Спосіб формування теплостійкої багатошарової металізації субмікронних структур великих інтегральних схем

Реферат: Спосіб формування теплостійкої багатошарової металізації верхнього рівня розводки структур великих інтегральних схем включає в себе формування структур з контактними профільованими вікнами в міжшаровій металізації за допомогою фотолітографічного процесу і плазмохімічного травлення, якісної хімічної обробки структур в перекисно-аміачній суміші, магнетронного розпилення мішені силіциду чи поліциду. UA 68204 U (12) UA 68204 U UA 68204 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до технології формування мікроелектронних структур великих інтегральних схем (ВІС) і може бути використана в схемах з підвищеною потужністю розсіювання, наприклад мікроконтролерів чи мікропроцесорів. Для верхнього рівня металізації, як правило, використовують плівки алюмінію і його сплавів. Це пов'язано з тим, що за допомогою алюмінію можна легко формувати невипрямляючі + + контакти як до р -, так і до n -областей кремнієвих структур, бо питомий опір алюмінію складає 2,7мкОмсм. Проте внаслідок термічних напружень в плівках алюмінію, за допомогою яких методом фотолітографії формується розводка верхнього рівня в структурах ВІС, проходить хіллокоутворення. Такі виступи величиною 1-1,2мкм можуть спричинити короткі замикання p-nпереходів, що суттєво знижує корозійну стійкість ВІС. Зазвичай, для подавления хіллокоутворення використовують алюмінієві сплави, леговані кремнієм і міддю[1]. Проте кремній, зменшуючи хілокоутворення, призводить до збільшення контактного опору (1 % Si збільшує на 10 % величину контактного опору), а мідь додатково спричиняє корозійні руйнування і електроміграцію при значному покращенні величини контактного опору. Із збільшенням ступеня інтеграції ВІС виникають додатково проблеми з відведенням тепла від кристалу через корпус в навколишнє середовище. В зв'язку з тим, що розводка в інтегральних схемах займає до 50-75 % площі кристалу, то відведення тепла на корпус повинно здійснюватись як через зворотну сторону кристалу, так і через металізацію, контактні площадки і мікродріт на траверси корпусу. Звідси випливає, що металізація не тільки визначає швидкодію інтегральної схеми через величину провідників, контактних опорів та паразитної ємності, але і, значною мірою, визначає допустиму потужність розсіювання кристалу схеми. Остання визначається контактними опорами до p-n-переходів. Низького значення контактного опору можна також добитись за рахунок профілювання контактних вікон. Особливо це є важливо, коли в інтегральній схемі використовується міжшарова ізоляція як у вигляді фосфоросилікатного скла, так і у вигляді полімідної плівки. Їх ще називають захованими контактами. Тому аналогом є спосіб виготовлення структур ВІС з верхньою металізованою розводкою у вигляді алюмінієвого сплаву АКНо-1-1 [2]. Така металізація може формуватись способом магнетронного розпилення мішені із сплаву АКНо-1-1, яка раніше виготовлена за спеціальною технологією, або з використанням алюмінієвої мішені, в яку впресовані штирі із матеріалу, яким буде легуватись алюмінієва плівка (наприклад рідкісноземельні метали). Зазвичай, така технологія повністю подавлює хілокоутворення, але на ній дуже складно реалізувати розводку із кроком 90 %, але значно збільшити теплостійкість такого покриття (до 500 °C) не є можливим. Тому в основу даної корисної моделі поставлена задача розробити такий спосіб металізації верхнього рівня розводки структур ВІС, який би дав змогу зменшити крок металізації до рівня 500 °C. Поставлена задача вирішується тим, що металізацію верхнього рівня розводки виконують багатошарово, а саме TiSi2-TiN-TiW (АКГо-1-1). Така операція виконується на багатопозиційній магнетронній системі, наприклад "Ораторія-11" з використанням 3 мішеней на трьох магнетронних позиціях, а саме: нижній рівень формується магнетронним розпиленням силіцидної мішені (TiSi2) товщиною 500-1000Å в плазмі аргону, другий шар - магнетронним розпиленням титанової мішені в плазмі азоту товщиною 500-1000Å та верхній основний шар магнетронним розпиленням мішені W-Ti або алюміній-кремній-гольмій (Si-1 %, Но-1 %) в плазмі аргону, товщиною 0,5-1,0мкм. Така тришарова металізація забезпечує теплостійкість до температури Т=525 °C (на рисунку представлена дана структура як захований контакт через міжшарову ізоляцію у вигляді борофосфоросилікатного скла (BPSG)). Режим магнетронного розпилення мішеней TiSi2, Ті і АКНо-1-1 (WTi) вибирається із розрахунку отримання заданих товщин за мінімальний час з мінімальною зернистістю плівок, а саме Up=500-900B, Ір =45 1 UA 68204 U 5 10 15 20 25 125mА, t=10-30с.TiN виступає бар'єрним шаром для дифузійних процесів і забезпечує низький контактний опір. Приклад конкретного виконання. Формування тришарової термостійкої металізації TiSi2 - Ті - АКНо -1-1 проводилось на структурах інтегральних схемах серій 1564ТМ2, КР1830ВЕ48, виконаних на Si-підкладках КДБ10 з орієнтацією (100). Перед нанесенням металізації Si-підкладки із структурами оброблялись в перекисно-аміачній суміші (H2O2:NH4OH:H2O) в співвідношенні 1:1:4, яка забезпечувала необхідний рівень чистоти. На наступному етапі проводилась металізація тришарової плівки TiSi2-TiN- АКНо на установці "Ораторія-11" з використанням трипозиційних магнетронних систем. Розводка такої металізації забезпечувалась фотолітографічним процесом та плазмохімічним травленням плівки на установці 08ПХТ100-07 з анізотропністю травлення >90 %. Впалювання контактів проводилось в атмосфері азоту при Т=600 °C разом з фотонним відпалом протягом 1-3с. Вимірювання теплостійкості проводилось на спеціально сформованій тестовій структурі у вигляді бар'єрів Шотткі, через які і визначалась максимальна температура теплостійкості. Використання висококонтрастного проявлення на контрастному резисті ФП383М забезпечило крок металізації на рівні 1,5-1,8мкм. Саме шар нітриду титану відіграє роль бар'єрного металу, що подавлює хілокоутворення і підвищує теплостійкість металізації до 550570 °C. Рисунок. Структура тришарової металізації, як захований контакт через міжшарову ізоляцію у вигляді борофосфоросилікатного скла (BPSG). Перелік цитованих літературних джерел 1. Новосядлий С.П., Фізико-технологічні основи субмікронної технології ВІС - ІваноФранківськ - Сімик 2. Авт. св. СССР. №1831205 від 13.10.1992 (С.П.Новосядлый, Б.М.Савчин Способ формирования металлизации БИС) ДСП - 2с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 45 1. Спосіб формування теплостійкої багатошарової металізації верхнього рівня розводки структур великих інтегральних схем, який включає в себе формування структур з контактними профільованими вікнами в міжшаровій металізації за допомогою фотолітографічного процесу і плазмохімічного травлення, якісної хімічної обробки структур в перекисно-аміачній суміші, магнетронного розпилення мішені силіциду чи поліциду, який відрізняється тим, що багатошарова (тришарова) металізація здійснюється на багатопозиційній магнетронній системі з використанням мішеней: силіциду титану (TiSi2) , титану (Ті), алюмінієвого сплаву, легованого кремнієм та рідкісноземельним металом (АКГо-1-1). 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що в результаті розпилення мішеней послідовно отримують плівки необхідних товщин: дисиліциду титану TiSi2 - 500-1000 Å; нітриду титану (TiN) - 500-1000 Å; алюмінієвого сплаву АКГо-1-1 - 0,5-1,0 мкм. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що заданий крок металізації