RU2392686C1

RU2392686C1 - Составная мишень для распыления и способ ее получения

Info

Publication number: RU2392686C1
Application number: RU2009127339/28A
Authority: RU
Inventors: Вадим Георгиевич Глебовский (RU); Вадим Георгиевич Глебовский
Original assignee: Вадим Георгиевич Глебовский
Priority date: 2009-07-17
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2010-06-20

Abstract

Способ производства составной мишени для магнетронного распыления включает глубокое вакуумное рафинирование многократным переплавом компонентов, изготовление диска, в котором в распыляемой зоне по двум концентрическим окружностям сверлят отверстия и прессовой посадкой крепят в них цилиндрические вставки, производят получение поликристаллического плоского слитка молибдена, изготавливают из него диск с отверстиями, в котором крепят цилиндрические вставки из монокристаллов ванадия и рения. Составная мишень для магнетронного распыления получена вышеуказанным способом и состоит из литого диска и литых цилиндрических вставок, расположенных в распыляемой зоне диска по двум концентрическим окружностям в шахматном порядке, диск выполнен из поликристаллического молибдена и содержит литые цилиндрические вставки из монокристаллического ванадия и рения. В составной мишени соотношение площадей на поверхности мишени, занимаемых ванадием, рением, молибденом таково, что в результате распыления получаются пленки состава 12-50 м.% ванадия, 3,5-27 м.% рения, остальное молибден. Технический результат - повышение качества и надежности контактно-барьерных пленок в интегральных схемах. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Description

Изобретение относится к металлургии высокочистых металлов, конкретно - к производству распыляемых металлических мишеней для микроэлектроники. В технологии производства сверхбольших интегральных схем (СБИС) на кремнии различные сплавы используют в качестве диффузионных барьерных слоев между кремниевой подложкой и металлизацией из алюминиевых сплавов. В частности, тонкопленочные барьеры изготавливают путем распыления составных мишеней, что часто обусловлено трудностью или невозможностью получения сплавов непосредственным сплавлением компонентов. Поэтому использование составных мишеней, состоящих из нескольких компонентов высокой чистоты и позволяющих получать пленки заданного химического состава, представляет прекрасную альтернативу традиционным способам выплавки сплавов.

Из уровня техники известен способ производства вольфрам-титановых мишеней для магнетронного распыления [Патент РФ №2352684, 03.08.07], включающий глубокое вакуумное рафинирование многократным переплавом исходных металов с получением поликристаллического слитка титана и монокристалла вольфрама, изготовление из поликристаллического слитка титана диска, в котором, в распыляемой зоне, по двум концентрическим окружностям в шахматном порядке сверлят отверстия и прессовой посадкой крепят в них литые цилиндрические вставки из монокристалла вольфрама, предварительно подвергнутого шлифовке и резке на мерные длины. В соответствии с упомянутым патентом соотношение площадей на поверхности мишени, занимаемых вольфрамом и титаном, обеспечивает при магнетронном распылении получение пленок состава 35-40 ат.% титана. Этот способ получения и сами мишени прошли серьезную проверку в производстве и хорошо зарекомендовали себя. Материалы других композиций, например на основе молибдена и ванадия, также используют для создания контактно-барьерных слоев, однако при этом всегда возникают большие препятствия на пути получения сплавов для изготовления мишеней. Так, при выплавке сплава молибдена с ванадием из-за образующихся интерметаллидов возникают трудности с последующей мехобработкой. Выплавка слитка с заданным содержанием обоих компонентов часто непредсказуема из-за непредсказуемых потерь при вакуумной плавке. Еще большие трудности возникают при получении тройных сплавов.

Цель изобретения - повышение надежности и технологичности барьерных слоев за счет уменьшения механических напряжений и улучшения однородности металлизации.

Это достигается тем, что в способе производства составной мишени для магнетронного распыления, включающем глубокое вакуумное рафинирование многократным переплавом компонентов, изготовление диска, в котором, в распыляемой зоне, по двум концентрическим окружностям сверлят отверстия и прессовой посадкой крепят в них цилиндрические вставки, производится получение поликристаллического плоского слитка молибдена, изготовление из него диска с отверстиями, в котором крепят цилиндрические вставки из монокристаллов ванадия и рения.

Это достигается тем, что в составной мишени для магнетронного распыления, характеризующейся тем, что она получена способом по п.1 и состоит из литого диска и литых цилиндрических вставок, расположенных в распыляемой зоне диска по двум концентрическим окружностям в шахматном порядке, диск выполнен из поликристаллического молибдена и содержит литые цилиндрические вставки из монокристаллического ванадия и рения.

Это достигается тем, что мишень имеет соотношение площадей на поверхности, занимаемых ванадием, рением, молибденом, и при магнетронном распылении обеспечивает получение пленок состава 12-50 м.% ванадия, 3,5-27 м.% рения, остальное молибден.

Способ осуществляется следующим образом. Производится глубокое вакуумное рафинирование всех трех компонентов - молибдена, ванадия и рения. Молибден переплавляют в электронно-лучевой установке в горизонтальном кристаллизаторе с получением плоского поликристаллического слитка в виде «блина», который подвергают мехобработке с получением диска. В молибденовом диске выполняют отверстия определенного диаметра для размещения монокристаллических вставок ванадия и рения. Исходные ванадий и рений подвергают электронно-лучевой зонной плавке с получением монокристаллов ванадия и рения, которые подвергают шлифовке и резке на мерные длины, в результате чего получают цилиндрические вставки для запрессовывания в отверстия, выполненные в молибденовом диске. Соотношение между количеством монокристаллических вставок ванадия и рения зависит от заданных содержаний молибдена, ванадия и рения в напыляемой пленке. Вставки ванадия и рения в молибденовом диске размещают равномерно по зоне распыления.

ПРИМЕР РЕАЛИЗАЦИИ СПОСОБА

Реализацию способа получения составной мишени при нанесении ванадий-рений-молибденовых пленок с заданным соотношением компонентов проводили с целью определения оптимальных режимов распыления и оптимального соотношения элементов в диффузионных контактно-барьерных слоях, когда наблюдается наименьшая взаимная растворимость на границе с алюминиевой металлизацией, достигается высокая термостойкость слоя в сочетании с низким удельным электросопротивлением, высокой адгезией и оптимальными механическими свойствами барьерного слоя. Основу мишени, представляющую собой диск диаметром 190 мм и толщиной 25 мм, изготавливали из поликристаллического слитка высокочистого молибдена, выплавленного в вакууме в горизонтальном водоохлаждаемом медном кристаллизаторе в электронно-лучевой установке JOK. Монокристаллы ванадия и рения диаметром 11,5 мм произвольной кристаллографической ориентировки рафинировали и выращивали в вакуумной установке для электронно-лучевой зонной плавки «Зона», оснащенной специальной электронной пушкой с защищенным кольцевым катодом. Перед проведением электроискровой резки монокристаллов ванадия и рения на мерные длины с получением вставок проводили шлифование монокристаллических прутков до диаметра 11 мм. Далее вставки запрессовывали в отверстия в молибденовом диске, причем количество вставок из обоих металлов подбиралось в зависимости от заданного соотношения всех трех металлов в финишной пленке. Осаждение пленок проводили на установке магнетронного распыления с малогабаритным магнетронным источником с электромагнитом «Оратория-5» и водоохлаждаемой составной мишенью диаметром 190 мм. Испытания проводили на сплавах с одинаковым соотношением базовых компонентов (молибдена и ванадия) и различным содержанием рения, зависящим от заданного содержания трех компонентов в пленке. Распыление вели в аргоне при следующих режимах: рабочее давление аргона 5·10^-1 Па, ток разряда от 3,5-8,5 А, напряжение на аноде 400 В, ток электромагнита 260 А, магнитная индукция 0,12 Тл. Затем в том же вакуумном цикле электронно-лучевым испарением наносили алюминий. Рисунок токопроводящих элементов с контактно-барьерными слоями из сплава толщиной 0,12 мкм на тестовых образцах, выполненных из кремниевых пластин типа КЭФ-0,2 с окисленной поверхностью и контактными окнами в окисле, получали методом фотолитографии при использовании фоторезиста типа ФП-РН-7. Травление двухслойной пленки (Mo-V-Re)/Al проводили в промышленной установке плазмохимического травления в смеси элегаза с кислородом при давлении 600 Па и мощности ВЧ-разряда 300 Вт. Величину остаточных напряжений в пленке сплава, косвенно свидетельствующую о несоответствии температурных коэффициентов линейного расширения пленки и подложки при прочих равных условиях, контролировали с помощью рентгеноструктурного анализа на дифрактометре ДРОН-2.

Тестовые образцы содержали р-n-переходы на глубине 0,18 мкм от поверхности. Отжиг проводили в аргоне при температуре 525±5°С в течение 30 мин. Ток утечки р-n-перехода позволял судить о стабильности барьерных свойств анализируемого слоя. Аналогично изготавливали и испытывали образцы с контактно-барьерными слоями из двойного сплава молибден-ванадий. Ряд тестовых структур создавали с предварительным нанесением слоя платины толщиной 0,05 мкм и термообработкой при 400°С в течение 12 мин в аргоне для формирования в контактных окнах силицида платины. Ускоренные испытания проводили под токовой нагрузкой при температуре кристаллов кремния 185°С. Результаты испытаний приведены в Таблице 1.

Таблица 1
Результаты испытаний тестовых структур
№ п/п	Состав материала, м.%	Остаточные механические напряжения в пленке сплава, ГПа	Время безотказной работы контактов под нагрузкой при плотности тока 3·10³ А/см², час	Изменение обратного тока р-n-перехода под контактом после испытания в течение 32 ч, %
1	V 12; Re 3,5; Мо - ост	<0,8	172	<10
2	V 50; Re 14; Мо - ост	<0,7	240	<10
3	V 14; Re 18; Мо - ост	<0,4	252	<8
4*	V 32; Re 27; Мо - ост	<0,5	228	<10
5	V 16; Re 3,4; Мо - ост	~1,2	76	25
6	V 51;Re 13; Mo - ост	~1,0	108	20
7	V 25; Мо - ост	~1,1	68	40-50
8	V 60; Мо - ост	~1,0	64	52-65
9	V 11,5; Re 4,5; Мо - ост	~1,2	85	25
10	V 6; Re 28; Мо - ост	~1,1	112	18
*Тестовые структуры с подслоем силицида платины в контактных окнах

Как следует из результатов испытаний, приведенных в таблице 1, наилучшие данные характерны для тройных сплавов, состав которых соответствует предложенному материалу.

Claims

1. Способ производства составной мишени для магнетронного распыления, включающий глубокое вакуумное рафинирование многократным переплавом компонентов, изготовление диска, в котором в распыляемой зоне по двум концентрическим окружностям сверлят отверстия и прессовой посадкой крепят в них цилиндрические вставки, отличающийся тем, что производится получение поликристаллического плоского слитка молибдена, изготовление из него диска с отверстиями, в котором крепят цилиндрические вставки из монокристаллов ванадия и рения.

2. Составная мишень для магнетронного распыления, характеризующаяся тем, что она получена способом по п.1 и состоит из литого диска и литых цилиндрических вставок, расположенных в распыляемой зоне диска по двум концентрическим окружностям в шахматном порядке, отличающаяся тем, что диск выполнен из поликристаллического молибдена и содержит литые цилиндрические вставки из монокристаллического ванадия и рения.

3. Мишень по п.2, отличающаяся тем, что соотношение площадей на поверхности мишени, занимаемых ванадием, рением и молибденом, при магнетронном распылении обеспечивает получение пленок состава 12-50 м.% ванадия, 3,5-27 м.% рения, остальное молибден.