Требования, предъявляемые к материалу

При выборе материала для межсоединений помимо удельного сопротивления и устойчивости к электромиграции надо принимать во внимание следующие требования: способность образовывать омические контакты с кремнием как n- так и р-типа; стабильность контакта с кремнием после завершения изготовления схемы; адгезию к кремнию и двуокиси кремния; возможность создания рисунка с помощью известных методов фотолитографии и травления (особенно сухого травления); антикоррозионную устойчивость при взаимодействии с окружающей средой; возможность приварки выводов при сборке в соответствующий корпус; качество перекрытия ступенек, встречающихся на поверхности ИС; возможность нанесения на поверхность без ухудшения характеристик приборов, уже имеющихся в ИС.

Материала, удовлетворяющего всем этим требованиям, не существует, но алюминий и его сплавы удовлетворяют им в такой степени, что широко используются в производстве. Однако по мере ужесточения требований к межсоединениям ограничения алюминия (особенно связанные с электромиграцией) становятся все более очевидными и в связи с этим продолжается поиск других материалов, его заменяющих.

Основными требованиями к материалу для затворов и меж­компонентных соединений являются величина удельного сопро­тивления пленки, стабильность на последующих стадиях процесса и надежность. В качестве материала для элек­тродов затвора полевых МОП-приборов предложены и исполь­зуются такие тугоплавкие металлы, как W и Мо и силициды TiSi₂, WSi₂, MoSi₂ и TaSi₂, а также их сочетания с легированным поликристаллическим кремнием. Упомянутые силици­ды стабильны в контакте с поликристаллическим кремнием. Присутствие поликристаллического крем­ния помогает стабилизировать структуры силицидов в окисли­тельных средах. Что касается металлов (особенно W и Мо), то при осаждении непосредственно на окисел затвора они являются нестабильными в окислительных средах.

Требование к высокой проводимости материалов затвора и межкомпонентных соединений связано с тем, что уменьшение времени задержки RС-цепочки является одним из основных ус­ловий нормальной работы СБИС или быстродействующих схем.

Для максимальной удовлетворительной величи­ны времени задержки проводник может быть более чем на по­рядок величины длиннее при использовании силицида вместо поликристаллического кремния. Естественно, можно соединить короткие проводники из поликристаллического кремния допол­нительным слоем металла, но повышение сложности и стоимо­сти процесса металлизации делает его менее привлекательным по сравнению с использованием проводящего слоя одного уровня.

Силициды могут быть получены несколькими способами. Од­ним из способов является отжиг пленки металла, нанесенной на поликристаллический кремний. Пленки силицидов могут быть сформированы совместным осаждением на окисле или поликристаллическом кремнии

1) методом распыления или испаре­ния одновременно из двух источников металла и кремния; 2) распылением из одного источника, такого, как составная или спеченная мишень; 3) химическим осаждением силицида из ПГС с термической или плазменной обработкой. Наиболее ши­роко используемым методом являются магнетронное распыление и электронно-лучевое испарение. Совместное осаждение в обоих процессах позволяет управлять отношением атомов металла к атомам кремния в осаждаемом слое. Бла­годаря стабильности источников совместное осаждение может быть выполнено путем содержания источников в определенных условиях рассеяния энергии. Электронно-лучевое испарение мо­жет быть проведено аналогичным образом с использованием двух независимых источников. Однако в промышленных мас­штабах совместное испарение используется реже, чем совмест­ное распыление, вследствие большей трудности поддержания необходимого соотношения компонентов соединения.

Рассмотрим подробнее свойства силицидов.

Минимальным удельным сопротивлением обладает TiSi₂, полученный отжигом металлического слоя, нанесенного на слой поликристаллического крем­ния. Эта величина удельного сопротивления в 1,5—2 раза ни­же удельного сопротивления слоя TiSi₂, сформированного мето­дом совместного распыления. Применение таких пленок со­здает трудности при проведении операции фотолитографии и мо­жет даже нарушить работу установок автоматического совме­щения.

Применение Pd₂Si ограничено температурой до 700°С, PtSi — до 800 °С, NiSi₂— до 900 °С. Другие из используемых силицидов стабильны до температуры 1000 °С. Существенную роль играет также стабильность в окислительной среде.

Важным параметром является напряжение в пленках силицидов на кремниевой пластине вследствие его значительной величины. Измере­ния температурных зависимостей напряжений показали, что растягивающие напряжения в пленках TaSi₂ уменьшаются с увеличением температуры.

Если бы величина напряжений (при комнатной температуре) пленки TaSi₂ толщиной 250 нм, полученной совместным распылением, для различных стадий изготовления МОП - приборов, была заметно выше 2*10⁵ Н/см², это привело бы к ненадежной адгезии и огра­ничению полезной толщины пленки. Отсюда следует необходимость совместимости слоя силицида с последующими стадиями процесса. Силицид может подвергаться воздействию таких химических соединений, как растворы NH₄F/HF. Таким образом, преимуществом TiSi₂ является низкая величина удельного сопротивления, а недостат­ком — чувствительность к воздействию растворов HF.

Заключение

Металлизацию значительной части изготавливаемых в нас­тоящее время кремниевых МОП и биполярных интегральных схем выполняют из алюминия или его сплава. Поскольку Al име­ет низкую величину удельного сопротивления, а значение этого параметра для его сплавов на 30% выше, применение указанных материалов удовлетворяет требованию низкого сопротивления контакта. Алюминий и его сплавы обладают хорошей адгезией к терми­ческому Si0₂ и осажденным силикатным стеклам — теплота об­разования Al₂O₃ выше, чем Si0₂. Несмотря на эти преимущест­ва, использование Al при изготовлении СБИС, обладающих мел­кими переходами, часто сталкивается с трудностями, связан­ными с электромиграцией и коррозией. Однако существуют приемлемые пути, решения этих про­блем. Электромиграция может быть уменьшена путем подбора характеристик осажденных пленок, а коррозию можно свести к минимуму тщательной разработкой методов изготовления и герметизации СБИС.

Могут применяться и другие структуры металлизации, но сложность их формирования ограничивает использование таких структур в СБИС. К этим структурам относятся соединения Ti — Pd — Au и Ti — Pt — Au. Структуру Ti — Pt часто ис­пользуют в качестве проводящего слоя первого уровня в ИС с двухуровневой металлизацией, а структуру Ti —Pt — Au — в ка­честве слоя второго уровня металлизации.

Другим классом структур металлизации являются структуры межкомпонентных соединений и электрода затвора в поле­вых МОП-транзисторах. Слои тугоплавких металлов или сили­цидов тугоплавких металлов, которые используются для улуч­шения характеристик или замены поликристаллического крем­ния подобны процессам осаждения пленок Al и его сплавов. Применение ту­гоплавких материалов необходимо вследствие того, что номинальная величина удельного сопротивления поликристалличе­ского кремния n+-типа, слишком высока для СБИС.

Говоря о развитии металлизации, можно полагать, что в будущем появятся совершенно новые способы металлизации, а старые будут модифицированы и усовершенствованы. Со временем расширится и ассортимент наносимых на диэлектрики металлических покрытий, появится возможность целенаправленно улучшать их свойства согласно техническим требованиям потребителей. Однако для осмысленного и целенаправленного поиска новых технологических решений необходимы систематизированные и обобщенные знания, то есть необходима самостоятельная область науки. Такая наука — химическое материаловедение — лишь зарождается на стыке физики твер­дого тела и химии твердых веществ. Она должна охватить весь богатейший материал эмпирических фактов производственного и эксплуатационного поведения новых материалов и разработать научное мировоззрение в этой области. Научный подход позволит не только увидеть новые перспективы, но и более точно оценить имеющиеся возможности.

Список литературы

1.Технология СБИС: в 2-х кн. Кн.2. Пер. с англ./ Под ред. С.Зи.–М.: Мир, 1986.

2.С.Соклоф. «Аналоговые интегральные схемы: Пер.с англ.– М.:Мир, 1988.

3. Степаненеко И. Основы микроэлектроники: Учеб.пособие для вызов.-2-е изд.–

М.Лаборатория Базовых Знаний,2001.

4.http://www.evraziaperm.ru/avtitrak/208-texnologicheskij-process-metallizacii.html

5.http://library.krasu.ru/ft/ft/_umkd/223/u_lab.pdf

6. http://tech-e.ru/2006_1_40.php

Дата добавления: 2015-08-05