Коледов Л.А. - Технология ИС (1086443), страница 17
Текст из файла (страница 17)
2.45), и растворимость алюминия в растворах для протравливания окон в диэлектрических пленках, вызванная его амфотерностью. Последнее обуславливает определенные технологические тр дности при вскрытии окон в защитном диэлектрике для доступа у к контактным площадкам и протравливания окон в межслойном диэлектрике при создании структур с несколькими уровнями металлизации (рис. 2.46). Многоуровневая разводка используется в основном в БИС на биполярных транзисторах и позволяет резко сократить площадь, занимаемую схемой за счет уменьшения площади, отводимой под разводку и увеличения плотности размещения элементов, Точнее, многоуровневая разводка позволяет сохранить размеры кристаллов полупроводниковых БИС в приемлемых для технологии пределах при значительном увеличении степени интеграции. Многоуровневая разводка позволяет также уменьшить длину межэлементных связей в микросхеме и задержку распространения сигналов, что очень важно для сверхбыстродействующих БИС.
Несмотря на попытки использовать для межуровневой металлизации другие металлы, почти все серийные БИС выпускаются с алюминиевой металлизацией. Изоляция одного 73 уровня металлических проводников от другого осуществляется пр| помощи диэлектрика — обычно 5!Ох или фосфоросиликатного стекла, содержащего до 4 'О Р|Ом Перспективны полимерные пленки, формируемые путем нанесения полиимидного лака, выдерживающие температуру обработки до 400 'С.
Основной вопрос, который встает при работе по созданию многоуровневой разводки, — об отсутствии сквозных отверстий в пленке изолирующего диэлектрика, разрывов и утончений в металлических пленках на ступеньках диэлектрических слоев. Первые ведут к закоротке двух уровней металлизации, вторые — к обрывам проводников или к их перегоранию под нагрузкой. Двукратное осаждение 510| с двукратной фотолитографией переходных отверстий в межуровневой изоляции позволяет существенно снизить число коротких замыканий между слоями металлизации. Для предотвращения разрывов и утончений в металлически л ч их п енках принимают необходимые конструктивные и технологические меры: отношение толщины слоя окисла к толщине металлической пленки должно быть более 1,3; осуществляется сглаживание ступенек в диэлектрике у сквозных отверстий и на пересечениях металлических дорожек разных уровней; увеличивается толщина металлических проводников более высоких уровней металлизации.
Перспективные системы многоуровневой разводки. Пленки 5!Ох в многоуровневой разводке осаждаются из газовой фазы путем разложения кремнийорганических соединений (например, тетраэтоксисилана 51(ОС|Н«)«) или в результате реакции моносилана 51)х« с кислородом. Они являются более рыхлыми и уступают по своим свойствам термически выращенному окислу, особенно в отношении появления сквозных пор. Поэтому поиск перспективного межуровневого диэлектрика и способов его нанесения актуален.
В качестве А) такого диэлектрика естественно предложить пленку А! 0;. Пленк |0| отличаются от 5!О| высокой плотностью, лучшими изолирующими свойствами, мало чувствительны к воздействию атмосферы, паров воды, обладают более высокой радиационной стойкостью, На кремниевую пластину со вскрытыми в пленке окисла кремния окнами под омические контакты напыляют пленку алюминия. Поверх этой пленки формируют маску фоторезиста. Пластина с зац«итной маской присоединяется к аноду установки электролитического окисбин .
ления, и незащищенные участки алюминия окисляются на всю глуину. Затем фоторезистивную маску удаляют и перед напылением второго слоя алюминия поверхность пластины очищают ионным травлением. После напыления второго слоя алюминия процесс повторяют для формирования второго уровня металлизации. Участки анодированного алюминия А!|Ох изолируют первый и второй уровни металлизации, а в нужных местах уровни контактируют. Далее по той же технологии можно получить третий и следующие слои металлизации. Максимальная температура получения металлизации не должна превышать 500 'С.
тя В отличие от системы А) — 510| — А1 в системе А) — А!хОз — А1 диэлектрическая изоляция получается при комнатной температуре. Йзолируюший слой АЬОз в отличие от 5|Ох не имеет сквозных отверстий. Однако получение качественного слоя межуровневого диэлектрика в системе А) — А)|0| — А1 путем электролитического окисления встречает значительные трудности из-за наличия островков и включений неокисленного алюминия, приводящих к наличию коротких замыканий. Эти трудности пока еше препятствуют широкому применению этой системы многоуровневой коммутации. Межуровневая изоляция из полиимида перспективна для БИС с высокой плотностью упаковки элементов.
После нанесения первого уровня металлнзации и получения в ней рисунка с помощью фотолитографии на поверхность подложки наносят слой полиимидного лака и проводят термообработку для его полимеризации. Вскрытие окон в пленке полиимида выполняют ионным травлением. Для получения последующих уровней металлизации процесс повторяется. Полиимидная изоляция отличается хорошими физическими, химическими и электрическими свойствами, которые сохраняются на воздухе в диапазоне температур от 260 до 420 'С. Выше 420 'С начинается выделение летучих компонентов, и при температуре около 485 'С происходит деструкция пленок. В вакууме полиимид устойчив вплоть до 500 'С.
Поли имидные пленки по сравнению с пленками окиси кремния имеют более высокую адгезию к алюминию и другим металлам, которая сохраняется после термоциклирования и испытаний на термоудар. Плотности сквозных микроотвсрстий в полиимидных пленках и пленках 510| сравнимы. Растрескивание пленок полиимида в отличие от пленок окиси кремния не наблюдается. Полиимидные пленки отличаются высокой радиационной стойкостью. Многоуровневая разводка с полиимидным диэлектриком позволяет уменьшить число отказов микросхем из-за разрывов металлизации на ступеньках диэлектрика.
Многослойная разводка. Алюминиевая разводка одного уровня и многоуровневая оправдали себя при использовании в БИС, работающих на частотах до 1 ГГц, не слишком мощных и не рассчитанных на жесткие требования в отношении надежности. В микросхемах повышенной надежности используют коммутационные проводники и контактные площадки, состоящие из нескольких слоев различных материалов. В частности, качество алюминиевой металлизации можно существенно улучшить путем совместного ее использования с другими материалами, из которых наиболее часто используют переходные металлы, например молибден, палладий. Молибден и палладий в таких двухслойных системах металлизации играют роль контактного слоя.
Контактным слоем в многослойных системах мсталлизации называют первый по порядку нанесения на полупроводниковую структуру слой, обеспечивающий омический контакт к кремнию'любого 75 типа проводимости в широком диапазоне легирующих кремний примесей и- или р-типа (!О',,.!Оти см з), Контактный слой должен обеспечивать прочный контакт с кремнием и с материалами вышележащих слоев. Материал контактного слоя должен иметь малую растворимость и малую диффузионную подвижность в кремнии, низкое переходное сопротивление в контакте с кремнием, способность к восстановлению 5!Оа (как и алюминий), он должен иметь хорошую адгезию к 5Юз.
В качестве материала контактного слоя используют молибден, хром, никель, титан, платину, палладий, иридий и др. В современных ЬИС и СВИС с диодами Шотки материал контактного слоя должен образовывать с кремнием барьера Шотки в диапазоне концентраций легирующих примесей (!О'з...!О" см з) с необходимой высотой потенциального барьера и близкой к идеальной вольт-амперной характеристикой. Такими материалалйи являются никель, вольфрам, молибден, силипид платины (Р15!). Приведем краткую характеристику некоторых материалов контактных слоев. Молибден обсспечивает получение хорошего омического контакта к кремнию обоих типов проводимости, имеет высокую электропроводность, не взаимодействует с алюминием и золотом, хорошо травится в процессе фотолитографии и отвечает болыпинству приведенных требований к контактному слою.
К недостаткам молибденовых пленок относят их сравнительно высокую пористость, а также химическую активность, приводящую к коррозии. Хром отличается очень хорошей адгезией к пленке 5Юь Как и алюминий, он активно восстанавливает 5!Оь Пленки хрома имеют сравнительно высокие механические напряжения, что приводит к образованию в них сквозных пор. Никель часто применяется благодаря его технологичности. Он легко наносится из растворов электролитов. Егг можно наносить термовакуумным напылением, катодным распылением, разложением паров карбонила Х!(СО)4 при температуре 270...3!О'С. Титан часто применяется в качестве контактного подслоя. Как и другие переходные металлы, титан обладает высокой адгезией к кремнию, окиси кремния и к фосфоросиликатному стеклу.
Титан химически нс реагирует с кремнием, не образует интермсталлических соединений. При температуре 400...500 'С он взаимодействует с пленкой 5!Оз: Т~+5~0с -Т~Оз+5ь Пленка двуокиси титана имеет невысокое сопротивление, и поэтому общее сопротивление контакта невелико. Из-за быстрого окисления на воздухе к пленке трудно подсоединить вывод. Функции адгезионного слоя заключаются в обеспечении высокой прочности сцепления многослойной разводки с пленкой 5!Ос (рис. 2.47, рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
