Спосіб одержання тонкоплівкового елементу

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано в производстве интегральных схем (ИС). Известен способ изготовления полупроводникового устройства, заключающийся в нанесении на кремниевую подложку пленки Al (алюминий-медь) с последующей ионной имплантацией кремния а границу раздела пленкаподложка [1]. Недостатком способа является то, что кремний в пограничном слое между пленкой и подложкой имплантируется в количестве, обеспечивающем пересыщенный твердый раствор Si в Al (Al - Сu) при технологически максимально возможных температурах. Распределение кремния по толщине имеет переменный характер: с практически нулевой концентрацией Si у поверхности конденсата по объему. Наиболее близким к заявляемому является способ изготовления МДП ИС, включающий формирование на полупроводниковой подложке со сформированными активными областями подзатворного диэлектрического слоя металлизации в две стадии путем нанесения тонкого слоя металлизации и слоя металлизации до требуемой толщины методом магнетронного распыления, формирование рисунка элементов металлизации с помощью литографии и отжиг, нанесение слоя металлизации на первой стадии осуществляют методом магнетронного распыления при температуре подложки от 453 до 483 К, плотности мощности разряда 2.104 – 4.104 Вт/м и рабочем давлении 1.10-2 – 1.10-1 Па в среде аргона [2]. К недостаткам способа необходимо отнести: 1) при получении первого слоя конденсата не учитывается зависимость содержания компонентов распыляемой мишени, в частности Si, от условий распыления, что приводит к неудовлетворительной воспроизводимости электрофизических параметров и барьерных свойств при различном составе мишени по Si; 2) при нанесении слоя металлизации на второй стадии получается пересыщенный твердый раствор Si в Аl, что приводит к повышению удельного электросопротивления металлизации; 3) пониженная температура подложки также приводит к повышению удельного электросопротивления и неравномерности его величины по объему конденсата. Задачей изобретения является усовершенствование способа получения тонкопленочного элемента путем обеспечения учете зависимости содержания компонентов распыляемой мишени от условия распыления v повышения температуры подложки, чем достигается уменьшение удельного сопротивления металлизации, увеличение равномерности его величины по площади конденсата, а также улучшение барьерных свойств границы раздела конденсат-под ложка. Поставленная задача решается тем, что в способе получения тонкопленочного элемента, включающем осаждение вакуумного конденсата, полученного магнетронным распылением сплава на основе алюминия (Al-Cu) с добавкой Si (0,8-2,8%) на кремние вую подложку, конденсат осаждают в одном вакуумном цикле в виде двухслойной структуры при температуре подложки 580-620 К причем первый слой конденсата толщиной 35-130 нм осаждают при максимально необходимом давлении P1 напуска аргона, второй слой конденсата осаждают толщиной 500-1500 нм при оптимальном давлении Р2 напуска аргона в соответствии с соотношением: где Со - концентрация насыщенного твердого раствора Si в Аl при максимальной температуре технологических процессов термообработки. См - концентрация Si в мишени сплава, К - коэффициент пропорциональности, показывающий относительное изменение концентрации Si в конденсате при уменьшении давления напуска аргона с величины P1 до оптимальной величины, в дальнейшем производят термообработку конденсата при максимальной температуре 720±10 К в защитной среде в течение 15-20 минут. Способ осуществляется следующим образом. На установке для магнетронного распыления, например, "Оратория-5", на кремниевую подложку с ориентацией поверхности (100), диаметром 76 мм и толщиной 350 мкм при температуре подложки Tп - 600±10К, давлении напуска аргона в контролируемой зоне установки (5,5±0,2)10-3 Па, напряжении разряда 540-550 В, осаждается первый слой конденсата на основе сплава алюминия с добавкой Si (1,5%) и Сu (4%) толщиной порядка 47 им, время напыления 47с±1%. Подложку отводят с позиции напыления. Понижают давление напуска аргона до величины (2,5±0,2)10-3 Па и после установления стабильного разряда осаждают второй слой конденсата сплава толщиной порядка 1000 нм, время напыления 1000с±1%. После ряда технологических операций, например, фотолитографии, для получения омического контакта конденсатаподложки с минимальным электросопротивлением производят термообработку полученного конденсата на кремниевой подложке в среде аргона при Тп=720±10К в течение 15 минут. Температурныйинтервал (Tп - 580-620°К) нагрева подложки при магнетронном напылении обеспечивает получение двухслойного вакуумного конденсата с наиболее термостабильным фазовым состоянием по объему конденсата. Процессы, происходящие в конденсате в случае осаждения его при температуре подложки ниже 580 К и выше 620 К, приводят к отклонению распределения Si от оптимального по объему двухслойного конденсата, увеличению удельного электрического сопротивления и неравномерности его величины по площади конденсата. Температура осаждения 580-620 К выбрана, исходя из минимального значения величины поверхностного сопротивления ( r s ) и обеспечения хорошей адгезии к нижележащим технологическим слоям. Неравномерность r s по пластине, например, при 513 К, составляет ±8%, а при 603 К - ±3%. (Результаты по неравномерности получены на двух партиях по 25 пластин O 76 мм). / Дальнейшая технологическая обработка для получения омического контакта с минимальным переходным электросопротивлением (Тп - 720±10°К) показывает также минимальные значения электрофизических характеристик конденсатов, полученных при предлагаемых оптимальных условиях. Величину давления P1 напуска аргона для получения первого слоя конденсата, который повышает барьерные свойства конденсата, выбирают максимально необходимой для получения стехиометрического состава первого слоя конденсата по отношению к составу мишени, равномерного распределения Si по толщине слоя Al (Al -Сu). В первом слое конденсата Si находится в виде пересыщенного твердого раствора в Al, оптимальная величина давления Р2 напуска аргона для получения второго слоя конденсата, являющегося основным проводящим слоем, определяется соотношением: условии P2 ³ 0,37 × P1 , что типично для установки типа "Оратория-5", где Со - концентрация насыщенного твердого раствора в А при максимальной температуре технологических процессов термообработки; См концентрация Si в мишени сплава; К - 1,2 - коэффициент пропорциональности, показывающий относительное изменение концентрации Si (по отношению к Al, Al - Сu) в конденсате при уменьшении давления напуска аргона с величины P1 до оптимальной величины Р2. Во втором слое конденсата Si находится в виде насыщенного твердого раствора в Al. Понижение давления P2 ниже величины 0,37 P1 приводит к нестабильности горения разряда. существенному ухудшению вы ходных характеристик конденсата, например, увеличению неравномерности величины удельного электросопротивления по площади конденсата - более чем в 2,5 раза, ухудшению стабильности (термо-) - более чем в 1,3 раза. Выбор толщины первого слоя 35-130 нм осуществляется на основе соотношения: C h 1 = h min (1 + o ) , Cм где hmin = 30-40 нм - минимальная толщина конденсата сплава на основе алюминия, обеспечивающая удовлетворительную однородность (сплошность) пленки. Толщина второго слоя 500-1500 нм выбирается из технологических соображений (получение заданного электросопротивления, обеспечение приварки и т.д). Толщина слоя конденсата барьерного слоя 35-130 нм, осажденного при рабочем давлении P1, выбрана исходя из обеспечения барьерных свойств и изменения величины относительного электросопротивления в процессе отжига. Температура отжига 720±10 К в течение 15-20 минут обеспечивает выравнивание фазового состава по площади конденсата. В предлагаемом способе используется P1=0,1Па±10% в рабочей зоне и Р2=(2,5±0,2).10-3 Па в контролируемой зоне установки "Оратория-5". Контролируемая зона - это зона нахождения датчика давления, которая находится вне области разряда. Давление в зоне расположения датчика 10-3 Па соответствует давлению в рабочей зоне по величине порядка 10-1 Па, что лежит в интервале давлений аргона для магнетронных систем. Кремний находится в качестве пересыщенного твердого раствора в первом слое незначительном по толщине по сравнению с основным электропроводящим вторым слоем, где кремний представлен насыщенным твердым раствором в Al (Al - Сu). Предлагаемый способ получения тонкопленочного элемента позволяет одновременно: улучшить барьерные свойства границы раздела конденсат-подложка; повысить удельную электропроводность конденсата в 1,5-2,5 раза; получить термостабильное фазовое состояние конденсата по объему.