Введение к работе
Актуальность теми. Использование ионно-плаэмениых процессов, в том числе ионно-лучевого распыления, для получения тонких пленок различных материалов во многом определяет возможность совер-шенствования технологии создания и увеличения сложности изделий электронной техники, например, больиих интегральных схем (БИС) и сверхбольших интегральных схем (СБИС).
Реэение проблемы повышения надежности и качества приборов электронной техники связано с разработкой новых пленочных материалов, с разработкой и освоением технологических процессов их получения. В последнее время широкое распространение получила са-мосовмещенная технология формирования полевых транзисторов, диодов на барьере Шоттки, являющихся одними из основных элементов быстродействующих БИС ВЧ - аналогэвого и высокоскоростного цифрового применения. Имеюцая ряд преимуществ по сравнении с традиционными технологиями (сокращение технологического цикла создания прибора за счет исилэчения-рядз операций, уменьшение брака и так далее), самосовмеценная технология, с другой стороны, накладывает жесткие требования по термостабильности к материалу контакта на полупроводник. Ни один металл не удовлетворяет это; высоким требованиям, связанным с высокотемпературным отжигом на определенной этапе технологии.
Это определяет необходимость использования в качестве материала затвора более терностабильного материала, которым могут являться соединения тугоплавких металлов. Материалами, в которых оптимальным образом сочетается термостабильность и электрические параметры, являются нитриды тугоплавких металлов и, в пврвуя очередь, нитрид'вольфрама.
Применение пленок нитрида вольфрама в качестве материала контакта к полупроводникам должно быть обеспечено соответствующим метпдом их получения. Термическая нитридизацяя и осаждение нитридов из газовой фазы не могут быть реализованы на подложках арсенида галлия из-за требуемой высокой температуры, превыаакцеЯ температуру деструкции арсенида галлия. Необходима стимуляция образования соединения при пониженной температуре подложки. Такое стимулирование реакции может обеспечиваться увеличением энергии
4.
реагирующих частиц, что может быть достигнуто при использовании ионно-плазменных способов. Но, о другой стороны, значительная энергия поступающих на подложку частиц может привести в радиационному нарушению подложки, образованию большого количества дефектов на поверхности раздела пленка - подлокка и, как следствие, ухуд-шению электрических характеристик контакта. Следовательно, необходим способ, обеспечивающий такув энергив частиц, при которой происходит стимулирование химической реакции образования' соединения, но которая еще недостаточна для заметного дефектообразования в приповерхностном слое и на границе раздела. Из большого числа ионно-плазменных процессов способом, разрешающим это противоречие, является ионно-лучевое распыление (ИЛР). При. ионно-лучевом распылении энергия поступающих на подложку частиц превышает термическую энергию, но меньше энергии частиц, характерной для катодного или магнетронного распыления.
Работа по исследованию возможности образования соединения, закономерностей процесса роста и особенностей фазообразования пленок нитрида вольфрама при ионно-лучезои распылении материала контакта, разработке технологических основ применения способа ИЛР для получения контактов Шоттки в приборах 'электронной техники, и применению сформированных контактов в реальных приборах представляется актуальной.
Цель работы. Разработка технологических основ реализации
способа ионно-лучевого распыления для получения термостабильных
структур нитрид вольфрама - арсенид галлия, применимых в самосов-
мещвнной технологии создания диодов и полевых транзисторов на ос
нове барьера Шоттки.' - ' „
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи;
провести сравнительный теоретический анализ свойств материалов металлизации, с учетом требований термостабильности и методов их получения;
на основе модельного эксперимента установить принципиальную возмояность получения пленки химического соединения - нитрида вольфрама ионно-лучевым распылением материала мишени при пониженной температуре и на этой основе определить основные принципы построения экспериментального оборудования;
* - разработать и изготовить экспериментальную высоковакуумную технологическую камеру для получения пленок нитрида вольфрама ионно-лучевым распылением;
5.
установить основные закономерности изменения фазового состава и электрических свойств пленок нитрида вольфрама з зависи-иости от параметров процесса и присущих ионно-лучевому распылению факторов;
применить пленки нитрида вольфрама, получаемые ионно-луче-вым распылением, в производстве изделий электронной техники.
Научная новизна работы .
-
Установлено образование соединения нитрида вольфрама при распылении вольфрамовой мишени ионами азота, подтверяденное сопоставлением данных, полученных методами электронной Оде-спектроскопии (ЭОС) и вторичной ионной масс-спектрометрией (ВМС).
-
Установлено влияние состояния компонент реакции (вольфрама и азота) на образование соединения нитрида вольфрама.
-
Установлено влияние энергии ионов и нейтральных частиц на процесс фазообразования пленок нитрида вольфрама., .
-
Сопоставлена термостабильность структур WNn-GaAs" W-GsAs
Практическая ценность работы
-
Разработан способ получения пленок нитрида вольфрама ион-но-лучевим распылением вольфрама при пониженных температурах, позволявший получать пленки на термонестабильних .подложках из арсенида галлия.
-
Разработан малогабаритный источник ионов инертных газов и азота, встраиваемый в выеоковакуумную установку.
-
Разработана экспериментальная высоковакуумная установка ионно-лучевого распыления, позволяющая получать.проводящие и диэлектрические пленки в едином цикле и встраиваемая в технологические линии, используемые в промышленности.
-
Показана возможность формирования барьеров Шоттки на ос^ нове пленок нитрида вольфрама и использования их в качестве материала затвора полевых транзисторов, получаемых самосовмещенной технологией.
-
Разработан способ получения нитридных пленок (А.о.
№ 49І37В4/2П, показана возможность получения пленок требуемого-составав с заданными параметрами. На основе разработанного способа показана возможность получения пленок из нитридов "тугоплавких металлов и их твердых растворов, позволяющих.обеспечить минимальную разницу КГР пленка - арсенид галлия.
6.
Реализация в промышленности. Разработанный способ получения термостабильных пленок нитрида вольфрама реализован на промышленной установке ионно-лучевого распыления "ЦНЛ-8", что позволило использовать процесс формирования пленок в едином технологическом цикле создания полевого транзистора.
Установка "ЦНА-8" внедрена в НИИ"Пульсар", г.Москва, что отражено в соответствующем документе.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на:
I Всесоюзной, конференции по физическим основам твердотельной электроники, Ф.ТИ HM.Hodxfse, Ленинград, 1989 г.;
конференции молодых ученых и специалистов, НИТИ, Рязань,1989;
9 и II Всесоюзных конференциях "Взаимодействие атомных частиц с твердым телом", МИФИ, Москва, 1989, 1993 г.г.;
Международном симпозиуме "Плазменные и лазерно-стимулированные процессы в микроэлектронике", ИОФАН, Ростов-Великий, 1991 г.;
3 и 4 Межрегиональном Совещании "Тонкие пленки в электронике" РАН, МарПИ, БИЕН, Йошкар-Ола, Улан-Удэ, 1992, 1993 г.г.
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ, из них I авторское свидетельство.
Структура и объем работы.
