При осаждении диэлектрической пленки методом напыления в ней .возникают механические напряжения, начиная с самых ранних стадий роста. Замечено, что более толстые пленки имеют тенденцию вспучиваться и отставать от подложки вследствие внутренних сжимающих усилий или же трескаться вследствие внутренних растягивающих усилий. Характер напряжений — сжимающих или растягивающих — зависит от материала, типа подложки и условий осаждения. В случае SiO адгезия значительно улучшается при нагревании подложки примерно до 300° С во время напыления, так как при этом уменьшаются сжимающие напряжения. Было показано также, что напыление в вакууме с давлением менее 5- Ю-6 тор значительно уменьшает эти напряжения и даже может превратить их в растягивающие [12]. Напряжения чувствительны к скорости напыления и несколько меняются с изменением температуры источника, определяющей парциальное давление пара. Причины появления указанных напряжений пока еще не ясны. Единственное, что можно сказать с определенностью, это то, что получающиеся напряжения обычно больше, чем можно было бы объяснить различием тепловых коэффициентов расширения подложки и напыленной пленки.
Тонкопленочные конденсаторы
Применение конденсаторов в микросхемах рассматривалось многами авторами {13]. Для получения необходимых диэлектрических пленок использовались три основных метода, а именно: напыление, катодное распыление и анодирование. Основным различием межжшнШ лылеиием и катодным распылением является .продолжительность изготовления требуемой толщины (обычно 1 000—10 000 А). Скорость напыления обычно составляет около 20 А/сек (иногда она доходит до А/сек в случае источников специальной конструкции), тогда как скорость катодного распыления лежит в пределах
1—10 А/сек.Как уже указывалось, SiO является весьма популярным диэлектриком при напылении. С его помощью могут быть получены удельные емкости до 0,01 мкф/см2 пр,и
толщине пленок, обеспечивающей рабочее напряжение 20 в. Температурный коэффициент емкости лежит в пределах (100—400) 10-6/°С. Можно получить значения tgб до 0,2% при 1 кгц, хотя эта величина возрастает на более высоких частотах (рис. 16). Как показано на рис. 17, емкость на высоких частотах слабо зависит от частоты. На рис. 18 и 19 приведены зависимости емкости и диэлектрических потерь от температуры. Верхний предел рабочей температуры составляет 200° С, при этом tgfl = 5%.
Можно было ожидать, что пленки из ZnS будут иметь пол у п р OIBO дн"и ков ы е сво йств а. О д н а ко о б н ару жи лось, что если такая пленка наносится в условиях, при которых диссоциация сзедена к минимуму, то получаются конденсаторы того же качества, как и при использовании пленки SiO. Благодаря более высокой диэлектрической проницаемости ZnS (около 8), можно получить удельные емкости порядка 0,03 мкф/см2 с рабочим напряжением 20 в. Частотная и температурная зависимости величин Си tg б показаны на рис. 16—18.
Очевидно, что для получения больших удельных емкостей предпочтительно использовать материалы с высокой диэлектрической проницаемостью. Из оксидов максимальное значение 8 = 26 ори пробивной напряженности ~106 в/см дает окись Та2Об, приготовленная методом анодирования. Однако такие конденсаторы имеют плохой температурный коэффициент емкости (см. рис. 18). Метод катодного распыления дает очень хорошие пленки; так, были получены пленки Ji02 с диэлектрической проницаемостью ~60 и коэффициентом потерь 6% [14]. Однако пробивная напряженность иногда оказывалась низкой, порядка 105 в/см. Диэлектрические проницаемости от 100 до нескольких тысяч получались при использовании цирконатов или титанатов. Такие пленки были изготовлены как вакуумным напылением, так и катодным распылением. Но до сих пор выход годных пленок и пробивная напряженность низки, а коэффициент потерь на высоких частотах и температурный коэффициент емкости велики.