Введение к работе
Актуальность работы. Развитие микроэлектроники в современных условиях обусловлено проведением комплексной миниатюризации, позволяющей снизить массо-габаритные характеристики и трудоемкость изготовления разрабатываемой аппаратуры, повысить ее надежность и конкурентоспособность готовых изделий.
В настоящее время в аппаратуре передачи л обработки информации (АЛОМ) широко применяются, наряду с полупроводниковыми, гибридные метода изготовления микросхем. Возрастает слокность архитектуры аналоговых ИС, разнообразие комбинаций элементов, изготовленных по гибридной технологии. Гибридная технология в последнее время находит все большее применение среда таких направлений электроники, как оптоэлектроника, магкитоэлектроника, криоэлектрони-ка идр.
Разработка технологии получения многослойных тснкопленочных коммутационных плат больших гибридных интегральных схем (МТКП БГМС) и микросборок АПОИ 4-Б поколений высокой степени интеграции требует создания многоуровневых МДМ-структур (металл-диэлектрик-металл) со стабильными воспроизводимыми характеристиками, высоким выходом годных и надежностью. При этом качество межслойного диэлектрика в значительной мере определяет технические и эксплуатационные параметры БГИС и. микросборок. Поетому получение тонких диэлектрических пленок со стабильными воспроизводимыми характеристиками, совместимыми с материалами и технологией изготовления ИС, является исключительно актуальной проблемой.
В многоуровневых БГИС актуальной является проблема обеспечения непрерывности проводящих дорожек на ступеньках рельефа при
В
пароходе из слоя в слой МТКЇЇ. Одним из путей решения этой проблеми является применение диэлектрических слоев со сглаженным профилем боковой поверхности, обеспечивающей непрерывность покрытия ступенек рельефа проводниками многоуровневой разводки.
При разработке технологии изготовления МТКП необходимо также обеспечивать такие требования, как минимальную емкость МДМ-структуры, высокую электрическую и механическую прочность, влагостойкость и т.д. Поскольку большинство характеристик МВД-структур определяется свойствами диэлектрической пленки, очевидна необходимость целенаправленного поиска и выбора диэлектрического материала с высокими электрофизическими характеристиками.
Многокомпонентные стекловидные диэлектрики используются в технологии микроэлектроники для получения пленок с комплексом заранее заданных химических, механических и электрофизических свойств. Они обладают рядом неоспоримых преимуществ по сравнении с такими широко распространенными диэлектриками, как оксид S10 и нитрид SiJJ^ кремния, в частности, позволяют получать эластичные, устойчивые к кристаллизации пленки с КЛТР под кремний (а=35-Ю"7 град'1), ситалл (о>6010~7 град-1) и т.д. Кроме того, многокомпонентные стекла обладают барьерными свойствами против диффузии ионов щелочных метамов, меди и других примесей.
Для осаждения тонких пленок стекловидных, диэлектриков в настоящее время используется такие методы, как электронно-лучевое испарение,' ионно-плазменное расшлэнив, химическое ооавдэние из газовой фазы. Эти методы обладают определенной спецификой, не позволяющей обеспечить получение пленок многокомпонентных стекол заданного воспроизводимого химического состава о высокой однородностью по толщине.
-fi-
ll
Анализ патентной и научно-технической литературы дает основания полагать, что к числу наиболее перспективних низкотемпературных методов осаждения тонких диэлектрических пленок относится ВЧ мэгнвтронное распыление. Развитию и совершенствованию метода посвящеїш многие научные исследования, однако, вопросы технологии осаждения многокомпонентных стекловидных диэлектриков разработаны недостаточно. В-частности, имеется единственная зарубежная публикация на эту тему, в которой показана возможность осаждения тонких пленок многокомпонэнтного отекловидаого диэлектрика (Corning Т059) без указания, однако, технологических режимов их получения. В работе также не нашли отражения результаты исследовании зависимости свойств пленск от технологических режимов их осакдения.
Использование многокомпонентных стекловидных диэлектриков требует проведения дополнительных исследований и усовершенствования метода ВЧ магнетронного осаждения.
Разработка промышленной технологии осаждения методом ВЧ маг-нетронного распыления тонких пленок многокомпонентного стекловидного диэлектрика, используемых в качестве межуровневой изоляции ВГИС.и микросборок, а тага» технологии их фотолитографической обработки, комплексные исследования зависимостей свойств пленок от технологических параметров представляют значительный научный и практический интерес и определяют актуальность настоящей работы.
Цель диссертационной работы заключается в разработка и оптимизации технологии осакдения тонких пленок многокомпонентного стекловидного диэлектрика методом ВЧ-магнетронного расішления со смещением (межуровневая изоляция БГИС и микросборок) путем исследования зависимости комплекса свойств формируемых пленок от технологических режимов процесса их осаждения.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи;
- разработка конструкции ВЧ магнетронной системы распыления
проведения комплексного исследования ее характеристик;
оптимизация конструкции ВЧ магнетронной системы распыления;
разработка конструкции и промышленной технологии изготозлвни: диэлектрических, мишеней для распыления, исследование их свойств;
-- получение тонких пленок многокомпонентного стекловидного диэлектрика методом ВЧ-магнетронного расгшления со смещением, исследование процессов юс формирования;
комплексное исследование химического состава и его однородно ста по толщине пленки, структуры, физико-химических, электрофизи чееких, оптических и других свойств пленок в зависимости от технологических режимов процесса осаждения;
выявление и анализ факторов технологического процесса осааде ния, оказывающих существенное влияние на параметры и свойства тл нких пленок стекловидного диэлектрика, оптимизация технологии их осаждения с использованием методов статистического моделирован* и математической обработки результатов эксперимента;
разработка рекомендаций по использовании» тонких пленок мне гокомпонентного стекловидного диэлектрика в технологии микроэле* тропики: межуровневвя изоляция ЕГИС, подстройка частоты фильтрої на ПАВ в акустовлектроникв, оптоэлектронике и т.д.
Научная новизна. Впервые проведены систематические исследс вания зависимостей состава, структуры и свойств тонких плен* многокомпонентного стекловидного диэлектрика С-Б08 системы Ва( Al203-S102, полученных методом ВЧ магнетронного распыления со смещением, от технологических режимов процесса их осаждения.
a
Проведена оптимизация технологических режимов ВЧ магнетронного осаждения многокомпонентного стекловидного диэлектрика С-БОй по критериям минимальной пористости и величине оптического показателя преломления плэнок методами статистического моделировании и математической обработки результатов эксперимента с использованием разработанного пакета прикладных программ.
Исследован характер распределения химических элементов по толщине пленок стекла С-503 и формирования переходной области пленка-подложка в процессе осаждения.
Исследованы характеристики процессов ВЧ магнетронного осаждения и ВЧ магнетронного травления пленок С-Б08 в едином вакуумном цикле. На основании экспериментальных данных сделан вывод о возможности реализации на разработанном оборудовании процесса тланаризации поверхности схемы методом ВЧ магнетронного осаждения диэлектрика С-508 с регулируемым смещением подложек.
Получены данные по пористости и термической устойчивости разработанных составных спекаемых мишеней в зависимости от технологических режимов их прессования и термообработки.
.Проведены исследования процесса фотолитографической обработ-<и тонких плэнок многокомпонентного стекловидного диэлектрика >б08. Предложен механизм формирования пологого профиля травления тленки диэлектрика, а также способ получения рельефа в диэлектри-гаской подложке (А.о.СССР » 1380540).
Практическая значимость. Разработана и изготовлена многока-годная система ВЧ магнетронного распыления горизонтального типа ш базе вакуумного поста установки "Катод-ІМ" (КД ЦД 7970-4069) о зегулируемым напряжением смещения подложен, содержащая дополните-іьно систему ВЧ магнетронного травления для проведешія мвкопера--
Я
іионной очистки лодложэк и лланариззции поверхности структуры в ггроцессе осавдония плеики диэлектрика. Система обеспечивает полу-чэнив пленок многокомпонентного стекловидного диэлектрика С-508 со стабильными воспроизводимыми толщиной, химическим составом и свойствами. Система распыления внедрена в серийное производство изделия IV поколения "Бригантина" на Омском приборостроительном заводе им.Козицкого, а также в Омском НИИ приборостроения.
Впервые в СССР (А.с.СССР * 1635589) разработана и изготовлена системг ВЧ магнетронного распыления вертикального типа на базе вакуумного поста установки УБН 62П-3 с несколькими составными спекаемыми мишенями для получения тонких пленок диэлектриков с высокой производительностью (до 70 подложек/цикл) и высокой однородностью по толщине (до 2%). Разработан комплект конструкторской документации (КД ЩГ 7970-4068) на систему распыления вертикального типа. Система распыления внедрена в серийное производство в Омском НИИ приборостроения для изготовления специализированных микросОорок, а также в НИИ ВЭМ (г.йкевск).
Разработана промышленная технология и оснастка для изготовления составных спекаемых мишеней на основе многокомпонентного стекловидного диэлектрика С-Б08 для системы ВЧ магнетронного распыления вертикального тина (технологическая инструкция УИЯД. 26200.00079).
Разработан технологический процесс изготовления МТКП БГИС с использованием металлизации на основе системы У-А1-Ї (Y-Al-Ni) и межуровневого диэлектрика С-Б08 системы Ba0-Ala03-S102. Технологический процесс УИЯД.0І20І.00030 используется для изготовления специализированных микросОорок 04АП0І, 04АГО4, 04AP0I, 04ДС05.
'Разработан метод прецизионной подстройки сверхузкополосных.
_ 9 -
a
фильтров на ПАВ с использованием технологии ВЧ магнетронного оса-ждения и травления тошшх пленок многокомпонентного стекловидного диэлектрика С-508. Полученные результата были использованы в ОНЙШ при изготовлении экспериментальных ооразцов фільтров.
Результаты исследований процессов осавдэнил и формирования тонких пленок материала С-508 системы Ва0-А1 03-S10_ и их свойств выявляют широкие перспективы использования многокомпонентных стекловидных диэлектриков в различных областях микроэлектроники (те-гаологии БГЙС, акусто- и оптоэлектронике).
На защиту выносятся следующие основные положения дисеертаци-жной работы:
система ВЧ-магнвтронного распыления со смещением горизонтального типа, используемая для осаидвния (травления) тонких пле-гок многокомпонентного стекловидного диэлектрика С-Б08 системи 1аО-А1г03-310г;
система ВЧ-магнетронного распыления вертикального типа с диэлектрическими составными спекаемыми мишенями;
технология изготовления диэлектрических составных спекае-ых мишеней для систем ВЧ-магнетронного распыления,
технологический процесс ВЧ~магнэтронного осаждения со ома-9НИ8М тонких кленок многокомпонентного стекловидного диэлектрика -508, оптимизированный на основа результатов исследования комп-жса их свойств; ' .
- методика оценки эффективности систем ВЧ-магнетронного рас-
іления по критерию относительной бомбардировки электродов.
Апробация работа. Материалы диссертационной работы доклады -їлись и обсуждались на Юбилейной научно-технической конференции >мсн, 1988 г.), 7-й научно-технической конференция "Акалитичес-
в
гаэ методы исследования материалов и изделий микроэлектроники" (Черновцы, 1989 г.), Всоссюянои нпучио-технической конференции "Акустоэлектронные устройства обработки информации на поверхностных акустических волнах" (Черкассы, 1990 г.). Научно-технической конференции "Проблемы создания аппаратуры радиосвязи и радиоэлектронных устройств" (Омск, 1990 г.), VII-й отраслевой научно-технической конференции "Тонкие пленки в производстве полупроводниковых приборов и Ш" (Махачкала, 1990 г.), Ill Всесоюзной научно-техяическоЛ конференции "Состояние и перспектива развития гибридной технологии и ГКО в приборостроении" (Ярославль, 1991),
Публикации. Основные результати диссертации изложены в рвботвх, список которых приводен в конца автореферата.
Структура и объем работы. Диссертация состоиг из введения, пяти глав, выводов по работе и ггрилокения. FaOoia изложзна на 120 страницах машинописного текста, содержит 68 рисунков, 15 таблиц. Список литературы включает 279 найменованій.
