Способ изготовления тонкопленочного конденсатора

СОЮЗ СОВЕТСНИХсаицаппщепаРЕСПУБЛИК 1511 Н 01 С 4/08 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Фя .М,032/1 2.83 7.84.Готр вский ин тизинскийина политехинского комтельство СССР/00, 1968 кНекоторыеособенностей- диэлектрик -техника",с. 16-21. соотношениго диэлектрика следем: ЕсЕ 2 де Е - диэлектрическ ость проницаектрика;проницаектрика;го диэлек КОПЛЕпо защитного диэл диэлектрическа основного диэл с лектрида, ос- элект- трени- лектриИ- толщина за 2 - толщина основ го диэлек ГОСУДЮ СТВЕНИЦЙ НОМИТЕТ СССРГО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) 1. Авторское свидВ 288153, кл. Н 01 С 12, Карасев В,И. и дтехнические приложенияпробоя структур металлметалл. - "Электроннаясер. 111, 1972, вып. 2(54) (57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТО НОЧНОГО КОНДЕНСАТОРА, включающий следовательное нанесение на ди ческую подложку нижнего электр ионного диэлектрика, верхнего рода, проведение электрической ровки и нанесение защитного ди 801104595. А ика, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности номинала конденсатора путем компенсацииуменьшения погрешности емкости, послетренировки на защитный диэлектрик наносят пленку металла, электрическисоединенную с верхним электродом, ав качестве защитного диэлектрика используют материал, диэлектрическаяпроницаемость которого связана с диэлектрической проницаемостью основно595где ЕЬ А г 1 г 11104Изобретение относится к технологии микроэлектроники и может быть использовано при изготовлении гидридных интегральных микросхем.Известен способ изготовления тонкопленочного конденсатора, включающий нанесение на диэлектрическую подложку нижнего электрода, основного диэлектрика и верхнего электрода 1 3Однако при подгонке конденсатора1 О происходит значительное изменение его емкости за счет изменения площади верхней обкладки.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является. способ изготовления тонкопленочного конденсатора, включающий последова" тельное нанесение на диэлектрическую подложку нижнего электрода, основного диэлектрика, верхнего электрода, проведение электрической тренировки для увеличения электрической прочности конденсатора и нанесение защитного диэлектрика 2 1Однако при этом вследствие значительного ( " 1000) числа частичных пробоев 1 ЯМ-структуры тонкопленочного конденсатора происходит уменьшение емкости за счет испарения верхней обкладки в местах частичных пробоев. Величина изменений емкости может30 достигать значений 12-157 от исходного номинала конденсатора, что превышает допуск.Цель изобретения - компенсация уменьшения емкости тонкопленочного конденсатора, происходящего вследствие электрической тренировки. Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу изготовления тонкопленочного конденсатора, включающему последовательное нанесение на диэлектрическую подложку нижнего электрода, основного диэлектри" ка, верхнего электрода, проведение электрической тренировки и нанесение защитного диэлектрика, на защитный диэлектрик наносят пленку металла, электрически соединенную с верхним электродом, а в качестве защитного диэлектрика используют материал, диэлектрическая проницаемость которого связана с диэлектрической проница" емостью основного диэлектрика следующим соотношением: 55 2диэлектрическая проница)емость защитного диэлектрика;диэлектрическая проницаемость основного диэлектрика;толщина защитного диэлектрика.,;толщина основного диэлектрика. На фиг. 1 приведена схема, иллюстрирующая данный способ; на фиг.2 -тонкопленочный конденсатор в видеего электрической модели; на фиг. 3 -1 ЩМ-структура; на фиг, 4 - конденсатор, полученный после напыления защитного диэлектрика и пленки металла;на фиг. 5 - уравнение прямой в координатах дС и К,На диэлектрическую подложку 1 напыляют нижний электрод 2 тонкопленочного конденсатора, основной диэлектрик 3,верхний электрод 4 конденсатора. Пос"ле этого производят электрическуютренировку приложением напряженияк электродам конденсатора, вследствиекоторой происходит испарение отдельных участков верхнего электрода и расположенного под ними диэлектрика. Испарение происходит в местах 5 дефектов МЦМ-структуры. Далее налыляют защитный диэлектрик 6 и пленку металла 3,соединяя ее электрически с верхнимэлектродом.Целесообразно аналитически оценитьвозможности предлагаемого способа сточки зрения обеспечения требуемойточности компенсации уменьшения емкости тонкопленочных конденсаторовпосле их тренировки.Для удобства представим тонкопленочный конденсатор (ТПК) в виде егоэлектрической модели - плоского конденсатора с площадью перекрытия обкладок 3 , толщиной диэлектрика Й диэлектрической постоянной Г(фиг. 2),В процессе электрической тренировки, как было сказано, происходит взрывообразное испарение части верхнегоэлектрода ТПК и диэлектрика, расположенного под ней ( д Б - общее уменьше"ние площади перекрытия).Если провести напыление защитногодиэлектрика и пленки металла, соединенной с верхним электродом ТПК, тоисходный конденсатор примет следующийвид: два параллельно соединенных ТПК,3Используя выражение для емкостиплоского конденсатора, можно записатьС " 0,0885 -(1)С = 0,0885гС, - 0,085 ф"Изменение емкости по отношению 10к исходному или расчетному может бытьпредставлено как ЬС= (С, +Сг) -Со (2) После подстановки (1) в (2) полу" 15 чимЬЗадаваясь различными значениями 4 8 и К, можно обеспечить изменение Ь С в достаточно широком диапазоне значений, от положительных до отрицательных по отношению к исходному. Причем всякое отношение Е с , д , д , при котором К = 1, позволяет свести ьС к нулю. Выражение (6) представляет собойуравнение прямой в координатах ЬСи К; представлена зависимость К =ЬС О, 0885 д Я( - - - -) (3)Ег Е 1ЕдПри расчетах намного удобнее пользоваться не абсолютными значениями отклонений ЬЯ и ьС, а их значениями, выраженными в процентном отношении . к исходным величинам, поэтому выражение (3) может быть приведено к видуС Ь 8( г г-)(4)Е(11или ЬС = ЬБ( -- - - 1) (5)Ег с 3 Обозначив через К дробьОгполучаем окончательное выражение дляЛСОсновным условием, при которомЬС равно нулю, есть Ег дгЕ 1(7) Задавая й Е Ег, можно определить д, необходимый для получения ЬС = О. При этом можно испольэовать табл. 1 соотношений Е /Е для различных диэлектрических материалов, что позволяет определить 62 по известному д, и выбранному Ег /Е(Табл. 1 содержит соотношенияЕг/Е для основных, используемых в технологии гидридных интегральных схем, групп диэлектрических материалов,щ Цсч О О О ОО Оч сЧ сЧ ОСС щ; Оя яа йс ж1104595 равна 14. Произведем корректировкуЙ по фиксированному значениюЕяс 1 14 0,2: ф = 0 68 нкм.КГ 1,025 4 Таким же образом пожно производить расчет корректировки и для усло" вий ьС = О. 1 Ймкм С после ЙС послекорректи- корректировки, пф ровки, 3 д, мкм С с, пф бС послетренировки; пф аС после трениров 7Полученные С = 0,72-0,963 на поря- счет увеличения на 22 Е количест-,док меньше допуска на номинал емкос- ва ГИС, отвечающих эксплуатацион-. ти, устанавливаемый для ГИС. .ным параметрам, при этом себеЭкономический эффект от использо стоимость изделия снижается на вания изобретения обеспечивается за 20,2 Х.Задавшись допустимым ЬС и измерив ЛЯ, можно выбрать как материалзащитного диэлектрика, так и требуемую его толщину,Следовательно, применяя предлагаемый способ, можно практически полностью компенсировать уменьшениеемкости, происходящее вследствиеэлекТрической тренировки ТПК.П р и м е р. ТПК на основе 8107с толщиной диэлектрика (основного)д = 0,2 мкм, площадью перекрытияалюминиевых обкладок 0,2 х 2 см (С710 пф) после тренировки имеет значение емкости С = 695 пф, Это соответствует Ь Я = 27. от исходного значения. Задавшись дС = 0,052, изфиг. 5 находим К = 1,025. Далее, изсоображений обеспечения достаточной.электрической прочности принимаем42 = 3 д или д= О,б мкм. После постановкй полученных значений получаем Г/ Е = 3,075. Из табл. 1 определяем, что для ЯО, использованного вкачестве основного диэлектрика ТПК,можно для защитного диэлектрика применить ПУ 20 з, который наносится, например, высокочастотным ионно-плазменным распылением.на установке ИПУ-5.Для 0 УОз диэлектрическая постоянная З 0 Для сравнения с прототипом технических данных предлагаемого способабыли изготовлены 5 х 20 шт. ТПК с площадью перекрытия обкладок 0.25 см,БдО в качестве диэлектрика и толщиной д, 0,36; 0,52; 0,73; 0,91;1,12 мкм. После напыления верхней обкладки все они прошли электрическуютренировку для обеспечения рабочегонапряжения Ъ 20 В. При этом за счетчастичных пробоев происходило уменьшение емкости. Для компенсации этихизменений на установке ИПУ-5 производили допыление 1)уО толщиной с 1в соотношении 1,4 к с 1, далее напыляли вспомогательный электрод, соединяя его электрически с верхней обкладкой ТПК,В табл. 2 приведены данные измерения емкости ТПК на всех этапах:перед тренировкой, после тренировкии после компенсации.Т а блица 21104595 Ф. Ф ю,%,Составитель М. ЩРедактор В. Петрав Техред С.Мигунов кова ректор С. Ч ППП "Патент", г. Укгород, ул. Проектная, 4 аказ 5314/40 Тира ВНИИПИ Государс по делам изоб 113035, Москва, Ж683енного коитений и о5, Раушск Подписноеитета СССРкрытийя наб., д. 4/5