Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПЛЕНКИ МОЛИБДЕНА НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПОДЛОЖКИ(71) Заявитель Производственное республиканское унитарное предприятие Завод Транзистор(72) Авторы Турцевич Аркадий Степанович Ануфриев Дмитрий Леонидович Баранов Валентин Владимирович Соловьев Ярослав Александрович Портнов Лев Яковлевич(73) Патентообладатель Производственное республиканское унитарное предприятие Завод Транзистор(56) Ануфриев Л.П., Баранов В.В., Глухманчук В.В. и др. Влияние условий магнетронного распыления на механические напряжения и анизотропию размерного травления пленок молибдена // Материалы, технологии, инструменты. - 2002. - Том 7. -2. - С. 9-13.1760776 , 1994.1707995 1, 1994.2081409 , 1990.2000144384 , 2000.(57) Способ нанесения пленки молибдена на полупроводниковые подложки, включающий загрузку подложек на конвейер вакуумной камеры через шлюзовое устройство, нагрев подложек, нанесение пленки молибдена на подложки магнетронным распылением молибденовой мишени в среде аргона, давление которого составляет 0,4-0,6 Па, выгрузку подложек из вакуумной камеры через шлюзовое устройство, отличающийся тем, что подложки нагревают до температуры 350-400 , а мощность магнетронного разряда составляет 0,7-0,9 кВт. 9957 1 2007.12.30 Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно к технологии изготовления изделий силовой микроэлектроники (ИСМЭ), и может быть использовано при создании тонкопленочной металлизации диодов Шоттки. Известен способ нанесения пленки молибдена на полупроводниковые подложки 1,включающий загрузку подложек в вакуумную камеру, откачку вакуумной камеры, нагрев подложек до температуры 400 С, нанесение пленки молибдена электронно-лучевым испарением мишени при давлении (6,7-10,5)10-5 Па, охлаждение подложек, напуск в вакуумную камеру воздуха до атмосферного давления, выгрузку подложек из вакуумной камеры. Однако пленки молибдена, нанесенные на полупроводниковые подложки электроннолучевым испарением, отличаются низким качеством, плохой стабильностью структуры и воспроизводимостью электрофизических параметров из-за трудности испарения молибденовой мишени электронным лучом, а большими механическими напряжениями и повышенной дефектностью, что в совокупности обусловливает низкий выход годных ИСМЭ с их использованием. Кроме того, данный способ характеризуется низкой производительностью. Известен способ нанесения пленки молибдена на полупроводниковые подложки 2,включающий загрузку подложек в вакуумную камеру, откачку вакуумной камеры до давления (4-6)10-3 Па, нагрев подложек до температуры 700 С, напуск в вакуумную камеру аргона до давления 0,9 Па, катодное распыление молибденовой мишени при мощности разряда 30 Вт в течение 30 минут, нанесение пленки молибдена на подложки катодным распылением мишени при мощности разряда 30 Вт, охлаждение подложек, напуск в вакуумную камеру воздуха до атмосферного давления, выгрузку подложек из вакуумной камеры. Благодаря использованию катодного распыления в данном способе удается увеличить скорость нанесения пленок. Однако из-за высокого давления аргона, используемого при катодном распылении мишени, пленки молибдена, нанесенные на полупроводниковые подложки данным способом, также отличаются низким качеством, плохой стабильностью структуры и воспроизводимостью электрофизических параметров, значительными механическими напряжениями, что приводит к низкому выходу годных ИСМЭ с их использованием. Кроме того, данный способ отличается низкой производительностью, характерной для установок периодического действия. Известен способ нанесения пленки молибдена на полупроводниковые подложки 3,включающий загрузку подложкодержателей с подложками в вакуумную камеру через шлюзовое устройство, нанесение пленки молибдена на подложки магнетронным распылением молибденовой мишени в среде аргона при температуре подложки 250 С, давлении аргона 0,13-0,52 Па и мощности магнетронного разряда 2,0-3,0 кВт, выгрузку подложкодержателей с подложками из вакуумной камеры через шлюзовое устройство. Загрузка подложек на подложкодержателях через шлюзовое устройство позволяет резко увеличить производительность, а использование магнетронного распыления позволяет увеличить скорость нанесения пленки при одновременном уменьшении давления аргона,что приводит к улучшению структуры и электрофизических параметров пленок. Однако недостаточный нагрев подложек, мощность магнетронного разряда 2,0-3,0 кВт и давление аргона 0,13-0,52 Па обусловливают низкое качество, плохую стабильность структуры и воспроизводимость электрофизических параметров пленок, нанесенных данным способом, большую величину механических напряжений, что также приводит к снижению выхода годных ИСМЭ с их использованием. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ нанесения пленки молибдена на полупроводниковые подложки 4, включающий загрузку подложек на конвейер вакуумной камеры через шлюзовое устройство, нагрев подложек током ИК-лампы до 150-200 С, нанесение пленки молибдена на подложки магнетронным распылением молибденовой мишени в среде аргона, давление которого составляет 0,4-0,6 Па при мощности магнетронного разряда 0,4 кВт, выгрузку подложек из вакуумной камеры через шлюзовое устройство. 2 9957 1 2007.12.30 Использование нагрева подложек приводит к улучшению структуры и электрофизических параметров пленок молибдена. Однако нагрев подложек до температуры 150-200 С при мощности магнетронного разряда 0,4 кВт приводит к недостаточной воспроизводимости структуры и электрофизических параметров пленок молибдена. При этом наблюдается изменение в широких пределах внутренних механических напряжений в пленках, что ухудшает их стабильность и также обусловливает невоспроизводимость структуры и электрофизических параметров пленок молибдена. Таким образом, и данный способ характеризуется низким качеством пленок, плохой стабильностью структуры и воспроизводимостью электрофизических параметров пленок молибдена, а также повышенными механическими напряжениями, что приводит к снижению выхода годных ИСМЭ с их использованием. Предложенное изобретение решает задачу повышения качества, стабильности структуры и воспроизводимости электрофизических параметров пленок молибдена, нанесенных на полупроводниковые подложки, уменьшения в них механических напряжений и увеличения выхода годных ИСМЭ, изготавливаемых с их использованием. Поставленная задача решается тем, что в способе нанесения пленки молибдена на полупроводниковые подложки, включающем загрузку подложек на конвейер вакуумной камеры через шлюзовое устройство, нагрев подложек, нанесение пленки молибдена на подложки магнетронным распылением молибденовой мишени в среде аргона, давление которого равно 0,4-0,6 Па, выгрузку подложек из вакуумной камеры через шлюзовое устройство, подложки нагревают до температуры 350-400 С, а мощность магнетронного разряда составляет 0,7-0,9 кВт. Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом показал, что заявляемый способ отличается от известного тем, что подложки нагревают до температуры 350-400 С, а мощность магнетронного разряда составляет 0,7-0,9 кВт. Решение поставленной задачи объясняется следующим образом. Структура и электрофизические свойства тонких пленок молибдена, нанесенных на полупроводниковые подложки магнетронным распылением, находятся в сложной зависимости от условий их формирования температуры подложки, давления аргона и скорости нанесения пленки. Нагрев подложек до температуры 350-400 С способствует формированию пленки в равновесных условиях и удалению из нее атомов рабочего газа, что приводит к формированию однородной и стабильной кристаллической структуры, а также улучшает воспроизводимость электрофизических параметров тонких пленок молибдена. Кроме того, нагрев подложек способствует десорбции паров воды и молекул газов с поверхности подложки, что улучшает адгезию пленки молибдена к подложке, а значит также повышает стабильность ее структуры и воспроизводимость электрофизических параметров. При нагреве подложек до температуры менее 350 С наблюдается ухудшение стабильности структуры и воспроизводимости электрофизических параметров пленок молибдена. При нагреве подложек до температуры более 400 С происходит рост растягивающих механических напряжений,обусловленных разностью температурных коэффициентов линейного расширения (ТКЛР) молибдена и материала подложки до величины более 300 МПа, что приводит к ухудшению адгезии пленки к подложке и ухудшению стабильности ее структуры и воспроизводимости электрофизических свойств, снижению выхода годных ИСМЭ. Мощность магнетронного разряда однозначно определяет скорость нанесения пленки,а, следовательно, ее структуру и электрофизические свойства. При мощности распыления менее 0,7 кВт наблюдается увеличение растягивающих механических напряжений, что приводит к ухудшению адгезии пленок, а, следовательно, стабильности их структуры и воспроизводимости электрофизических свойств. Дальнейшее уменьшение мощности магнетронного разряда приводит к ухудшению стабильности структуры и воспроизводимости электрофизических свойств молибденовых пленок. При мощности магнетронного разряда более 0,9 кВт ухудшаются условия охлаждения молибденовой мишени, что приводит к ухудшению управляемости магнетронным разрядом, и, как следствие, снижается стабиль 3 9957 1 2007.12.30 ность структуры и воспроизводимость электрофизических параметров пленок молибдена,а также снижение выхода годных ИСМЭ, изготавливаемых с их использованием. В диапазоне давлений аргона 0,4-0,6 Па достигается минимальная величина механических напряжений в нанесенных пленках молибдена, а значит, обеспечивается максимальная стабильность их структуры и воспроизводимость электрофизических свойств. При давлении аргона менее 0,4 Па наблюдается плохая стабильность магнетронного разряда, что приводит к резкому ухудшению воспроизводимости электрофизических параметров пленок молибдена. При давлении аргона более 0,6 Па происходит увеличение механических напряжений в пленках молибдена, а значит, наблюдается снижение стабильности их структуры и воспроизводимости электрофизических свойств, уменьшение выхода годных ИСМЭ. Именно совокупность технологических параметров ток нагрева 5,5-6,0 А, давление аргона 0,4-0,6 Па и мощность магнетронного разряда 0,7-0,9 кВт - обеспечивает решение поставленной задачи. Сущность изобретения поясняется фиг. 1-4, где на фиг. 1 представлена зависимость температуры подложки от скорости конвейера при различном нагреве, на фиг. 2 представлена зависимость удельного сопротивления пленок молибдена от давления аргона при различном нагреве, на фиг. 3 представлена зависимость удельного сопротивления пленок молибдена от мощности магнетронного разряда при различном нагреве, на фиг. 4 представлена блок-схема вакуумной установки для нанесения пленки молибдена на полупроводниковые подложки. Предложенный способ нанесения пленки молибдена используется для изготовления таких ИСМЭ, как диоды Шоттки. В качестве примера показано его применение для изготовления мощного диода Шоттки 2045. Нанесение пленок молибдена производилось на установке непрерывного действия Оратория 29. Кремниевые подложки (1) (см. фиг. 4) помещаются в кассету загрузки (2),которая устанавливается в шлюзе загрузки (3) при закрытом затворе шлюза (4). Шлюз (3) герметизируется, вакуумным агрегатом АВР-50 (5) производится откачка шлюза (3) через открытые клапаны (6) и (7) при закрытом клапане (8). Давление в шлюзе (3) контролируется вакуумметром (9), и при достижении давления 1 Па сигнал с вакуумметра (9) подается на управляющую ЭВМ (10), которая выдает сигнал на закрытие клапана (7) и открытие затвора (4). После открывания затвора (4) происходит выравнивание давления в шлюзе (3) и вакуумной камере установки (11). Затем подложки (1) посредством механизма загрузки(12) последовательно подаются на конвейер установки (13), который поступательно движется с заданной скоростью. Конвейер приводится в движение электроприводом (14) через червячный редуктор (15). Заданная скорость конвейера поддерживается ЭВМ (10) посредством отрицательной обратной связи с электроприводом (14), обеспечиваемой тахогенератором (16). Далее находящаяся на конвейере (13) подложка (1), проходит над нагревателем (17), который представляет собой ИК-лампу с отражателем. Заданный ток нагрева поддерживается ЭВМ (10) посредством отрицательной обратной связи с нагревателем (17),обеспечиваемой гальванометром (18). Для управления температурой нагрева подложек в диапазоне 350-400 С ток ИК-лампы изменяли в пределах 5,5-6,0 А при скорости конвейера 100-240 мм/мин. После нагрева подложка (1) поступает в рабочую зону (19) установки,в которой производится нанесение пленки молибдена. В рабочей зоне (19) поддерживается заданное давление аргона, поступающего из баллона (20) по магистрали (21) через вибронатекатель (22). При этом производится непрерывная откачка из объема вакуумной камеры криогенным насосом (23). Заданное давление аргона поддерживается ЭВМ (10) посредством отрицательной обратной связи с вибронатекателем (22), обеспечиваемой преобразователем манометрическим ионизационным (24). Пленка молибдена наносится магнетронным распылением молибденовой мишени (25), установленной в магнетронное распылительное устройство (МРУ) (26) при постоянной мощности магнетронного разряда, поддерживаемой ЭВМ (10) через отрицательную обратную связь. Если одного МРУ(26) недостаточно для нанесения пленки молибдена требуемой толщины в пределах заяв 4 9957 1 2007.12.30 ляемых режимов, то можно одновременно использовать второе (27), а также третье МРУ(28). После нанесения пленки молибдена подложка (1) покидает рабочую зону (19) и при помощи механизма выгрузки (29) перемещается с конвейера (13) в кассету выгрузки (30),расположенную в шлюзе выгрузки (31). После того, как все подложки покинут кассету загрузки (2), закрывается затвор (4), и в шлюз загрузки (3) через клапан напуска (32) происходит напуск азота до атмосферного давления. Пустая кассета загрузки (2) заменяется кассетой с подложками, и цикл повторяется. После заполнения подложками кассеты выгрузки (30) закрывается затвор (33), и через клапан напуска (34) происходит напуск азота в шлюз выгрузки (31) до атмосферного давления. Кассета с обработанными подложками заменяется пустой, шлюз (31) герметизируется, и производится откачка вакуумным агрегатом (5) при открытых клапанах (6) и (8) и закрытом клапане (7). Давление в шлюзе (31) контролируется вакуумметром (35). При достижении давления 1 Па закрывается клапан (8), затем открывается затвор (33), происходит выравнивание давления в шлюзе (31) и вакуумной камере установки (11). Шлюз загрузки вновь готов к приему обработанных подложек. После осаждения пленки молибдена пластины со структурами диодов Шоттки проходили стандартный маршрут изготовления, с последующим формированием фотолитографией конфигурации барьерного электрода, металлизации электрода Шоттки, металлизации обратной стороны. В таблице представлены сравнительные данные по свойствам пленок молибдена в зависимости от условий их нанесения. Режимы нанесения пленки молибдена Сравнительные данные по свойствам пленок молибдена, нанесенных на полупроводниковые подложки КЭФ 4,5 (100) при различных условиях- Удельное сопротивление определяли как произведение поверхностного сопротивления на толщину. Поверхностное сопротивление измеряли четырехзондовым методом на установке-30 (ф.., США). Толщину пленок измеряли микроинтерферометром МИИ-4. 2- Размер зерна определяли при помощи просвечивающего электронного микроскопа Н-800 (ф. , Япония). 3- Механические напряжения измеряли на установке рентгеновской двухкристальной топографической (УРДТ). 4- Выход годных определяли на операции контроля функционирования, как отношение количества годных кристаллов к количеству годных кристаллов, изготовленных согласно способу-прототипу. 5 9957 1 2007.12.30 Таким образом, анализ таблицы показывает, что предлагаемое изобретение в сравнении с прототипом позволяет увеличить выход годных в 1,04-1,11 раза, уменьшить удельное сопротивление в 1,44-1,58 раза, разброс по удельному сопротивлению в 1,5-2,0 раза, а также на порядок уменьшить механические напряжения. Таким образом, предложенное изобретение позволяет решить задачу повышения качества, стабильности структуры и воспроизводимости электрофизических параметров пленок молибдена, уменьшения в них механических напряжений и увеличения выхода годных ИСМЭ, изготавливаемых с их использованием. Источники информации 1. Румак И.В. Компоненты МОП - интегральных микросхем. - Мн. Наука и техника,1991. - С. 279-283. 2. Диденко В.Д., Иванова Е.В. Исследование молибденовых пленок, полученных катодным распылением // Электронная техника. Серия Материалы. - 1974. - Вып. 2. - С. 14-19. 3. Баранов В.В., Достанко А.П., Лесникова В.П., Сакович Е.Л., Холенков В.Ф. Структурно-морфологические особенности поверхности и границы раздела металл-кремний в контактах с барьерным слоем // Поверхность. Физика, химия, механика. - 1989. -2. С. 84-90. 4. Ануфриев Л.П., Баранов В.В., Глухманчук В.В., Соловьев Я.А., Тарасиков М.В. Влияние условий магнетронного распыления на механические напряжения и анизотропию размерного травления пленок молибдена // Материалы, технологии, инструменты. - 2002. Т. 7. -2. - С. 9-13. Фиг. 3 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6

МПК / Метки

МПК: C23C 14/35, C23C 14/34

Метки: способ, молибдена, пленки, полупроводниковые, подложки, нанесения

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/6-9957-sposob-naneseniya-plenki-molibdena-na-poluprovodnikovye-podlozhki.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Способ нанесения пленки молибдена на полупроводниковые подложки</a>

Похожие патенты