RU2799811C1 - Method for manufacturing a thin-film capacitor for electronic equipment - Google Patents

Method for manufacturing a thin-film capacitor for electronic equipment Download PDF

Info

Publication number
RU2799811C1
RU2799811C1 RU2022135340A RU2022135340A RU2799811C1 RU 2799811 C1 RU2799811 C1 RU 2799811C1 RU 2022135340 A RU2022135340 A RU 2022135340A RU 2022135340 A RU2022135340 A RU 2022135340A RU 2799811 C1 RU2799811 C1 RU 2799811C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
thin
film
dielectric
manufacturing
film capacitor
Prior art date
Application number
RU2022135340A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Васильевич Маркус
Илья Александрович Рогачев
Александр Сергеевич Курочка
Валерий Анатольевич Красник
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" filed Critical Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина"
Application granted granted Critical
Publication of RU2799811C1 publication Critical patent/RU2799811C1/en

Links

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to a method for manufacturing a thin-film capacitor in electronic technology and can be used as part of thin-film microcircuits, for example, for a microwave integrated circuit. The method includes formation of a dielectric element in the form of a thin film of a dielectric from silicon nitride in at least two stages, with a layer thickness at each stage of less than 25 nm, with an interval between stages formation of 20-40 s, in a single technological process of applying a thin film by photolithography and etching, whereas the number of stages of formation of a thin dielectric film N is determined from the expression N=d/s, where d is the specified total thickness of the dielectric film, nm, s is the same thickness of the dielectric film layer of the dielectric at each stage, nm.
EFFECT: increased specific capacitance, breakdown voltage, decreased in dielectric loss tangent (tg), as well as increased yield of suitable products while simplifying the manufacturing method
5 cl, 3 dwg, 1 tbl, 6 ex

Description

Изобретение относится к электронной технике, к тонкопленочным конденсаторам, и может найти широкое применение при изготовлении пленочных микросхем как сверхвысокочастотного, так и низкочастотного диапазонов длин волн, широкого функционального назначения.The invention relates to electronic engineering, to thin-film capacitors, and can be widely used in the manufacture of film microcircuits of both microwave and low-frequency wavelength ranges, for a wide range of functional purposes.

Тонкопленочные конденсаторы (ТПК) являются одним из пассивных элементов пленочных микросхем. Thin film capacitors (TPC) are one of the passive elements of film microcircuits.

Основные характеристики тонкопленочного конденсатора (величина номинала, стабильность, рабочее напряжение, температурная и временная стабильность, частотные свойства, добротность, полярность, надежность и др.) зависят, прежде всего, от выбранных материалов и технологического процесса изготовления.Main Features of Thin Film Capacitor (nominal value, stability, operating voltage, temperature and time stability, frequency properties, quality factor, polarity, reliability, etc.) depend primarily on the selected materials and the manufacturing process.

При этом материал основного элемента тонкопленочного конденсатора - диэлектрика должен иметь:In this case, the material of the main element of the thin-film capacitor is dielectric must have:

- высокие значения адгезии к материалам других его элементов (нижней и верхней обкладок);- high values of adhesion to the materials of its other elements (lower and upper plates);

- малые значения диэлектрических потерь; - small values of dielectric losses;

- высокие значения диэлектрической проницаемости (ε) и соответственно высокие значения удельной емкости;- high values of dielectric constant (ε) and correspondingly high values of specific capacitance;

- низкие значения тангенса угла диэлектрических потерь (tg);- low values of the dielectric loss tangent (tg );

- низкие значения механических напряжений не более 3,0×106 Па;- low values of mechanical stresses not more than 3.0×10 6 Pa;

- низкие значения скорости травления материала диэлектрика в буферном травителе, нм/мин.- low values of the etching rate of the dielectric material in the buffer etchant, nm/min.

Известен способ изготовления тонкопленочного конденсатора, включающий нанесение слоя оксида тантала или ниобия и слоя оксида кремния. A known method of manufacturing a thin-film capacitor, including the deposition of a layer of tantalum or niobium oxide and a layer of silicon oxide.

В котором с целью улучшения электрических характеристик тонкопленочного конденсатора, слой оксида кремния наносят многократной попеременной обработкой слоя оксида тантала или оксида ниобия при температуре 100-180°C, в вакууме парами четыреххлористого кремния и воды, причем толщина слоя оксида кремния составляет 10-100 Å (1-10)×10-9 м [А. С. 699949 РФ. Способ изготовления тонкопленочного конденсатора /Ю.К. Ежовский и др./ /Бюл. - 2000 г. - № 20].In which, in order to improve the electrical characteristics of a thin-film capacitor, a layer of silicon oxide is applied by repeated alternating treatment of a layer of tantalum oxide or niobium oxide at a temperature of 100-180 ° C, in a vacuum with vapors of silicon tetrachloride and water, and the thickness of the silicon oxide layer is 10-100 Å (1-10) × 10 -9 m [A. C. 699949 RF. Method for manufacturing a thin-film capacitor /Yu.K. Yezhovsky and others/ /Bul. - 2000 - No. 20].

Недостатком данного тонкопленочного конденсатора и, соответственно, способа его изготовления является низкий уровень пробивных напряжений (не более 50 В), а также повышенная сложность и дороговизна способа изготовления из-за использования дорогостоящих материалов оксидов тантала и ниобия.The disadvantage of this thin-film capacitor and, accordingly, the method of its manufacture is the low level of breakdown voltages (not more than 50 V), as well as the increased complexity and high cost of the manufacturing method due to the use of expensive materials of tantalum and niobium oxides.

Известен тонкопленочный конденсатор и способ его изготовления, содержащий первую и вторую обкладки, выполненные в виде металлических пленок, включающих слои хрома Cr, меди Cu, расположенную между обкладками диэлектрическую пленку диэлектрика в виде полиимидной пленки и размещенные на противоположных сторонах диэлектрической пленки токовыводы.A thin-film capacitor and a method for its manufacture are known, containing first and second plates made in the form of metal films, including layers of chromium Cr, copper Cu, a dielectric film of a dielectric in the form of a polyimide film located between the plates and current leads placed on opposite sides of the dielectric film.

В котором, с целью упрощения технологических операций способа изготовления и расширения области его применения за счет повышения точности воспроизводимости малых номиналов емкости, снижения индуктивности и повышения добротности, улучшения адгезии металлических пленок, соотношение толщин металлических пленок и полиимидной пленки выбрано в диапазоне 1,1-1,2, а токовыводы выполнены в виде части металлических пленок, выступающих над торцевыми противоположными сторонами полиимидной пленки соответственно. In which, in order to simplify the technological operations of the manufacturing method and expand the scope of its application by improving the accuracy of reproducibility of small capacitance ratings, reducing the inductance and increasing the quality factor, improving the adhesion of metal films, the ratio of the thicknesses of the metal films and the polyimide film is selected in the range of 1.1-1.2, and the current leads are made in the form of a part of the metal films protruding above the end opposite sides of the polyimide film, respectively.

Способ изготовления данного тонкопленочного конденсатора заключается в нанесении на полиимидную пленку с двух сторон вакуумным напылением металлизации слоев хром Cr - титан Ti - медь Cu - хром Cr, формировании печати рисунка по тонкому слою напыленной меди, осаждении толстого слоя меди по фоторезистивной маске гальваническим методом, травлении полиимидной пленки для формирования металлических токовыводов, химическом осаждении слоя олова Sn, обеспечивающего одновременно две функции - защитную и пайку во внешнюю схему [Патент № 2046429 РФ. Пленочный конденсатор / П.П. Сумин / / Бюл. - 1995 г. - № 29].The method for manufacturing this thin-film capacitor consists in depositing chromium Cr - titanium Ti - copper Cu - chromium Cr layers on a polyimide film from two sides by vacuum deposition of metallization, forming a pattern print on a thin layer of sputtered copper, deposition of a thick layer of copper over a photoresistive mask by a galvanic method, etching a polyimide film to form metal current leads, chemical deposition of a tin layer Sn, which simultaneously provides two functions - protective and soldering into an external circuit [Patent No. 2046429 RF. Film capacitor / P.P. Sumin / / Bul. - 1995 - No. 29].

Недостатком данного тонкопленочного конденсатора и, соответственно, способа его изготовления является:The disadvantage of this thin-film capacitor and, accordingly, the method of its manufacture is:

- низкая относительная диэлектрическая проницаемость (ε) полиимидной пленки диэлектрика 3.3-3.6, что не позволяет формировать тонкопленочные конденсаторы с высокой удельной емкостью и планарной структурой, - low relative permittivity (ε) of the polyimide dielectric film 3.3-3.6, which does not allow the formation of thin-film capacitors with high specific capacitance and planar structure,

- ограниченный спектр его применения и сложность способа его изготовления, обусловленная необходимостью соблюдения определенного соотношения между толщиной полиимидной пленки диэлектрика и толщиной слоев, напыляемых металлов.- a limited range of its application and the complexity of the method of its manufacture, due to the need to maintain a certain ratio between the thickness of the polyimide film of the dielectric and the thickness of the layers, sprayed metals.

Известен тонкопленочный конденсатор и способ его изготовления, содержащий первую и вторую обкладки, выполненные в виде металлических пленок, расположенную между обкладками диэлектрическую пленку диэлектрика, токовыводы, выполненные в виде части металлических пленок, выступающих над торцевыми сторонами диэлектрической пленки.A thin-film capacitor and a method for its manufacture are known, containing first and second plates made in the form of metal films, a dielectric film of a dielectric located between the plates, current leads made in the form of a part of metal films protruding above the end sides of the dielectric film.

В котором, с целью повышения выхода годных за счет снижения высокого количества дефектов диэлектрической пленки диэлектрика, введены второй слой диэлектрической пленки и расположенная между слоями диэлектрической пленки промежуточная металлическая обкладка, состоящая из изолированных фрагментов. In which, in order to increase the yield by reducing the high number of defects in the dielectric film of the dielectric, a second layer of the dielectric film is introduced and an intermediate metal plate located between the layers of the dielectric film, consisting of isolated fragments.

Способ изготовления тонкопленочного конденсатора включает следующую последовательность технологических операций.The method for manufacturing a thin film capacitor includes the following sequence of technological operations.

Формирование нижней обкладки и токовывода посредством напыления металлов ванадий V - молибден Mo, толщиной 0,1 мкм (1×10-7 м), на подготовленную поверхность подложки. Formation of the lower lining and current outlet by spraying metals vanadium V - molybdenum Mo, 0.1 μm thick (1×10 -7 m), on the prepared surface of the substrate.

Осаждение на всю поверхность нижней обкладки первого слоя диэлектрической пленки диэлектрика двуокиси кремния SiO2, толщиной 2×10 - 7 м.Deposition on the entire surface of the lower lining of the first layer of dielectric film dielectric silicon dioxide SiO 2 , thickness 2×10 - 7 m .

Формирование промежуточной обкладки тонкопленочного конденсатора, которая представляет собой несколько металлических фрагментов, изолированных друг от друга, имеющих произвольную конфигурацию, а их количество зависит от площади изготавливаемого тонкопленочного конденсатора. Formation of an intermediate plate of a thin-film capacitor, which consists of several metal fragments isolated from each other, having an arbitrary configuration, and their number depends on the area of the thin-film capacitor being manufactured.

Формирование промежуточной обкладки - напылением металлов ванадий V - молибден Mo, толщиной 0,1 мкм (1×10-7 м) на первый слой диэлектрической пленки диэлектрика, с использованием технологических операций фотолитографии и травления. Formation of an intermediate lining - by spraying metals vanadium V - molybdenum Mo, 0.1 μm thick (1×10 -7 m) on the first layer of the dielectric film of the dielectric, using technological operations of photolithography and etching.

Формирование второго слоя диэлектрической пленки - осаждением на первый слой диэлектрической пленки второго слоя двуокиси кремния SiО2, толщиной 0,2 мкм (2×10-7 м).Formation of the second layer of the dielectric film - deposition on the first layer of the dielectric film of the second layer of silicon dioxide SiO 2 , 0.2 μm thick (2×10 -7 m).

Формирование верхней обкладки пленочного конденсатора и токовывода - напылением металлов ванадий V - молибден Mo, толщиной 10-7 м на второй слой диэлектрической пленки с использованием технологических операций фотолитографии и травления [Патент 2367046 РФ. Пленочный конденсатор / В.С. Галушко / /Бюл. - 2009 - № 25] - прототип.The formation of the upper lining of the film capacitor and the current output - by spraying metals vanadium V - molybdenum Mo, 10 -7 m thick on the second layer of the dielectric film using technological operations of photolithography and etching [Patent 2367046 RF. Film capacitor / V.S. Galushko / /Bul. - 2009 - No. 25] - prototype.

Данный способ изготовления тонкопленочного конденсатора по сравнению с предыдущим аналогом обеспечивает повышение выхода годных, благодаря снижения уровня дефектов диэлектрической пленки диэлектрика. This method of manufacturing a thin-film capacitor in comparison with the previous analogue provides an increase in the yield due to a decrease in the level of defects in the dielectric film of the dielectric.

Однако:However:

во-первых, уровень дефектов тонкой пленки диэлектрика остается достаточно высоким, что по-прежнему не обеспечивает должный - высокий уровень выхода годных, firstly, the level of defects in a thin dielectric film remains high enough, which still does not provide the proper - high level of yield,

во-вторых, не позволяет формировать тонкопленочные конденсаторы с высокой удельной емкостью и достаточно планарной структурой из-за использования двуокиси кремния SiO2 в качестве материала диэлектрической пленки диэлектрика, который имеет низкую относительную диэлектрическую проницаемость, равную 3,9,secondly, it does not allow the formation of thin-film capacitors with a high specific capacitance and a sufficiently planar structure due to the use of silicon dioxide SiO 2 as the material of the dielectric dielectric film, which has a low relative dielectric constant equal to 3.9,

в-третьих, является сложным из-за сложности дополнительных технологических операций формирования промежуточной обкладки тонкопленочного конденсатора.thirdly, it is complicated due to the complexity of additional technological operations for forming the intermediate plate of a thin-film capacitor.

Технический результат заявленного способа изготовления тонкопленочного конденсатора - повышение удельной емкости, повышение удельного напряжения пробоя, снижение тангенса угла диэлектрических потерь (tg), повышение выхода годных, упрощение способа изготовления. The technical result of the claimed method for manufacturing a thin-film capacitor is an increase in specific capacitance, an increase in specific breakdown voltage, a decrease in the dielectric loss tangent (tg ), increasing the yield, simplifying the manufacturing method.

Указанный технический результат достигается заявленным способом изготовления тонкопленочного конденсатора электронной техники, включающим The specified technical result is achieved by the claimed method for manufacturing a thin-film capacitor of electronic equipment, including

прямое последовательное формирование на заданной подложке тонкой пленки каждого элемента тонкопленочного конденсатора - нижней обкладки, диэлектрика, верхней обкладки, токовыводов, каждая тонкая пленка выполнена заданной толщины, посредством технологического процесса соответствующих технологических операций - нанесения упомянутых тонких пленок, фотолитографии и травления, при этом каждая технологическая операция с заданными технологическими параметрами и режимами.direct sequential formation on a given substrate of a thin film of each element of a thin-film capacitor - the lower lining, dielectric, upper lining, current leads, each thin film is made of a given thickness, by means of the technological process of the corresponding technological operations - deposition of the said thin films, photolithography and etching, with each technological operation with specified technological parameters and modes.

При этомWherein

при формировании элемента тонкопленочного конденсатора - диэлектрика:when forming an element of a thin-film capacitor - a dielectric:

тонкую пленку диэлектрика формируют из материала - нитрида кремния,a thin dielectric film is formed from a material - silicon nitride,

по меньшей мере, в два этапа,in at least two steps

с одинаковой толщиной слоя тонкой пленки диэлектрика на каждом этапе, менее 25 нм (2,5×10-8 м) (далее нм),with the same thickness of the dielectric thin film layer at each stage, less than 25 nm (2.5×10-8 m) (hereinafter referred to as nm),

с интервалом между этапами формирования по времени 20-40 сек,with an interval between the stages of formation in time 20-40 sec,

в едином технологическом процессе упомянутых технологических операций - нанесения тонкой пленки диэлектрика, фотолитографии и травления,in a single technological process of the mentioned technological operations - deposition of a thin dielectric film, photolithography and etching,

при этом целое количество этапов формирования тонкой пленки диэлектрика N определяют из выражения:in this case, the integer number of stages of formation of a thin dielectric film N is determined from the expression:

N = d / s, гдеN = d / s, where

d - заданная общая толщина тонкой пленки диэлектрика, нмd - given total thickness of a thin dielectric film, nm

s - одинаковая толщина слоя тонкой пленки диэлектрика на каждом этапе, нм.s is the same thickness of the thin dielectric film layer at each stage, nm.

Тонкопленочный конденсатор изготовлен - выполнен в составе монолитной интегральной схемы СВЧ, либо в составе гибридной интегральной схемы СВЧ, либо в составе любой тонкопленочной микросхемы, либо в виде дискретного тонкопленочного конденсатора. The thin-film capacitor is made - made as part of a microwave monolithic integrated circuit, or as part of a microwave hybrid integrated circuit, or as part of any thin-film microcircuit, or in the form of a discrete thin-film capacitor.

Заданная подложка выполнена из полупроводникового материала с классом чистоты поверхности, обеспечивающим последующий технологический процесс эпитаксиального наращивания (EPI-READY), либо материала корунда Al2O3.The specified substrate is made of a semiconductor material with a surface cleanliness class that ensures the subsequent technological process of epitaxial growth (EPI-READY), or Al 2 O 3 corundum material.

При формировании тонкой пленки нижней обкладки и тонкой пленки верхней обкладки их нанесение осуществляют вакуумным напылением металлов, либо их сплавов, либо их систем.When forming a thin film of the lower lining and a thin film of the upper lining, their application is carried out by vacuum deposition of metals, or their alloys, or their systems.

При формировании тонкой пленки диэлектрика ее нанесение осуществляют плазмохимическим осаждением.When forming a thin dielectric film, its deposition is carried out by plasma-chemical deposition.

Раскрытие сущности изобретения.Disclosure of the essence of the invention.

Совокупность существенных признаков как ограничительной, так и отличительной частей заявленного способа изготовления тонкопленочного конденсатора электронной техники, а именно.The set of essential features of both restrictive and distinctive parts of the claimed method for manufacturing a thin-film capacitor in electronic technology, namely.

Формирование тонкой пленки диэлектрика из материала - нитрида кремния Si3N4, который имеет значительно более высокое значение диэлектрической проницаемости (ε) равное 7, в отличие от значения относительной диэлектрической проницаемости материала тонкой пленки диэлектрика прототипа - двуокиси кремния SiO2 равного 3,9 обеспечивает формирование тонкопленочного конденсатора с более высокой удельной емкостью при одинаковой их толщине.The formation of a thin film of dielectric material - silicon nitride Si 3 N 4 , which has a significantly higher value of dielectric constant (ε) equal to 7, in contrast to the value of the relative permittivity of the thin film dielectric material of the prototype - silicon dioxide SiO 2 equal to 3.9, provides the formation of a thin-film capacitor with a higher specific capacitance at the same thickness.

Формирование тонкой пленки диэлектрика из материала нитрида кремния Si3N4,Formation of a thin dielectric film from silicon nitride material Si 3 N 4 ,

по меньшей мере, в два этапа, in at least two steps

с одинаковой толщиной слоя тонкой пленки диэлектрика из материала нитрида кремния Si3N4, на каждом этапе менее 25 нм, with the same layer thickness of a thin dielectric film of silicon nitride material Si 3 N 4 , at each stage less than 25 nm,

с интервалом формирования между этапами по времени 20-40 сек, with an interval of formation between stages in time 20-40 sec,

в едином технологическом процессе технологических операций - нанесения тонкой пленки диэлектрика, фотолитографии и травления, когда каждая технологическая операция осуществляется с заданными технологическими параметрами и режимами,in a single technological process of technological operations - the deposition of a thin dielectric film, photolithography and etching, when each technological operation is carried out with specified technological parameters and modes,

когда целое количество этапов формирования тонкой пленки диэлектрика N определяют из указанного выражения.when the integer number of steps for forming a thin dielectric film N is determined from the specified expression.

Это обеспечивает.It provides.

Оптимальные значения технологических параметров и режимов технологических операций - нанесения тонких пленок, фотолитографии и травления технологического процесса в целом при формировании тонкой пленки диэлектрика из материала нитрида кремния и, тем самым - максимально возможное снижение количества дефектов тонкой пленки диэлектрика и, тем самым - значительное улучшение электрофизических параметров тонкопленочного конденсатора, а именно - повышение удельного пробивного напряжения, снижение тангенса угла диэлектрических потерь (tg) и, как следствие, - повышение выхода годных.Optimal values of technological parameters and modes of technological operations - deposition of thin films, photolithography and etching of the technological process as a whole during the formation of a thin dielectric film from silicon nitride material and, thereby, the maximum possible reduction in the number of defects in a thin dielectric film and, thereby, a significant improvement in the electrical parameters of a thin-film capacitor, namely, an increase in the specific breakdown voltage, a decrease in the dielectric loss tangent (tg ) and, as a consequence, an increase in yield.

Более того, заявленный способ изготовления тонкопленочного конденсатора исключает необходимость формирования промежуточной обкладки тонкопленочного конденсатора прототипа, которое предусматривает выполнение сложных технологических операций и, как следствие - упрощение способа изготовления.Moreover, the claimed method for manufacturing a thin-film capacitor eliminates the need to form an intermediate plate of a prototype thin-film capacitor, which involves performing complex technological operations and, as a result, simplifying the manufacturing method.

Формирование диэлектрической пленки с одинаковой толщиной ее слоя на каждом этапе более 25 нм не желательно, так как приводит к увеличению количества дефектов и соответственно нежелательному ухудшению электрофизических параметров, а менее 25 нм ограничено техническими возможностями используемого технологического оборудования. The formation of a dielectric film with the same thickness of its layer at each stage of more than 25 nm is not desirable, since it leads to an increase in the number of defects and, accordingly, an undesirable deterioration in electrophysical parameters, and less than 25 nm is limited by the technical capabilities of the technological equipment used.

Интервал между этапами формирования тонкой пленки диэлектрика менее 20 сек.,The interval between the stages of formation of a thin dielectric film is less than 20 seconds,

равно как количество этапов N при формировании тонкой пленки диэлектрика менее определяемого из указанного выражения не желательны, так как не обеспечивают в полной мере указанный технический результат, а более 40 сек не целесообразно.as well as the number of stages N in the formation of a thin dielectric film less than determined from the specified expression are not desirable, since they do not fully provide the specified technical result, and more than 40 seconds is not advisable.

Итак, совокупность существенных признаков заявленного способа изготовления тонкопленочного конденсатора в полной мере обеспечивает заявленный технический результат, а именно - повышение удельной емкости, повышение удельного напряжения пробоя, снижение тангенса угла диэлектрических потерь (tg, повышение выхода годных, упрощение способа изготовления. So, the set of essential features of the claimed method of manufacturing a thin-film capacitor fully provides the claimed technical result, namely, an increase in specific capacitance, an increase in specific breakdown voltage, a decrease in the dielectric loss tangent (tg , increasing the yield, simplifying the manufacturing method .

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 дан общий вид тонкопленочного конденсатора, где:In FIG. 1 is a general view of a thin film capacitor, where:

- подложка - 1,- substrate - 1,

- нижняя обкладка тонкопленочного конденсатора - 2,- the lower lining of the thin-film capacitor - 2,

- диэлектрик - в виде тонкой пленки нитрида кремния Si3N4 - 3,- dielectric - in the form of a thin film of silicon nitride Si 3 N 4 - 3,

- верхняя обкладка тонкопленочного конденсатора - 4,- the upper lining of a thin-film capacitor - 4,

- токовыводы - 5, 6 нижней обкладки и верхней обкладки соответственно.- current leads - 5, 6 of the lower lining and the upper lining, respectively.

На фиг. 2 дана зависимость удельного напряжения пробоя заявленного тонкопленочного конденсатора от количества этапов формирования тонкой пленки диэлектрика из материала нитрида кремния Si3N4.In FIG. 2 shows the dependence of the specific breakdown voltage of the claimed thin-film capacitor on the number of stages in the formation of a thin dielectric film from silicon nitride material Si 3 N 4 .

На фиг. 3 дана зависимость тангенса угла диэлектрических потерь (tg) заявленного тонкопленочного конденсатора от количества N этапов формирования тонкой пленки диэлектрика из материала нитрида кремния Si3N4.In FIG. 3 shows the dependence of the dielectric loss tangent (tg ) of the claimed thin-film capacitor on the number N of stages of formation of a thin dielectric film from silicon nitride material Si 3 N 4 .

Примеры конкретного выполнения заявленного способа изготовления тонкопленочного конденсатора. Examples of a specific implementation of the claimed method for manufacturing a thin-film capacitor.

Пример 1. Выполнение тонкопленочного конденсатора в составе монолитной интегральной схемы усилителя мощности СВЧ М421304.Example 1. Implementation of a thin film capacitor as part of a monolithic integrated circuit microwave power amplifier M421304.

Задают конструкционные параметры элементов тонкопленочного конденсатора:The design parameters of the elements of a thin-film capacitor are set:

- толщину тонкой пленки нижней обкладки - 300 нм;- thickness of the thin film of the lower lining - 300 nm;

- толщину тонкой пленки диэлектрика (d) - 246 нм, которая определяет емкость (в том числе удельную емкость) тонкопленочного конденсатора;- the thickness of the thin dielectric film (d) - 246 nm, which determines the capacitance (including specific capacitance) of the thin-film capacitor;

- толщину тонкой пленки верхней обкладки - 300 нм.- the thickness of the thin film of the upper lining - 300 nm.

Определяют соответственно одинаковую толщину тонкой пленки диэлектрика на каждом этапе (менее 25 нм):Determine, respectively, the same thickness of the thin dielectric film at each stage (less than 25 nm):

- одинаковую толщину слоя тонкой пленки диэлектрика на каждом этапе (s) - равной 20 нм, согласно указанному выражению в формуле изобретения;- the same thickness of the thin dielectric film layer at each stage (s) - equal to 20 nm , according to the specified expression in the claims;

- целое количество N - шесть этапов формирования тонкой пленки диэлектрика из материала нитрида кремния.- integer number N - six stages of formation of a thin dielectric film from silicon nitride material.

Формируют в прямой последовательности на подложке 1, выполненной из полупроводникового материала арсенида галлия GaAs, толщиной 6×10-4 м тонкие пленки каждого элемента тонкопленочного конденсатора, посредством технологического процесса указанных технол,3огических операций - нанесения тонких пленок, фотолитографии и травления, при этом каждая технологическая операция с заданными технологическими параметрами и режимами.Thin films of each element of a thin-film capacitor are formed in direct sequence on a substrate 1 made of a semiconductor material of gallium arsenide GaAs , with a thickness of 6 × 10 -4 m, by means of the technological process of the indicated technological operations - deposition of thin films, photolithography and etching, with each technological operation with specified technological parameters and modes.

Нижнюю обкладку 2 тонкопленочного конденсатора посредством - нанесения тонкой пленки материала алюминия Al, толщиной 300 нм, вакуумным напылением (установка ВАК641), технологических операций фотолитографии и жидкостного травления в растворе состава CrO3:NH4F:H2O при их соотношении 10:1:250.The lower plate 2 of a thin-film capacitor by - applying a thin film of aluminum material Al, 300 nm thick, by vacuum deposition (VAK641 installation), technological operations of photolithography and liquid etching in a solution of the composition CrO 3 :NH 4 F:H 2 O at a ratio of 10:1:250.

Диэлектрик 2 в виде тонкой пленки из материала нитрида кремния Si3N4, в N - шесть этапов, с одинаковой толщиной слоя тонкой пленки диэлектрика на каждом этапе, равной 20 нм, с интервалом между этапами 30 сек, в едином технологическом процессе технологических операций - плазмохимического осаждения (установка Corial D250), из смеси газов моносилан SiH4 - аммиак NH3 - азот N2 - аргон Ar, при их соотношении 1:4,7:3,27:5 соответственно, технологических операций фотолитографии и плазмохимического травления в смеси газов гексафторид серы (элегаз) SF6 - кислород O2 при их соотношении: 1:12.Dielectric 2 in the form of a thin film of silicon nitride material Si 3 N 4 , in N - six stages, with the same thickness of the thin film layer of the dielectric at each stage, equal to 20 nm , with an interval between stages of 30 seconds, in a single technological process of technological operations - plasma-chemical deposition (installation Corial D250), from a mixture of gases, monosilane SiH 4 - ammonia NH 3 - nitrogen N 2 - argon Ar, with their ratio of 1:4.7:3.27:5, respectively, technological operations of photolithography and plasma-chemical etching in a mixture of gases sulfur hexafluoride (SF6 gas) SF 6 - oxygen O 2 at their ratio: 1:12.

Верхнюю обкладку 4 тонкопленочного конденсатора посредством - нанесения тонкой пленки материала алюминия Al, толщиной 300 нм, вакуумным напылением (установка ВАК641), технологических операций фотолитографии и жидкостного травления в растворе состава CrO3:NH4F:H2O при их соотношении 10:1:250.The upper plate 4 of a thin-film capacitor by applying a thin film of aluminum material Al, 300 nm thick, by vacuum deposition (VAK641 installation), technological operations of photolithography and liquid etching in a solution of the composition CrO 3 :NH 4 F:H 2 O at a ratio of 10:1:250.

При этом токовыводы 5, 6 формируют одновременно с формированием нижней обкладки и верхней обкладки тонкопленочного конденсатора соответственно.In this case, the current leads 5, 6 are formed simultaneously with the formation of the lower plate and the upper plate of the thin-film capacitor, respectively.

Примеры 2-6. Examples 2-6.

Аналогично примеру 1 изготовлены образцы тонкопленочных конденсаторов, но при других технологических параметрах, указанных в формуле изобретения (примеры 2-3, 6), и за ее пределами (примеры 4-5).Similarly to example 1, samples of thin-film capacitors were made, but with other technological parameters specified in the claims (examples 2-3, 6), and beyond (examples 4-5).

Пример 6 соответствует дискретному выполнению тонкоплёночного конденсатора.Example 6 corresponds to a discrete implementation of a thin film capacitor.

Пример 7 соответствует прототипу.Example 7 corresponds to the prototype.

На изготовленных образцах тонкопленочных конденсаторов измерены:On the manufactured samples of thin-film capacitors, the following were measured:

- емкость и определена удельная емкость (С), пФ/мм2;- capacitance and specific capacitance (C), pF/mm 2 was determined;

- удельное напряжение пробоя (U), В/м;- specific breakdown voltage (U), V/m;

- тангенс угла диэлектрических потерь, (tg) (Двухзондовый метод. Установка КГ-3377).- dielectric loss tangent, (tg ) (Two-probe method. Installation KG-3377).

Определен Defined

- выход годных, % (процентах).- yield, % (percentage).

Данные представлены в таблице и на фиг. 2, 3.The data are presented in the table and in Fig. 2, 3.

Как видно из таблицы и фиг. 2, 3 значения электрофизических и других параметров составляют примерно:As can be seen from the table and Fig. 2, 3 values of electrical and other parameters are approximately:

- удельной емкости 200 пФ/мм2, - specific capacitance 200 pF / mm 2 ,

- удельного пробивного напряжения 7×108 В/м, - specific breakdown voltage 7×10 8 V/m,

- тангенс угла диэлектрических потерь, (tg) 2×10-4, - dielectric loss tangent, (tg ) 2×10 -4 ,

- выхода годных 99 % (примеры 1-3, 6).- 99% good yield (examples 1-3, 6).

В отличие от образцов, изготовленных за пределами формулы изобретения, аналогичные значения параметров которых несколько ниже. In contrast to samples made outside the claims, the similar values of the parameters of which are somewhat lower.

Аналогичные данные относительно объекта прототипа - отсутствуют.There are no similar data regarding the prototype object.

Таким образом, заявленный способ изготовления тонкопленочного конденсатора обеспечивает:Thus, the claimed method for manufacturing a thin-film capacitor provides:

во-первых, достаточно высокие вышеуказанные значения электрофизических параметров примерно - firstly, the sufficiently high above values of the electrical parameters are approximately -

- удельной емкости 200,0 пФ/мм2; - specific capacitance 200.0 pF/mm 2 ;

- удельного напряжения пробоя 7×108 В/м; - specific breakdown voltage 7×10 8 V/m;

- тангенса угла диэлектрических потерь (tg) 2,0×10-4;- dielectric loss tangent (tg ) 2.0×10 -4 ;

во-вторых, высокий выход годных (примерно 98 процентов).secondly, a high yield (about 98 percent).

Более того, обеспечивает по сравнению с прототипом существенное упрощение способа изготовления, благодаря исключению необходимости формирования промежуточной обкладки, которая предусматривает выполнение сложных технологических операций.Moreover, compared with the prototype, it provides a significant simplification of the manufacturing method, due to the elimination of the need to form an intermediate lining, which involves the implementation of complex technological operations.

ТаблицаTable N, п. п.N, p.p. Способ изготовления тонкопленочного конденсатора электронной техникиMethod for manufacturing a thin-film capacitor of electronic engineering Результаты измеренийMeasurement results Тип выполненияExecution type Материал подложкиSubstrate material ДиэлектрикDielectric МатериалMaterial Заданная толщина, ×10-9 м.Specified thickness, ×10 -9 m. Одинаковая толщина слоя на каждом этапе, ×10-9 м.The same layer thickness at each stage, ×10 -9 m. Интервал между этапами формирования диэлектрика, с.Interval between stages of dielectric formation, s. Целое количество этапов, шт.Integer number of stages, pcs. Удельная емкость С, пф/мм2 Specific capacity C, pf / mm 2 Удельное пробивное напряжение. U, ×108 В/м.Specific breakdown voltage. U, ×10 8 V/m. Тангенс угла диэлектрических потерь (tgδ)10-4 Dielectric loss tangent (tgδ)10 -4 Выход годных, %Yield, % 11 Монолитноеmonolithic Арсенид галлия, GaAsGallium arsenide, GaAs Нитрид кремния, Si3N4 Silicon nitride, Si 3 N 4 246246 2424 30thirty 1010 200200 7,07.0 22 9898 22 198198 7,07.0 22 9898 33 200200 7,07.0 22 9898 44 1616 1717 88 206206 6,96.9 44 8585 55 4949 4343 55 196196 6,96.9 33 8080 66 ДискретноеDiscrete 2424 30thirty 1010 200200 7,07.0 22 9999 7 - прототип7 - prototype Иные технологические параметрыOther technological parameters Нет данныхNo data

Claims (5)

1. Способ изготовления тонкопленочного конденсатора электронной техники, включающий прямое последовательное формирование на подложке тонкой пленки каждого элемента тонкопленочного конденсатора в виде нижней обкладки, диэлектрика, верхней обкладки, токовыводов, заданной толщины, посредством технологического процесса соответствующих технологических операций нанесения упомянутых тонких пленок, фотолитографии и травления, при этом каждая технологическая операция с заданными технологическими режимами, отличающийся тем, что при формировании элемента тонкопленочного конденсатора из диэлектрика тонкую пленку диэлектрика формируют из нитрида кремния по меньшей мере в два этапа, с одинаковой толщиной тонкой пленки диэлектрика на каждом этапе менее 25 нм, с интервалом между этапами формирования по времени 20-40 с, в едином технологическом процессе технологических операций нанесения тонкой пленки методами фотолитографии и травления, при этом целое количество этапов формирования тонкой пленки диэлектрика N определяют из выражения N=d/s, где d – заданная общая толщина тонкой пленки диэлектрика, нм, s – одинаковая толщина слоя тонкой пленки диэлектрика на каждом этапе, нм.1. A method for manufacturing a thin-film capacitor of electronic equipment, including direct sequential formation on a substrate of a thin film of each element of a thin-film capacitor in the form of a lower plate, a dielectric, an upper plate, current leads, of a given thickness, by means of the technological process of the corresponding technological operations of applying the said thin films, photolithography and etching, each technological operation with specified technological modes, characterized in that during the formation of an element of a thin-film capacitor from a dielectric, a thin film of the dielectric is formed from a nitrile and silicon in at least two stages, with the same thin dielectric film thickness at each stage less than 25 nm, with a time interval of 20-40 s between the stages of formation, in a single technological process of technological operations for applying a thin film by photolithography and etching, while the integer number of stages of forming a thin dielectric film N is determined from the expression N=d/s, where d is the given total thickness of the thin dielectric film, nm, s is the same layer thickness of the thin dielectric film at each stage, nm. 2. Способ изготовления по п. 1, отличающийся тем, что тонкопленочный конденсатор изготовлен в составе монолитной интегральной схемы СВЧ, либо в составе гибридной интегральной схемы СВЧ, либо в составе любой тонкопленочной микросхемы, либо в виде дискретного тонкопленочного конденсатора. 2. The manufacturing method according to claim 1, characterized in that the thin-film capacitor is made as part of a microwave monolithic integrated circuit, or as part of a microwave hybrid integrated circuit, or as part of any thin-film microcircuit, or in the form of a discrete thin-film capacitor. 3. Способ изготовления по п. 1, отличающийся тем, что подложка выполнена из полупроводникового материала с классом чистоты поверхности, обеспечивающим заданный последующий технологический процесс эпитаксиального наращивания (EPI-READY).3. The manufacturing method according to claim 1, characterized in that the substrate is made of a semiconductor material with a surface finish class that provides a given subsequent epitaxial growth process (EPI-READY). 4. Способ изготовления по п. 1, отличающийся тем, что при формировании тонкой пленки нижней обкладки и тонкой пленки верхней обкладки их нанесение осуществляют вакуумным напылением металлов, их сплавов или их систем. 4. The manufacturing method according to claim 1, characterized in that when forming a thin film of the lower lining and a thin film of the upper lining, their application is carried out by vacuum deposition of metals, their alloys or their systems . 5. Способ изготовления по п. 1, отличающийся тем, что при формировании тонкой пленки диэлектрика ее нанесение осуществляют плазмохимическим осаждением. 5. The manufacturing method according to claim 1, characterized in that when forming a thin dielectric film, its application is carried out by plasma-chemical deposition.
RU2022135340A 2022-12-30 Method for manufacturing a thin-film capacitor for electronic equipment RU2799811C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2799811C1 true RU2799811C1 (en) 2023-07-12

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5187636A (en) * 1991-07-18 1993-02-16 Rohm Co., Ltd. Dielectric device
RU2046429C1 (en) * 1993-04-26 1995-10-20 Товарищество с ограниченной ответственностью "РАДИС ЛТД" Film capacitor
EP1786006A1 (en) * 2005-11-14 2007-05-16 General Electric Company Film capacitors with improved dielectric properties
RU2367042C1 (en) * 2008-08-21 2009-09-10 Учреждение Российской академии наук Институт физики твердого тела РАН Multi-layer tape nanostructure composite based on superconducting niobium-titanium alloy
EP2319060A1 (en) * 2008-08-26 2011-05-11 Nxp B.V. A capacitor and a method of manufacturing the same
WO2012002118A1 (en) * 2010-06-28 2012-01-05 株式会社村田製作所 Dielectric ceramic material and laminated ceramic capacitor comprising same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5187636A (en) * 1991-07-18 1993-02-16 Rohm Co., Ltd. Dielectric device
RU2046429C1 (en) * 1993-04-26 1995-10-20 Товарищество с ограниченной ответственностью "РАДИС ЛТД" Film capacitor
EP1786006A1 (en) * 2005-11-14 2007-05-16 General Electric Company Film capacitors with improved dielectric properties
RU2367042C1 (en) * 2008-08-21 2009-09-10 Учреждение Российской академии наук Институт физики твердого тела РАН Multi-layer tape nanostructure composite based on superconducting niobium-titanium alloy
EP2319060A1 (en) * 2008-08-26 2011-05-11 Nxp B.V. A capacitor and a method of manufacturing the same
WO2012002118A1 (en) * 2010-06-28 2012-01-05 株式会社村田製作所 Dielectric ceramic material and laminated ceramic capacitor comprising same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9424993B2 (en) Systems and methods for a thin film capacitor having a composite high-K thin film stack
Aigner SAW and BAW technologies for RF filter applications: A review of the relative strengths and weaknesses
US4364099A (en) Tantalum thin film capacitor
US4458295A (en) Lumped passive components and method of manufacture
JP2004536287A5 (en)
Jain et al. Embedded thin film capacitors-theoretical limits
US6339527B1 (en) Thin film capacitor on ceramic
US8110861B1 (en) MIM capacitor high-k dielectric for increased capacitance density
US7414350B1 (en) Acoustic mirror structure for a bulk acoustic wave structure and method for fabricating same
JP2006513558A (en) Glass materials for high frequency applications
RU2799811C1 (en) Method for manufacturing a thin-film capacitor for electronic equipment
US3894872A (en) Technique for fabricating high Q MIM capacitors
US5220482A (en) Thin film capacitor
JPH0745467A (en) Dielectric and capacitor employing it
RU2713572C1 (en) Method for manufacturing microwave-hybrid integrated microcircuit for space purposes with multilevel commutation
CN215451402U (en) Capacitor and semiconductor equipment
US6919283B2 (en) Fabrication of pure and modified Ta2O5 thin film with enhanced properties for microwave communication, dynamic random access memory and integrated electronic applications
RU2046429C1 (en) Film capacitor
US5779929A (en) Thin film metallization for barium nanotitanate substrates
JPH02191349A (en) Dielectric substrate with metal film
Song et al. Preparation and Properties of High Capacitance Density and Low Loss Thin Film Capacitors
Keller et al. Tantalum Oxide-Silicon Oxide Duplex Dielectric Thin-Film Capacitors
KR100261286B1 (en) Epitaxial layer structure of monolithic microwave device
JPH0677083A (en) Thin film capacitor and manufacture thereof
JP2002329640A (en) Variable capacity capacitor and its manufacturing method