Спосіб виготовлення багатошарової контактної металізації

ДЛЯ СЛУЖЕБНОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ ЭКЗ U U b L U О СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ РЕСПУБЛИК цд, (И) H D1 I. 21/28 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГННТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ і (21) W776/25 (22) 22.08.89 (71) Киевский политехнический институт им.50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) Ю.А.Базарный, Н.С.Болтовец, В.Г.Кутас, Ю.Н.Макогон, О.В.Руденко и С.И.Сидоренко (53) 621.382(088.8) (56) 1. ЕП № 0121605, кл. Н 01 L 21/60, 198*1.' 2. Патент Великобритании \Р Й 0 5 2 2 0 , кл. Н 01 L 29/5*, 1975. 3. Патент ФРГ № 3301666, кл. Н 01 L 21/60, 198І*. 1 \, Авторское свидетельство СССР № Й98309, кл. Н 01 L 21/28, 1987. 2. (5М) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОЙ КОНТАКТНОЙ МЕТАЛЛИЗАЦИИ (57) Изобретение может быть использовано при производстве интегральных схем. Целью изобретения является повышение длинновременной стабильности параметров металлизации, В способе, заключающемся в нанесении на кремниевую подложку слоя палладия толщиной 0,1-0,2 мкм при температуре 200-250°С, а затем слоя золота толщиной 2-3 мкм, между кремниевой подложкой и слоем палладия осаждают барьерный слой вольфрама с добавкой рения 15-27% толщиной 0,15-0,5 мкм. 2 ил. ажш Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при производстве интегральных микросхем. Известен способ изготовления многослойной контактной металлизации на кремниевом полупроводниковом компоненте, по которому в качестве первого слоя наносят металл, легко образующий с кремнием силицид, например никель, второй слой - хром, третий слой - металл типа никеля, четвертый, переходной слой - из никеля и серебра, пятый защитный слой - из серебра £ 1], Недостатком способа является низкая термостабильность структуры. 7-92 Известен также способ изготовления резистивного контакта для кремниевого полупроводникового прибора путем последовательного нанесения слоев силицида платины, титана, молибдена и золота. Слои титана, молибдена и золота последовательно на- , пыляются поверх слоя силицида платины в одной вакуумной установке \jt~J, Недостатком является низкая термостабильность контакта. Известен также способ изготовления многослойной контактной металлизации на высоколегированную поверхность кремниевого полупроводникового элемента, по которому первым слоем наносят металл, образующий с крем сд 1715129 ниєм силицид, вторым слоем наносят дает новым свойством - повышенной металл, образование силицида которотермостабильностью структуры. го происходит гораздо медленнее, чем На фиг.1 показана конструкция в первом металлическом слое, третьим многослойной контактной металлизаслоем наносят металл, слегка раствоции; на фиг. 2 - график зависиморяемый мягким припоем, последним сти электросопротивления металлизаслоем наносят в качестве защитного ции от времени наработки приборов. слой благородного металла [ 3 J . Конструкция многослойной конНедостатком способа является низ- 10 тактной металлизации содержит кремниевую подложку 1, первый слой 2 кая термостабильность структуры из-за вольфрама с добавкой рения, второй значительной электромиграции атомов слой 3 палладия, третий слой k зопри больших плотностях тока. лота. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигае- Ї5 Способ осуществляют следующим обмому эффекту является способ нанесеразом. ния материала адгезионно-барьерного Пример 1. На многослойную слоя металлизации кремниевых СБИС эпитаксиальную структуру кремния на основе вольфрама и рения, в котор*-п-типа с удельным сопротивлением ром содержание обоих ингредиентов • - 20 р*-слоя 10" 3 Ом/см наносится пленка выбрано в следующем соотношении, вольфрама с добавкой рения 15-27%, мас.%: например сплава ВР-27, толщиной 1500 А при температуре подложки Тц Рений 0,8-12,6 = 200°С методом ионно-плазменного Вольфрам Остальное Недостатком данного решения явля- ' распыления в качестве первого слоя 2. В качестве второго слоя 3 методом ется то, что используемый материал ионно-плазменного распыления осаждапригоден для адгезионно-барьерного ется палладий при Т п = 200 С толщислоя металлизации СБИС, а не для ной 1500 А. Третьим слоем k наноситобращенных мезаструктур лавинных 30 ся золото методом электрохимического микромощных диодов, поэтому на обосаждения толщиной 20000 А. разцах с малым (меньше 15%) содержанием рения неудовлетворительна (плоПример 2. На многослойную хая) воспроизводимость параметров эпитаксиальную структуру кремния вольт-амперных характеристик диор^-п-типа с удельным сопротивлением дов и их тепловых характеристик. .35 р -слоя 10"^Ом/см наносится пленка Кроме того, при малом содержании вольфрама с добавкой рения 15~27?> рения повышение напряжения приводит например сплава ВР-27, толщиной к большим тепловым сопротивлениям. 2000 А при 350 С методом ионно-плазВ системах контакт - кремний вознименного распыления в качестве первокают избыточные механические напря- 40 го слоя 2. жения, что приводит к нестабильности В качестве второго слоя 3 методом параметров лавинных диодов. ионно-плазменного распыления осажЦелью изобретения является повыдают палладий при T Q = 250°С толщишение длинновременной стабильности ной 2000 А при температуре 35О°С 45 методом ионно-плазменного" распыления параметров металлизации. в качестве первого слоя 2. Третьим Поставленная цель достигается тем, слоем U наносится золото методом элекчто в способе изготовления многослойтрохимического осаждения толщиной ной контактной металлизации, заклю30000 А. чающемся в нанесении на кремниевую 50 Приведем обоснование граничных подложку слоя палладия, а затем слоя значений параметров. золота, согласно изобретению между кремниевой подложкой и слоем палладия осаждают барьерный слой вольфраТолщина вольфрама с добавкой рема с добавкой рения 15-27% толщиной ния меньше 0,15 мкм не обеспечивает 55 0,15-0,5 мкм. барьерных свойств слоя, а толщина Предлагаемый способ изготовления больше 0,5 мкм существенно повышает многослойной контактной металлизации тепловое сопротивление и избыточные для полупроводниковых приборов обла-' механические напряжения. 5 1715129 Осаждение слоя вольфрама с добавкой рения при температуре меньше 200 С не обеспечивает хорошую адгезию, а повышение температуры больше j 350 С приводит к созданию избыточных напряжений в структуре. Добавка рения к вольфраму от 15 до 27% обеспечивает требуемую пластичность напыляемых слоев и позволяет ю блокировать диффузию по границам зерен вольфрама. Уменьшение количества рения меньше 15% не обеспечивает пластичных свойств вольфрама, а увеличение количества рения больше 15 27% приводит к изменению микроструктуры осаждаемых слоев и уже не обеспечивает блокирование диффузии по границам зерен вольфрама. Количество рения 27% является пределом раствори-20 мости и однофазности, где еще наблюдается рениевый эффект, т . е . увеличение пластичности. Преимущество способа с многослойной контактной металлизацией перед ** известными заключается в том, что первый слой W с добавкой Re (1527%) обеспечивает достаточную пластичность, позволяет повысить температурную устойчивость контакта, при- 30 чем добавка Re уменьшает взаимную диффузию по границам зерен. Предлагаемая металлизация обеспечивает длительную эксплуатацию прибора без существенных изменений 35 параметров контакта при высоких плотностях мощности ^ 1 0 ? Вт/см 2 , которые обуславливают плотности тока 'v.i 0 А/см2-, что сопровождается повышением температуры рабочих обла40 стей приборов до 200-300°С. Эксплуатационные температуры такого поряд-. ка вызывают дополнительное усиление диффузионных процессов. Металлизация выдерживает плотность тока J = 45 = 5-50-10 э А/см 2 . предлагаемой контактной металлизации. Доказательством этого является крайне незначительное повышение электросопротивления этой металлизации (~2%) при длительных (до 500 ч) выдержках при 375°С (см.фиг.2). Экстраполяция на эксплуатационные температуры (200-30П°С) дает длительность работы металлизации порядка 10 ч, что существенно повышает срок службы приборов. В результате экспериментальных исследований в. структуре многослойной металлизации при отжиге 375 С и выдержках более ^00 ч наблюдались изменения, которые связаны с образованием промежуточных силицидных фаз Pd Si и PdSi в переходном слое палладия. Однако эти изменения не ухудшают барьерных свойств системы. Предлагаемый способ металлизации может быть использован при изготовлении контактов для полупроводниковых приборов, например лавинных, переключательных диодов, интегральных схем. По сравнению с прототипом многослойная металлизация, изготовленная по предлагаемому способу, обладает повышенной длинновременной стабильностью параметров структуры, что приводит к повышению воспроизводимости параметров полупроводниковых приборов и, соответственно, увеличению процента выхода годных. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Способ изготовления многослойной контактной металлизации, включающий нанесение на кремниевую подложку слоя палладия и слоя з о л о т а . о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения длинновременной стабиль ности параметров металлизации, между кремниевой подложкой и слоем паллаВ конечном счете все вышепередия осаждают барьерный слой вольфрачисленные преимущества позволяют пома с добавкой рения 15-27% толщиной высить дл^инновременную стабильность 50 0,15-П,5 мкм. 1715129 k\\\\\\\\ \\\\\\\\N 77Ш77/77, AA 7.5 5 2,5 0 200 WO 600 800 Z(uuC) Шиг.2 Редактор М.Кузнецова Заказ *»71/ЛСП Составитель В.Кутас Техред Л.Олийнык Тираж Корректор А.Обручар Подписное В И Ш Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР НШ 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д . 4/5 Произеодственно-издательскяГі комбинат "Патент", г . Ужгород, ул. Гагарина, 101