са 11 оп, 1 М 02025 , Н 011., 21/90, 1986.(54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛЛНАРИЗОВА 11 НЫХ т 011 КИХ 1 гЛ):,ЦОК (57) Использование: тсхцо:эоэ ия микродлсктроцики, в частности пол чснис тонких мстдлличсских плснок, (.уцэцость изобрстеция: в способе формирсъээ;эция плацаризоээдэцэьэх тонких пленок модулируэот частотой не более 4 МГц по амплцтудс всли чину ВЧ-смещения и;э ццлложкс в процессе осаждсния тонкой мстдлличсской плсцки распьэлением в рд.ц"ццой срсдс ицсртцого газа, 1 ил.Изобретение относится к технологии микроэлектроники, преимущественно технологии получения тонких пленок, и может быть использовано при получении планэризовэнных тонких пленок, используемых в качестве проводника в полупроводниковых интегральных схемах.Цель изобр".гения - повышение качества плэнаризованных 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 Гн, например, из ряда 5,28: 13,56; 27,12; 40.68 МГц и амплитудой напряжения ВЧ-смещения Оп вследствие емкостной связи между подложкой и генератором ВЧ-смещения на подложке индуцируется отрицательное относительно плазмы тлеющего ВЧ-разряда постоянное напряжение автосмещения Осм, линейно зависящее от амплитуды приложенного напряжения Оп. Ионы инертного газа, например, эргона, ускоренные суммой этих напряжений бомбардируют поверхность подложки с энергиями. характеризуемыми средним значением Е и шириной спектра энергий ЬЕ. При амплитудной модуляции ВЧ-смещения на подложке изменяется величина среднего значения энергии бомбардировки Ео ионов, увеличивается ширина спектра энергией ионов ЬЕ. Степень изменения этих величин определяется частотой модуляции Г, глубиной модуляции у, законом изменения модулирующего колебания. Глубина модуляции ВЧ-смещения с несущей частотой Гн может быть охарактеризована величиной изменения амплитуды напряжения:О -0пг паЭ13 +Ув 2 в 1где 0 и 02 - 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 ростутемпературы пленки. Мощность выделяемой в пленке тепловой энергии пропорциональная величине средней энергии бомбардировки Ео ионов, Наличие на подложке напряжения с амплитудой Опг создает в спектре энергий бомбардировки ионов значения энергий Е 2=е От 2. Используя амплитудную модуляцию ВЧ-смещения, возможно снижение среднего значения энергий кепч Г:, при сохранении ионов сэнергиями Е, Например, при синусоидэльном здконе изменения модулирующего колебания энергия Ео уменьшается в (1 у)5 рэз. Используя другие законы изменениямодулирующего колебания, например, импульсные с большой сквэжностью, возможно снижение энергии Ео в 34 раза всравнении с немодулированным ВЧ-смещением, что приводит к снижению количестватепловой энергии, выделяемой в пленке, иувеличивает воспроизводимость процессаза счет снижения вероятности расплавления пленки,15 Широкий спектр энергий бомбардирующих ионов, в котором основная доля приходится на ионы с энергиями 100-600 зВ. адоля высокоэнергетических ионов с энергиями 800-1200 эВ невелика и составляет20 0,05-0,1 от общего потока ионов, обеспечивает более высокую чистоту материалапленки за счет уменьшения глубины имплантации ионов рабочего газа, состоящегоиз атомов газа-аргона и атомов примесей,загрязняющих пленку.Частота модуляции ограничивается значением Еа 2, выше которого не происходитрасширения спектра энергий бомбардирующих ионов, ускоренных ВЧ-смещением на30 подложке с несущей частотой Гн, Для типовых условий существования тлеющего ВЧразряда в среде аргона давлением 0,13 - 1,33Па и напряжении смещения от 300 В до 1200В верхний предел частоты модуляции Гмг35 имеет значение порядка 4 МГц, Ограничение частоты модуляции определяется ограничением подвижности ионов вэлектрическом поле, которые за один период модуляции Тг=1 Рмг не успевают пере 40 сечь область катодного падения потенциалав плазме тлеющего ВЧ-разряда.Способ поясняется схемой, представленной на чертеже, где 1 - рабочая камера,2 - магнетронный источник распыления, 3 -45 блок питания магнетронэ, 4 - мишень, 5 -подложка с рельефной поверхностью, 6 -подложкодержатель, 7 - керамические элементы, 8 - ВЧ-генератор, 9 - согласующееустройство, 10 - генератор импульсов,50 Для реализации способа формированияпланариэованных тонких пленок была модернизована промышленная установка типа 01 НИ-006, предназначенная дляосаждения тонких металлических пленокмагнетронным распылением. Способ осуществляется следующим образом.В рабочей камере 1 средствами откачкине показаны) создается разреженная атмосфера, камера 1 заполняется инертнымгазом, например эргоном, до давления1029160 Температурный коэффициент сопротивления пленки, ТКСх 10 град Относительное количество макроскопических дефектов структуры пленки,Й 1/Йо Потенциал смещения, ам, В.750 380 380 750 750 530 530 530 1 0,82 0,78 0,87 0,98 0,84 080 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,5 0,5 0,5 104 105 4 10 5 10 104 105 105 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 5 возникает разряд, мишень 4, являющаяся катодом, подвергается ионной бомбардировке, происходит распыление материала мишени 4 и осаждение распыленных атомов на подложку 5 с рельефной поверхностью. 10 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 15 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 20 ВЧ-мощности, Величина напряжения ВЧ- смещения на подложке задается величиной анодного напряжения на генераторной лампе. Напряжение ВЧ-смещения с несущей частотой Гн модулируется по амплитуде с 25 частотой модуляции Гм подачей на управляющую сетку генераторной лампы ВЧ-генератора 8 модулирующего напряжения частотой Г от генератора импульсов 10.Проводилось осаждение тонкой пленки 30 сплава А 1 - 17 ь 51 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 35 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 Ос и амплитуде приложенного напряжения. Модуляция напряжения ВЧ-смещения на подложке осуществлялась с глубиной модуляции у и различной частотой модуляций Гм, Максимальное значение амплитуды приложенного напряжения ВЧ- смещения поддерживалось на уровне 750+15 В, 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 йо и 1 ч - 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.lг Составитель А.ДостанТехред М.Моргентал едактор О.Стенин орректор В,Петраш Заказ Тираж НПО "Поиск" 13035, Москва, Ж-;ПодписноспатентэРаущская наб., 4/5 водственно"издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Пр Формула изобретения СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛАНАРИЗОВАННЪХ 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 Г ч, ОплиугэющиГ 7 1 ем, что, с целью повьсгвения качества плларизпванных пленок за счет улучиения воспроизводимости процесса и снижения дефектности пленки, величину ВЧ-смещения модулируют по ампли 1 уде с частотой Гн, не превышающей значения 4 МГц,