Cтепаненко - Основы микроэлектроники (989594), страница 36

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 36)

Уже десятки лет назад оно широко использовалось в машиностроении для разного рода тонких гальванических покрытий (никелирование, хромирование и т.п.). В микроэлектронике электрохимическое осаждение не является альтернативой термическому н ионно-плазменному напылению; оно дополняет их и сочетается с ними. В основе электрохимического осаждения лежит электролиз раствора, содержащего ионы необходимых примесей.

Например, если требуется осадить медь, используется раствор медного купороса, а если золото или никель — растворы соответствующих солей. Ионы металлов имеют в растворе положительный заряд. Поэтому, чтобы осадить металлическую пленку, подложку следует использовать как катод. Если подложка является диэлектриком или имеет низкую проводимость, на нее предварительно наносят тонкий металлический подслой, который и служит катодом. Подслой можно нанести методом термического или ионне-плазменного напыления. Чтобы осуществить электрохимическое анодирование, окисляемую пленку металла следует использовать как анод, а электролит должен содержать ионы кислорода.

Глава 6. Технологические основы микроэлектрокики Большое преимущество электрохимического осаждения перед напылением состоит в гораздо большей скорости процесса, которая к тому же легко регулируется изменением тока. Поэтому основная область применения электролиза в микроэлектронике — зто получение сравнительно толстых пленок (10 — 20 мкм и более). Качество (структура) таких пленок хуже, чем при напылении, но для ряда применений они оказываются вполне приемлемыми. 6.9. Метнллизация В полупроводниковых ИС процесс металлизации призван обеспечить омические контакты со слоями полупроводника, а также рисунок межсоединений и контактных площадок.

Основным материалом для металлизации служит алюминий. Он оказался оптимальным в силу следующих положительных качеств: малое удельное сопротивление (1,7 10 а Омом); хорошая адгезия к окислу ЗтОз (металлизация осуществляется по окислу); возможность сварных контактов с алюминиевой и золотой проволокой (при осуществлении внешних выводов); отсутствие коррозии; низкая стоимость и др. При создании металлической разводки сначала на всю поверхность ИС напыляют сплошную пленку алюминия толщиной 0,1-1 мкм (рис.

6.18). Эта пленка контактирует со слоями кремния в специально сделанных (с помощью предыдущей фон~ толитографии) окнах в окисле (1, 2 и 3 на рис. 6.18). Рис. 6.16. пааУчеииа могаллитеской Основная же часть алюминиразводки методом фотолитографии евой пленки лежит на поверхности окисла. Покрывая пленку алюминия фоторезистом, экспонируя его через соответствующий фотошаблон и проявляя, получают фоторезистную маску, которая защищает будущие полоски металлизации и контактные площадки (КП) от травителя. После вытравливания алюминия с незащищенных з.э.

Металла»апвя участков и удаления фоторезиста остается запланированная металлическая разводка (на рис. 6.18 ее рельеф, прилегающий к контактам 1, 2, 3, заштрихован). Минимальная ширина полосок в современных ИС соответствует предельному разрешению литографии. Естественно, что для достижения необходимых допусков на ширину металлизации ее толщина, как правило, не может быть более 1/10 от минимальной ширины проводника.

Расстояние между соседними проводниками — с целью ослабления паразитной емкостной связи между ними — выбирают более 1, б мкм. Для проводника шириной 1 мкм, его толщина 0,1 мкм, а расстояние между ближайшими проводниками более 1,5 мкм. Погонное сопротивление полоски шириной 10 мкм и толщиной 1 мкм составляет около 2 Ом/мм. Для контактных площадок, к которым в дальнейшем присоединяются внешние выводы, типичны размеры 100х100 мкм. Присоединение внешних выводов непосредственно к полоскам металлизации невозможно из-за малой ширины.

Разумеется, рисунок межсоединений предполагает отсутствие пересечений, т.е. коротких замыканий. Однако в ИС с высокой степенью интеграции не удается спроектировать металлическую разводку так, чтобы избежать пересечений. В этих случаях используется многослойная или многоуровневая разводка, т,е. несколько «этажей» металлизации, разделенных изолирующими слоями. Необходимые соединения между разными уровнями осуществляются через специальные окна в изолирующих слоях (рис. 6.19, а).

Изоляцию между слоями обычно обеспечивают путем напыления диэлектрика по завершении очередной металлической разводки. В качестве диэлектрика чаще всего используют моноокись кремния 310. Количество «этажей» при многоуровневой металлизации для современных БИС лежит в пределах от двух до четырех. Некоторые предприятия для создания многоуровневой разводки используют алюмоксидную технологию. В этой технологии роль изоляции между соседними проводниками выполняют слои «пористого» А)зОз, а роль межслойной изоляции толщиной порядка 0,1 мкм играют слои «плотного» окисла, образуемого в результате аноднрования первичного слоя А) (рис. 6.19, б). Отличительной особенностью этой технологии является планарность многоуровневой разводки.

Глава 6. Телиологические осиовы микрозлектроиики 2-й уровеиь 1-й уровевь 1-2 уровеиь 2-й уровень б) Рис. 6,19. Миогослойиая металлическая разводка Проблема омических контактов при использовании алюминия состоит в следующем. Если пленку алюминия просто напылить на поверхность кремния, то образуются барьеры Шоттки (см. раздел 3.3), причем барьер на границе с и-слоем является не омическим, а выпрямляющим.

Чтобы избежать барьеров Шоттки, алюминий вжигают в кремний при температуре около 800 'С, близкой к температуре эвтектики сплава А1 — 81. При такой температуре на границе алюминиевой пленки с кремнием образуется слой, в котором растворен практически весь прилегающий алюминий. После застывания сплав представляет собой кремний, легированный алюминием; концентрация последнего составляет около 5 10 12 см з. Поскольку алюминий является акцептором по отношению к кремнию, возникает новая проблема: предотвращение образования р-п-переходов в и-слоях.

Действительно„если концентрация доноров в и-слое меньше 5 1012 см з, то атомы алюминия создадут в нем приповерхностный р-слой. Чтобы етого избежать, область л-слоя вблизи контакта специально легируют, превращая ее в и+-слой с концентрацией доноров 102о см з и более (см. рис. 5.18). Тогда концентрация алюминия оказывается недостаточной для образования р-слоя, и р — и-переход не образуется. Если л-слой с самого начала сильно легирован (например, змиттерный слой транзистора), то дополнительного легирования не требуется.

Не возникает проблем и при контакте алюминия с р-слоями, так как растворение в них алюминия приводит к образованию приповерхностных р+-слоев, что способствует повышению качества омического контакта. 203 6ЛО. Сборочные операции 6.10. Сборочные операции После того как все основные технологические этапы (включая металлизацию) закончены, пластина кремния, содержащая сотни и тысячи ИС, поступает на операции тестового контроля электрических параметров. На этом этапе отбраковываются и специальным лаком маркируются все ИС, параметры которых не соответствуют требуемым значениям. Трудоемкость всех контрольных операций (на всех этапах производства ИС) достигает до 30% себестоимости работ по созданию схем.

После маркировки отбракованных ИС пластина кремния разделяется на отдельные кристаллы. Разделение осуществляется методом скрайбирования, т.е., по сути, процарапыванием вертикальных и горизонтальных рнсок в промежутках между соседними чипами (см. рис. 1.1). Процарапывание осуществляют либо с помощью алмазного резца (наподобие того, как это делает стекольщик, разрезая стекло), либо с помощью лазерного луча. После скрайбирования пластину ломают на отдельные кристаллы и годные чипы монтируются в корпусах. Сборка кристалла в корпусе начинается с операции, которую называют лосадкой на ножку (под ножкой имеют в виду дно корпуса). При этом кристалл приклеивается или припанвается (легкоплавким припоем) в средней части ножки (на рис. 6.20 показан простой транзистор).

Затем контактные площадки на кристалле соединяются со штырьками — выводами корпуса. Соединения осуществляются с помощью тонких (15 — 30 мкм) алюминиевых или золотых проволочек, которые одним концом закрепляются на контактных площадках, а другим на торцах штырьков.

Ножка карлуса Крышка ксроуса Рнс. 6.20. Монтаж кристалла на ножке корпуса Глава 6. Техиолотические осиовм ммкроалектроиики Надежный электрический контакт между металлическими деталями (в данном случае контакт проволочек со штырьками и контактными площадками) может быть обеспечен разными методами. Наибольшее распространение в настоящее время имеет метод терлокомпрессии, т.е. сочетание достаточного давления (прижатия деталей друг к другу) с повышенной температурой (200-300 С), способствующей взаимной диффузии атомов из одной детали в другую. Термокомпрессия, в свою очередь, реализуется в виде разных конструктивных вариантов. На рис. 6.21 показан простейший пример. С помощью клинообразного пуансона„изготовленного из твердого материала (например из алмаза), проволочка прижимается к поверхности контактной площадки.

При этом проволочка деформируется (несколько расплющивается). Непродолжительного удержания расплющенной проволочки на площадке достаточно для образования их прочного соединения с малым переходным сопротивлением. При значительном количеРис.

Характеристики

Список файлов книги