Спосіб формування контактно-металізованої системи в інтегральних схемах

УКРАЇНА UA (19) \*J ГЛ (5D5 (І!) 4675 C1 HOI L21/28 ОПИС ДО ПАТЕНТУ ДЕРЖАВНЕ ПАТЕНТНЕ ВІДОМСТВО НА ВИНАХІД (54) СПОСІБ ФОРМУВАННЯ КОНТАКТНО-МЕТАЛІЗОВАНОЇ СИСТЕМИ В ІНТЕГРАЛЬНИХ СХЕМАХ 1 (20) 94240392, 26.03.93 (21)4706052/28 (22) 19.06.89, SU (46)28.12.94. Бюл. № 7-І (56) 1. Патент США № 4470189, кл. Н 01 L 21/283, 1980. 2. Авторское свидетельство СССР N 1623493, кл. Н 01 L21/18,1988(прототип). ? (71) Завод "Позитрон" (72) Когут Ігор Тимофійович, Новосядлий Степан Петрович, БІрковий Юрій Леонідович (73) Акціонерне товариство "Родон" (UA) (57) 1. Способ формирования контактно-метализированной системы е интегральных схемах, включающий нанесение на обратную сторону подложки с активными структурами слоя поликристаллического кремния, формирование с помощью фотолитографии U-образного рельефа на обратной стороне, снятие фоторезиста, формирование пол ицидной пленки на обратной стороне подложки с последующей термообработкой, формирование уровня металлизации на лицевой стороне подложки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что слой поликристаллического кремния наносят одновременно на обе стороны подложки с активными структурами, после снятия фоторезиста на обе стороны пластины осаждают слой титана, проводят химическую обработку и напыляют с двух сторон подложки пленку нитрида кремния, а термообработку проводят в кислородсодержащей среде до полного прокисления полицидной пленки, после чего вскрывают контактные окна к уровню металлизации и удаляют с обратной стороны пленку нитрида кремния. 2. Способ по п. 1 , о т л и ч а ю щ и й с я тем, что прокисление полицидной пленки проводят при температуре 950-1000°С через пленку нитрида кремния. Даний винахід належить до області мікроелектроніки І може бути використаний в технології виготовлення інтегральних схем (ІС) з багатошаровою розводкою Із силіцидів тугоплавких металів І одноразовим нанесенням на зворотню сторону кремнієвої пластини плівки поліциду. Відомо, що металеву розводку в ІС формують після створення на пластині р-п-переходів І Інших активних елементів, які є чутливими до подальших високотемпературних впливів. Тому режим одержання металевої розводки повинні мати як можна менше високотемпературних процесів. впливати на електричні характеристики структур, а сам спосіб створення розводки, міжшарових контактів і контактів до кремнію, тобто контактно-металізованої системи, повинен забезпечувати низький питомий опір, високу теплопровідність, адгезію до кремнію і діелектричним плівкам, корозійну стійкість, стійкість до електроміграції, сумісність по температурним коефіцієнтам лінійного розширення. Найбільш близьким технічним рішенням є спосіб формування структур Із шаром силіциду поверх полікристалічного кремнію І формування U-подібної канавки С О 4675 на зворотній стороні, в якому формування контактно-металізованої системи здійснюється шаром силіциду поверх полікристалічного кремнію[2] на кремнієвих пластинах з тонким шаром оксиду кремнію 5 формують шар полікремнію 1 створюють маску із фоторезисту з вікнами для формування контактів І затворів. Далі, використовуючи метод вакуумного осадження послідовно наносять шар силіциду туго- 10 плавкого металу (Co, W, Ті, Та, Nb, Mo. ir, Rh), шар полікремнію, тонкий бар'єрний шар, який не взаємодіє з Si в процесі термообробки при Т •= 650-700°С І маскуючий шар металу (Ni, Fe, Co, Mn), які не утворюють 15 галогеніди в процесі подальшого реактивного Іонного травлення нижнього шару полікремнію. Після цього розчиняють фоторезист в результаті чого знімаються з маски відповідно шари. Потім виконують травлен- 20 ня нижнього шару полікремнію, створюють області витоку І стоку, проводять необхідні термообробки, з допомогою хімічного травлення знімають маскуючий шар металу, бар'єрний шар металу, бар'єрний шар W і 25 шар полікремнію, після чого формують необхідну розводку і захисний шар. Недоліками прототипу є те, що такий спосіб не дозволяє одночасно формувати 30 контактно-металізовану систему першого рівня розводки і на зворотній стороні кремнієвих пластин; наявність термомеханічних напруг викликає деградацію електричних характеристик великих Інтегральних 35 схем; низька планаризація поверхні. Завданням даного винаходу є розробка способу формування металізованої системи одночасно на робочій поверхні пластини на структурах з високою планарністю і на зво- 40 ротній стороні пластини для забезпечення низького перехідного опору системи підложка-підложкотримач. Поставлене завдання вирішується тим, що після формування структур 1С в 45 кремнієвій підложці, на пластину наносять перший шар міжшарового діелектрика із оксиду кремнію, в якому методом фотолітографії 1 травленням відкривають вікна до першого шару розводки, В процесі трав- 50 лення вікон одночасно зтравлюють окисел зі зворотньої сторони пластини, тобто роблять п зачистку. Потім методом піролізу моносилану в реакторі пониженого тиску на установці "Ізотрон" при Т = 620-650°С 55 осаджують з обох сторін кремнієвих пластин шар полікремнію товщиною 0,5 ... 1,0 мкм. Після чого на зворотній стороні пластин методом фотолітографії і плазмохімічного травлення формують в шарі полікремнію V подібні канавки з кроком 10-50 мкм, оголюючи області монокремнію. Після зняття фоторезисту і хімобробки з обох сторін пластини методом піролізу в горизонтальному реакторі пониженого тиску Із галогеновмістимих сполук (ТІСМ) при Т = 750~780°С І тиску в режимі осадження ЗО ... 50 Па, осаджують шар титану на областях полі-1 монокремнію. Наявність титану на кремнієвих шарах покращує контакт, як до алюмінію, тобто до другого шару розводки, так І знижує опір полікремнієвої розводки І опір контактної системи на зворотній стороні лідложки до значень р S 75 Тепер приведемо маршрут виготовлення біполярної Інтегральної схеми з використанням даного винаходу при формуванні двохшарової металізації: 1. Формування партії пластин для виготовлення кремнієвих епітаксійних структур (SI - пластина КДБ-1О з розорієнтацією 4 до базового зрізу). 2. ХІмобробка. 3. Окислення пластин (Т= 1100°С, розхід 10 НгО 10-20 мл/хв, t = 30-60 хв, d « 0,6-0,65 мкм). 4. 1 фотолітографія (під скритий шар). 5. ХІмобробка. 6. Дифузія сурми І стадія (Т = 1230°С 15 розхід N2 = 150 л/год t - 60 хв, s = 120 м/ ). 7. З н я т т я с у р м я н и с т о г о скла і ХІмобробка пластин. 8. Дифузія сурми-II стадія (Т - 1250°С, розхід Ог = 5 л/год, N2 = 150 л/год, t = 20 100-600 хв, р$= 10-20 О м / n , d = 6-10мкм). 9. ХІмобробка. 10. Епітаксійне нарощування кремнію (Т = 1160°С, розхід НСІ - 1 м/хв, РНЗ - 0,012 л/хв, Н2 = 1,3 л/хв, d = 16+- 1 мкм, pv = 4,5 25 Ом.CM, p s = 13 Ом/ , пскл шару = 10 мкм). 11. ХІмобробка. 12. Окислення пластин (Т • 1100°С, = розхід НгО - 13 -20 мл/хв, d = 0,55 мкм, t = ЗО =30-60 хв). 13. 2 фотолітографія (під розділення)^ Хімообробка. 14. Роздільна дифузія І стадія (Т = =1150°С, t = 10-30 хв, розхід 02 - 40 л/год, 35 розхід N2 = 100 л/год). 15. Зняття боросилікатного скла (Т = =750°Ct= 10 хв). 16. ХІмобробка. 17. Роздільна дифузія II стадія (Т = 1220°С t = 200-250 хв, розхід 02 - 180-200 40 л/год d = 0,3-0,45 мкм ps = 2-6 Ом/ П ). 18. З фотолітографія (під колектор). 19. ХІмобробка. 20. Дифузія n-колектора (Т = 1050°С t = =10-30 хв, розхід N2 = 170-200 мл/год розхід 45 N2 через РОСІз ~ 25-50 л/год, розхід Ог = =40-60 л/год s = 2-5 Ом/о , h > 12 мкм). 21. ХІмобробка. 22. Роздільча дифузія II стадія (2-ий етап) (Т = 1220°С, розхід Ог = 180-200 л/год t - 50 -60-200 хв, d = 0,35-0,55 мкм). 23. 4-а фотолітографія. 24. ХІмобробка. 25. Базова дифузія І стадія (Т = 930°С розхід Ог - 270-300 л/год t - 30-60 хв s = 55 70-110Ом/п). 26. Розпилення і зняття боросилікатного скла (Т = 750°С t = 10 хв р s = 65-85 0 м / о ). 27. ХІмобробка. 28. иазова дифузія II стадія (1150°С t -15-25ХВ ps - 170-200 Ом/с, б 0,4 0,55 мкм, h - 2,8-3,4 мкм). 29. 5 фотолітографія. 30. ХІмобробка. 31. Емітерна дифузія І стадія (Т = 950°С t - 8-20 хв розхід N2 = 200 л/год,Ог - 40-60 л/год N2 через РСІз - 20 30 л/год). 32. Емітерна дифузія II стадія (Т= 1100°С t = 5- 35 хв розхід N2 - 220 л /год Ог - 7 л/год). 33. Окислення пластин (Т -= 950°С t = = 10-30 хв, d = 0,15-0,35 мкм). 34. ХІмобробка. 35. Нанесення оксинііриду кремнію d • = -0,8-1,0 мкм. 36. Гетерування (Т = 950°С розхід Ог 200 л/год, х = ЗО хв, повільне охолодження 10-15 на хв). 37. 6 фотолітографія (під контакт до першого шару розводки) І травлення зворотньої стороны пластин. 38. ХІмобробка. 39. Осадження полікремнію з обох сторін пластин (Т - 620-650°С Р = ЗО Па d = -0,5-1,0 мкм). 40. 7 фотолітографія (формування рельєфу на зворотній стороні пластин). 41. ХІмобробка. 42. Осадження ТІ з обох сторін пластин (Т = 750-850°С Р = 30-50 Па d = 0,2 мкм). 43. Гідромеханічна обробка пластин. 44. Нанесення нітриду кремнію на обі сторони пластин (Т = 750°С Р = 10-30 Па, d • 0,4 мкм). = 45. 8 фотолітографія (по SI3N4 з рисунком топології першого рівня розводки). 46. Проокислення силіциду ТІ (Т = =1000°С t = 30-60 хв розхід Ог - 150 л/год). 47. 9 фотолітографія (створення контактів до силіциду І травлення SfeN4 на зворотній стороні). 48. ХІмобробка. 49. Металізація АІ + Но (2-ий рівень розводки). 50. 10 фотолітографія (2-ий рівень розводки). 51. ХІмобробка. 52. Формування захисного шару ФСС(Т = 3 9 0 ° С Р - 10-30 Па). 53. Впалювання металізації (Т = 400°С t = 20 хв). 54. 11 фотолітографія. 55. Вимірювання тестових структур і ВАХ. 56. Вимірювання електропараметрів кристалів. 57. Провірка зовнішнього виду структур. 58. Скрайбування пластин. 59. Ломка пластин, формування партії крис галів. 1 4675 60. Монтаж кристалів. 61. Розварка виводів 62. Термообробка. 63. Герметизація. 64. Термообробка. 65. Термоциклювання. 66. Вимірювання електропараметрів (в н.у. І крайніх температурах). 67. Електротермотренування. 68. Вимірювання електропараметрів в нормальних умовах. 69. Маркування. 70 Упаковка. Таким чином, як видно з даного прикладу введення операцій 37-50 дозволяє сформувати контактно-металізовану систему як для першого рівня розводки на робочій стороні пластини, так І рельєфну структуру поліциду з V-подібними канавками на зворотній стороні з низьким питомим опором ps < 10 O M / D . При цьому нанесення поліцидного шару здійснюється наступним чином. Формують контакти в діелектрику під перший шар розводки. Потім в реакторі пониженого тиску методом піролізу моносилану на установці "Ізотрон" при Т = 620-650°С наносять шар полікремнію товщиною 0,51,2 мкм з подальшим формуванням на ньому зі зворотньої сторони пластини V-подІбних канавок на товщину полікремнієвого шару, який грає роль компенсатора напруг при термічних операціях. Дальше в реакторі пониженого тиску розкладом галогеніду титану (ТІСМ) по обІ сторони пластини наносять плівку титану товщиною 0,1-0,3 мкм. Після гідромехобробки пластин в деіонізованій воді і сушці на центрифузі на обІ сторони пластини наносять шар нітриду кремнію товщиною 0,3-0,5 мкм асмонолізом моносилану. На робочій стороні пластин формують топологію першого рівня по плівці нітриду кремнію, плазмохімічним травленням Упорядник Замовлення 593 5 10 15 20 2& 30 35 ° 40 8 знімають нітрид кремнію зовні розводки І на цих ділянках проокисляють силіцид титану на всю його товщину при Т = 1000°С протягом 60-90 хв в атмосфері кисню Плівка SI3N4 на робочій стороні пластин над розводкою є маскою на операції проокислення силіциду титану І міжшаровим діелектриком. Фотолітографією І травленням відкривають контактні вікна в шарі SI3N4 на робочій стороні І одночасно травлять його з) зворотньої сторони. Другий рівень розводки формують магнетронним розпиленням алюмінієвої мішені з домішками гольмію з подальшою фотолітографією І впалюванням. Зформована таким способом контактнометалізована система, перший шар якої на робочій стороні складає плівка силіциду титану, а зворотня сторона пластини вміщує рель'єфну структуру з поліцидною плівкою, створює низький І стабільний опір контактів, особливо до кремнію на зворотній стороні, до p-n-переходів І до міжшарових контактів. Введення операції проокислення силіциду титану дозволяє ефективно планаризувати поверхню. В процесі окислення одночасно проходить дифузія бору із підложки в силіцид титану на зворотній стороні в місцях контактів з монокремнієм, що знижує питомий опір контакту, і крім цього кисень, як активний реагент, взаємодіючи з тугоплавкими металами, на робочій стороні пластини створює області з напругами стиску, що протидіють напругам розтягу, що створюються областями силіциду. На зворотній стороні області силіциду на полікремнію, маючи напруги розтягу, чергуються з областями силіциду на монокремнію, що мають напруги стиску. Таким чином контактно-металізована система виступає як самокомпенсатор термомеханічних напруг з обох сторін пластини. Техред М.Моргентал Коректор О.Густи Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл., 8 Виробничо-видавничий комбінат "Патент", м. Ужгород, вул.Гагаріна, 101