Способ изготовления мдп-конденсаторов

 

Способ изготовления МДП-конденсаторов. Использование: приборостроение, микроэлектроника. Сущность изобретения: МДП-конденсаторы с многослойным диэлектриком. На полупроводниковую пластину наносят диэлектрические и металлические слои. Формируют группами верхние металлические обкладки. Число обкладок в группе определяют с учетом технологических и конструктивных допусков. Площади обкладок в группе формируют отличающимися по площади на величину S Величина S рассчитывается по формуле с учетом параметров, характеризующих диэлектрические слои, погрешности измерения емкостей и величины отклонения значений емкостей по площади пластины.

Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности к технологии изготовления тонкопленочных конденсаторов. Известен способ изготовления тонкопленочного конденсатора, включающий формирование диэлектрического слоя на поверхности электрода-держателя, служащего нижней обкладкой, формирование верхней обкладки определенной конфигурации, индивидуальную подгонку емкости изготовленного конденсатора к заданному номиналу путем механического, лазерного воздействия или обработки электронным лучом верхней обкладки конденсатора. Недостатком известного способа является большая трудоемкость процесса индивидуальной подгонки для получения номинала конденсаторов с высокой точностью. Кроме того, подгонка сопровождается потерей площади на кристалле, снижением электрической прочности и стабильности конденсатора. Наиболее близким техническим решением является способ изготовления МДП-конденсаторов, включающий формирование на поверхности полупроводниковой пластины диэлектрических слоев двуокиси кремния и нитрида кремния и металлических слоев, например, композиции Al-Cu-Si, фотолитографическое формирование топологии верхних металлических обкладок групповым способом, причем расчетные значения толщин диэлектрических слоев и площадей обкладок соответствуют номинальной величине емкости, измерение значений емкости конденсаторов и разделение по классам точности. Недостатком известного технического решения является низкая воспроизводимость получения изделий заданного класса точности. Это определяется следующими факторами: погрешностью формирования диэлектрических слоев заданных толщин, уменьшением величины емкости по площади кремниевой пластины от центра к периферии, причем это уменьшение по различным направлениям неоднозначно и носит случайный характер. Так, для конкретного МДП-конденсатора с конструктивно-технологическими параметрами номинал 320 пФ, допуск на отклонение от номинала 10 пФ, тип структуры: металл диэлектрик полупроводник с комбинированным диэлектриком SiO2 + Si3N4. Расчетная площадь перекрытия электродов So 3,61 мм2, расчетная толщина диэлектрических слоев d 0,33 мкм, d= 0,1 мкм, конструктивный допуск на толщины диэлектрических слоев d 0,0035 мкм, d 0,01 мкм, технологический допуск на создание расчетных толщин диэлектрических слоев d= 0,01 мкм, d 0,01 мкм. Расчеты показывают величину минимального отклонения полученного значения емкости от номинала 14,38 пФ; -19,5 пФ (то есть + 4,5% -6,1%). Таким образом, известный способ обеспечивает воспроизводимое изготовление МДП-конденсаторов II класса точности. Процесс изготовления МДП-конденсатора I и "0" классов точности будет носить невоспроизводимый характер, так как требует практически недостижимых технологических допусков на формирование диэлектрических слоев. Целью изобретения является обеспечение воспроизводимости изготовления изделий заданного класса точности. В способе изготовления МДП-конденсаторов, включающем формирование диэлектрических и металлических слоев на поверхности полупроводниковой пластины, формирование топологии верхних металлических обкладок площадью So групповым способом, причем толщина диэлектрических слоев и площадь обкладок соответствует требуемой величине емкости, измерение значений емкости конденсаторов и разделение по классам точности, металлические обкладки формируют группами, отличающимися по площади в группе, при этом количество n обкладок в каждой группе определяют согласно выражению: n , где dтех1; dтех2 технологические допуски на формирование диэлектрических слоев толщинами d1 и d2; dк1 2 конструктивные допуски на формируемые диэлектрические слои толщинами d1, d2 для конденсаторов требуемого класса точности согласно расчета. Площади обкладок в группе формируют с дискретным отклонением каждой последующей обкладки от предыдущей, начиная с So, на величину S + , где Спл усредненная величина отклонения действительных значений емкости по площади пластины от усредненных значений в центральной зоне с радиусом 1/4 радиуса пластины; Сизм среднеквадратичная погрешность измерения емкости измерительным прибором; o диэлектрическая постоянная вакуума; 1 2 диэлектрические постоянные диэлектрических слоев; d1; d2 толщины первого и второго диэлектрических слоев, полученных согласно расчету для Со и So. Указанное выше формирование верхних металлических обкладок МДП-конденсаторов достигается применением разработанного и изготовленного согласно указанным выше выражениям фотошаблона "металл". Фотошаблон представляет собой совокупность матриц, каждая из которых включает n обкладок, площади которых отличны друг от друга на величину дискретного отклонения S каждой последующей от предыдущей, начиная с So. Применение предлагаемого технического решения позволяет в существующих технологических допусках компенсировать вероятностный характер изготовления МДП-конденсаторов "0" и I класса точности. Изобретение иллюстрируется следующим примером. В соответствии с предлагаемым техническим решением при конструктивно-технологических параметрах МДП-конденсатора как у прототипа, а именно: номинал 320 пФ; допуск на отклонение от номинала 10 пФ, тип структуры: металл диэлектрик полупроводник с комбинированным диэлектриком SiO2 + Si3N4, расчетная площадь перекрытия электродов S3,61 мм2, расчетная толщина диэлектрических слоев d= 0,33 мкм, d 0,01 мкм, конструктивный допуск на толщины диэлектрических слоев d 0,0035 мкм, d 0,01 мкм, технологические допуски на получение расчетных толщин диэлектрических слоев d 0,01 мкм, d=0,01 мкм. Число верхних обкладок составит
n 3
Усредненная величина отклонения действительных значений емкости от усредненного значения емкости в центре пластины для МДП-конденсаторов с толщинами слоев SiO2 0,33 мкм и Si3N4 0,1 мкм равна 5,12 пФ. Среднеквадратичная погрешность измерений действительных значений емкости 320 пФ на измерителе Е4-11 равна 0,3 пФ. Следовательно, величина дискретного отклонения от расчетного значения площади равна
+ +
Таким образом, в каждой группе необходимо выполнить три обкладки со следующими площадями:
So 3,61 (мм2);
S1 3,61 + 0,06 3,67 (мм2);
S2 3,61 0,06 3,55 (мм2). По результатам расчетов проектируют и изготавливают фотошаблон "металл" для фотолитографического формирования верхних металлических обкладок МДП-конденсатора. Фотошаблон представляет собой совокупность матриц, каждая из которых включает три обкладки с площадями So 3,61 мм2, S1 3,67 мм2 и S2 3,55 мм2. Фотолитографическое формирование верхних металлических обкладок МДП-конденсаторов с использованием фотошаблона согласно изобретению позволяет при любых соотношениях параметров диэлектрических слоев SiO2 и Si3N4, лежащих в пределах технологических допусков на их формирование, получать с пластины 2/3 всех конденсаторов, величины емкости которых соответствуют требуемым (320 10) пФ. В самом деле, при параметрах слоев: d= 0,335 мкм и d 0,095 мкм, Со 318, 33 пФ; С1 323,62 пФ, С2 309,51 пФ; при параметрах слоев: d 0,323 мкм и d 0,103 мкм Со 325,05 пФ, С1 330,45 пФ, С2 319,65 пФ. Даже в случае получения предельно допустимых толщин диэлектрических слоев 1/3 всех конденсаторов будем иметь действительные значения емкости, соответствующие требуемым: d 0,32 мкм и d 0,09 мкм, Со 333,597 пФ, С1 339,142 пФ, С2 328,053 пФ. После этого кремниевую подложку р-типа с удельным сопротивлением = 0,005 Ом х см отмывают последовательно в перекисно-аммиачной смеси, промывают в деионизованной воде, сушат и окисляют при температуре 1100 1оС в диффузионной печи в среде сухого (15 мин) влажного (30 5 мин) и сухого (20 мин) кислорода при расходе 220 л/ч до толщины слоя SiO20,330 0,01 мкм. Контроль толщины диэлектрического слоя SiO2 производят по контрольной пластине на эллипсометре ЛЭФ-3M с записью значения в сопроводительном листе. Подложку обрабатывают в перекисноаммиачной смеси, промывают в воде, сушат и на поверхность диэлектрического слоя SiO2 наносят слой нитрида кремния толщиной 0,1 0,01 мкм методом аммонолиза моносилана при температуре 730-750оС, рабочем давлении 660 мбар на установке "Лада-Н". Контроль толщины диэлектрического слоя производят по контрольной пластине на эллипсометре ЛЭФ-3М. Уплотнение слоя Si3N4 проводят в печи АДС-6-100 при температуре 1025оС в среде сухого (5 мин) влажного (20 мин) и сухого (5 мин) кислорода. После отмывки и сушки пластины на поверхность комбинированного диэлектрика методом вакуумного напыления наносят пленку Al толщиной 0,5 мкм. На поверхность металлической пленки наносят первый слой фоторезиста, сушат, формируют 1 рисунок изоляционного слоя, дубят фоторезист, наносят второй слой фоторезиста и осуществляют аналогичные операции но с использованием второго, подобного первому, фотошаблона. Пластину передают на операции химического травления пленки Al и ионно-химическое травление двойного слоя SiO2 Si3N4, маскированного двойным слоем фоторезиста и металлической пленки. После снятия фоторезиста и отмывки пластины в перекисно-аммиачной смеси и деионизованной воде, сушки, на поверхности пластины напыляют вторую проводящую пленку толщиной 1,70,15 мкм состава алюминий никель. Методом фотолитографии с использованием фотошаблона, представляющего совокупность матриц с площадями So, S1, S2, формируют конфигурацию верхнего электрода и контактной площадки к низкоомной кремниевой подложке. Затем предварительно отмытую подложку со сформированными структурами подвергают термообработке в течение 15 мин при температуре 530 1оС в потоке сухого кислорода. Далее пластины передают на замер действительных значений емкости изготовленных МДП-конденсаторов и разделение по классу точности. Применение предложенного способа позволит получать на 20-30% больше МДП-конденсаторов номинала емкости высокого класса точности за счет компенсации разброса толщин при формировании диэлектрических слоев изменением площади перекрытия обкладок по определенной закономерности.


Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МДП-КОНДЕНСАТОРОВ, включающий формирование диэлектрических и металлических слоев на поверхности полупроводниковой пластины, формирование топологии верхних металлических обкладок с площадью обкладки S0 групповым способом, причем толщины диэлектрических слоев и площади обкладок выбирают из условия соответствия их требуемой величине C0 емкости конденсаторов, измерение значений емкостей конденсаторов и разделение по классам точности, отличающийся тем, что, с целью воспроизводимости получения конденсаторов заданного класса точности, металлические обкладки формируют группами, отличающимися по площади в группе, при этом число n обкладок в каждой группе определяют согласно выражению

где минимальное технологические допуски на формирование диэлектрических слоев с толщинами d1 и d2;
d1 и d2 конструктивные допуски на формируемые диэлектрические слои с толщинами d1 и d2 для конденсаторов требуемого класса точности согласно расчету,
а площади обкладок в группе формируют с дискретным отклонением каждой последующей обкладки от предыдущей, начиная с S0, на величину

где Cпл -усредненная величина отклонения действительных значений емкости по площади пластины от усредненных значений в центральной зоне пластины с радиусом, равным 0,25 от радиуса пластины;
Cизм средняя квадратная погрешность измерения емкостей измерительным прибором;
o диэлектрическая постоянная вакуума;
1 и 2 диэлектрические постоянные диэлектрических слоев;
d1 и d2 толщины первого и второго диэлектрических слоев, полученных согласно расчету для C0 и S0.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к микроэлектронике , в частности к технологии изготовления полупроводниковых структур с многоуровневой металлизацией

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к полупроводниковым преобразователям солнечной энергии в электрическую
Изобретение относится к области технологии полупроводникового производства и может быть использовано при палладировании поверхности полупроводниковых соединений типа А III B V в процессе изготовления, например, светодиодов, инжекционных лазеров, диодов Ганна и т.д

Изобретение относится к области электронной техники

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при изготовлении полевых транзисторов

Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности к технологии изготовления полупроводниковых приборов и ИС
Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к технологии изготовления лавино-пролетных диодов

Изобретение относится к электронной полупроводниковой технике, а именно к технологии изготовления высоковольтных кремниевых приборов и способам защиты p-n-переходов от влияния внешних зарядов

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в полупроводниковых датчиках и модульных устройствах вычислительных машин

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в полупроводниковых датчиках и модульных устройствах вычислительных машин

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем, в частности к технологии изготовления фотоприемников и сверхбыстродействующих схем на подложках из антимонида индия

Изобретение относится к области силовой полупроводниковой техники и может быть использовано при изготовлении тиристоров

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при изготовлении микроактюаторов, микрофонов, полевых транзисторов, электретных элементов и др

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при изготовлении приборов на основе арсенида галлия

Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности к технологии изготовления тонкопленочных конденсаторов

Наверх