Способ изготовления тонкопленочного конденсатора

Реферат

 

Изобретение относится к технологии электронной техники и может быть использовано в производстве тонкопленочных гибридных интегральных схем при изготовлении тонкопленочных конденсаторов . Цель изобретения - повышение напряжения пробоя и увеличение влагостойкости. На диэлектрическую подложку, например ситалловую, вакуумным термическим испарением при давлении 2,6610-4 Па и температуре подложки 250°C со скоростью 0,2 мкм/с наносится нижняя алюминиевая пленочная обкладка конденсатора, например, толщиной 0,5 мкм. Диэлектрический слой оксида алюминия формируется анодированием обкладки, например, в 0,5%-ном растворе винной кислоты в смеси воды и этиленгликоля 1 : 1. Толщина слоя 0,17-0,19 мкм. После анодирования обрабатывается слой оксида алюминия излучением лазера с длиной волны 1,06 мкм в режиме свободной генерации с плотностью энергии (1,5 - 35)104 Дж/м2. На поверхность диэлектрического слоя наносится алюминиевая пленочная верхняя обкладка. Поглощение лазерного излучения, отраженного от поверхности электрода в области трещин диэлектрического слоя, обеспечивает разогрев и залечивание трещин, 1 табл.

Изобретение относится к технологии элементов радиоэлектронной техники и может быть использовано в производстве тонкопленочных гибридных интегральных микросхем, в частности, при изготовлении тонкопленочных конденсаторов со структурой диэлектрик Аl Al2O3) металл. Целью изобретения является повышение пробивного напряжения тонкопленочных конденсаторов, устранение эффекта полярности и повышение устойчивости к воздействию влаги за счет улучшения структуры переходного слоя системы Аl - Аl2O3. Пленки Аl2O3 легко кристаллизуются по сравнению с другими пленками, поэтому их электрические характеристики являются весьма критичными к различным воздействиям, в том числе и лазерному. Кристаллизация и ухудшение электрических свойств пленок Al2O3, при импульсном лазерном воздействии в существенной степени зависят от длины волны используемого лазера. Пороги пробоя пленок Аl2O3, при лазерном воздействии существенно снижаются при уменьшении длины волны используемого лазера в диапазоне 1,06; 0,69; 0,53; 0,35 и 0,26 мкм. Проведены эксперименты по облучению пленок Аl2O3 импульсами рубинового лазера =0,69 мкм, tп=1,2 мс). Уже при плотности энергии в импульсе лазерного излучения 0,410 Дж/м2 после лазерного облучения на пленке остается след в виде матового пятна, а эффект увеличения электрической прочности не достигается. При изменении длины волны от 1,06 до 0,27 мкм зона повреждения видоизменяется, превращаясь из области, занятой крупными изолированными ямками, в участок с более равномерными признаками повреждения. При использовании технологических лазеров нa =10,6 мкм вследствие большой мощности излучения и значительного поглощения в пленке наблюдается перегрев конденсаторных структур (выше 100-150oC), который недопустим. Таким образом, при работе с системой Аl Аl2O3 для исключения процессов кристаллизации объема пленок и перегрева может быть использовано только лазерное излучение на длине волны 1,06 мкм. Для лазеров на стекле с неодимом (l= 1,06 мкм) используются два режима работы: режим свободной генерации (миллисекундные импульсы, tп=0,810-4с) и режим модулированной добротности (наносекундные импульсы, п составляет десятки нс). В режиме модулированной добротности мощность излучения составляет 0,5x x1011 Вт/м2, в то время как для режима свободной генерации- около 107 Вт/м2. Большие мощности излучения в режиме модулированной добротности приводят к сильным термоударам в системе Аl Al2O3, перегреву и уменьшению пробивных напряжений. Аналогичные соображения могут быть приведены для лазеров на иттрий-алюминиевом гранате (=1,06 мкм). Из-за микротрещин в переходном слое системы Аl Аl2O3, слой оксида алюминия, прилегающий к пленке алюминия, представляет собой диэлектрик с распределенными в нем микронеоднородностями. Лазерное излучение отражается от алюминиевой металлизации и повторно поглощается на микронеоднородностях в слое оксида. В результате поглощения лазерного излучения на микронеоднородностях и их нагрева происходит залечивание микротрещин в слое оконца алюминия, прилегающем к нижнему металлическому электроду. Благодаря этому плотности энергии в импульсах лазерного излучения (1,5 3,5) 104Дж/м2 достаточны для устранения микротрещин в переходном слое системы Аl Аl2O3. При этом система диэлектрик -Аl - Al2O3 не испытывает термоударов, приводящих к возникновению внутренних механических напряжений. Вследствие устранения микротрещин не происходит образование микроэмиттеров, размер которых значительно превышает размер микроэмиттеров на напыленной верхней обкладке, и в целом улучшается микрорельеф со стороны нижней обкладки. В результате происходит возрастание пробивного напряжения ТПК Аl Аl2O3 металл и устранение эффекта полярности. Благодаря повышению однородности слоя оконца алюминия, прилегающего к нижней обкладке конденсатора, повышается устойчивость ТПК к воздействию влаги. Плотности энергии в импульсе лазерного излучения меньше 1,5104Дж/м2 недостаточны для устранения микротрещин и значительного увеличения пробивного напряжения при устранении эффекта полярности, а при плотностях энергии больше 3,5104Дж/м2 пробивное напряжение ТПК снижается из-за появления внутренних механических напряжений, приводящих к трещинообразованию в слое оконца, прилегающем к нижней обкладке ТПК, и отслаиванию оконца от подложки. Пример 1. Изготовлены тонкопленочные конденсаторы на ситалловой подложке. На ситалловые подложки толщиной 1 мм, подвергнутые химической очистке, методом вакуумного термического испарения напыляют пленки алюминия. Используют установку УВН-71П-3 с безмасляной системой откачки, вакуум составляет 210-6мм рт.ст. Напыление проводят при температуре подложки 250oС. Время напыления 4 с, скорость напыления 2000 . Толщина напыленных пленок алюминия 0,5-0,6 мкм. В качестве формовочного электролита используют 0,5%-ный раствор винной кислоты в смеси воды и этиленгликоля (1:1 по объему). Анодированне проводят при 7oС и интенсивном перемешивании электролита в комбинированном электрическом режиме: вначале линейный рост потенциала формовки, а затем при достигнутом постоянном напряжении окисление проводят до тех пор, пока плотность тока не достигнет 3 мкА/см2. После завершения формовки образцы промывают в деионизованной воде с последующей сушкой в парах этилового спирта. Toлщина оксидных пленок Аl2O3 0,17 0,19 мкм. Затем образцы ситалл Аl Al2O3 подвергают лазерной обработке, лазерное облучение осуществляют со стороны оксида алюминия с помощью квантового генератора ГОС-301 на длине волны 1,06 мкм в режиме свободной генерации. Длительность импульсов лазерного излучения 8х10-4, плотность энергии в импульсе изменяется с 0,2х104 до 5х104 Дж/м2, диаметр луча 15 мм. После лазерной обработки на оксид алюминия напыляют второй алюминиевый или никелевый электрод, завершая формирование структуры ТПК. Температура подложки во время осаждения второго электрода не превышает 100oC. Измерения пробивных напряжений ТПК проводят до методике, обеспечивающей неразрушающий режим, с помощью шумовых характеристик. После выдержки в деионизованной воде в течение 4 ч пробивное напряжение ТПК, подвергнутых лазерной обработке, уменьшается в 2 раза, а для необлученных образцов в 8-10 раз. Пример 2. Изготовление конденсаторов проводят аналогично примеру 1 с изменением режима анодирования. Анодирование проводят в гальваностатическом режиме при комнатной температуре и плотности тока 0,3 мА/см2. При этом в качестве формовочного электролита используют 1% -ный водный раствор винной кислоты. Последующая лазерная обработка пленок Аl2O3 ведется в тех же режимах. Пример 3. Лазерной обработке, аналогичной описанной в примере 1, подвергают конденсаторы, изготовленные согласно известному способу. Зависимость пробивного напряжения конденсаторов от плотности энергии лазерной обработки для трех примеров приведена в таблице. Как видно из таблицы, во всех случаях обработка системы подложка Аl - Al2O3, миллисекундными импульсами неодимового лазера на длине волны 1,06 мкм с плотностью энергии в импульсе в интервале (1,5-3,5)x104 Дж/м2 обеспечивает увеличение пробивного напряжения ТПК в 1,5-8 раз (в зависимости от полярности приложенного напряжения). За пределами этого интервала наблюдается сравнительно небольшое увеличение пробивного напряжения. Т.к. после выдержки во влажной атмосфере пробивное напряжение облученных ТПК уменьшается в 1,5 и более раз, то только в указанном диапазоне плотностей энергии обеспечиваются повышенные значения пробивных напряжений. ТПК, подвергнутые лазерной обработке в интервале плотностей энергии (1,5 3,5)104Дж/м2, являются более влагостойкими по сравнению с необлученными.

Формула изобретения

Способ изготовления тонкопленочного конденсатора, включающий формирование нижней обкладки путем нанесения пленки алюминия на диэлетрическую подложку, формирования слоя оксида алюминия анодированием нижней обкладки и нанесение верхней обкладки, отличающийся тем, что, с целью повышения напряжения пробоя и повышения влагостойкости, после анодирования проводят совместную обработку сформированного слоя оксида алюминия, пленки алюминия и диэлектрической подложки со стороны оксида алюминия излучением лазера с длиной волны 1,06 мкм в режиме свободной генерации с плотностью энергии (1,5-3,5)104Дж/м2.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 8-2000

Извещение опубликовано: 20.03.2000