Технология изготовления интегральных схем. Нанесение металлизации.

Министерство образования Российской ФедерацииТомский политехнический университетКафедра ЭПЭОДомашнее задание 3Вариант 19Выполнил студент Проверил преподаватель2004гСовременныйуровень развития технологии изготовления интегральных схем потребовал затратысотен тысяч человеколет. Из многих вариантов схемотехники и методовизготовления интегральных схем, существовавших с 60-х годов,

сохранились толькосамые эффективные. Чтобы данная конкретная технология оказалась жизнеспособной,она должна обеспечивать не только качество продукции, но также изготовлениеименно такой аппаратуры и такого программного обеспечения, на которые естьспрос на рынке.Четкогоразличия между производственными и схемотехническими решениями не существует.Поскольку и те и другие диктуются способами применения

ИМС. По способуприменения все схемы можно ориентировочно разделить на цифровые и нецифровые аналоговые ИМС. Выбор между биполярной и МОП- технологией можно сделать на основании таких критериев, как плотность упаковки, величина рассеиваемой мощности,скорость переключения, помехоустойчивость. Например,схемотехническая реализация цифровых биполярных схем может быть одной изследующих транзистор- транзисторная логика Т2Л , логика сэмиттерными связями

ЭСЛ и интегрально-инжекционная логика И2Л .МОП-схемы могут быть реализованы ввиде МОП- схем с каналом р-типа. МОП схем с каналом п-типа р-МОП и п-МОП икомплементарных МОП схем КМОП . В настоящий момент каждая из этих реализацийбиполярных и МОП- схем имеет вполнеопределенные достоинства и недостатки. Поэтому для каждого изделия можноподобрать наиболее подходящую технологию или набор технологических

приемов . Но конкуренцияизготовителей способствует совершенствованию технологии, поэтому оптимальнаятехнология со временем меняется. Следовательно, при выборе технологии надопользоваться последними данными.Появляющиесяизменения в схемотехнике и производстве ИМС следует рассматривать скорее каквариант ранее существовавших способов, а не как появление существенно новыхтехнологических методов. Похоже, что основа технологии

ИМС к настоящему моментуустановилась. Она включает в себя наборметодов производства биполярных и МОП- схем и набор схемотехнических приемов.Чтобы изготовить ИС, необходимо соединить друг сдругом проводящими дорожками отдельные приборы, полученные с помощью планарнойтехнологии. Эта процедура обычно называется созданием межсоединений илиметаллизацией. Металлизация- это один из основных технологических методовпроизводства биполярных схем, которые преобладают

с 60-х годов.Самый простой и наиболеешироко используемый метод создания межсоединений проиллюстрирован на рис.1. Рис.1. Для присоединения к различным легированным областямполупроводникового прибора может использоваться тонкий слой алюминия. Сначалас тех участков. Где должен быть получен контакт с кремнием, удаляется SiO2 .Затемна поверхность наносится слой металла. Для этого обычно используется испарениетвердого источника

путем бомбардировки электронным пучков в вакуумной камереили распыление бомбардировка ионами в камере низкого давления. Испаренныеатомы металла попадают на пластины, где они конденсируются в виде однороднойпленки. Затем металл, обычно алюминий или алюминиевый сплав например алюминийс небольшими добавками кремния или меди , с помощью фотолитографии и травленияудаляется, как это было описано выше, с тех участков, где его не должно быть. Алюминий обычно травится в растворах, содержащихфосфорную кислоту, или удаляется

методом сухого травления.Помере уменьшения размеров приборов требования к металлизации становятся всеболее жесткими. Самые обычные методы систематического уменьшения размеровэлементов ИС масштабирование приводят к увеличению плотности тока вмежсоединениях. Если размеры прибора наповерхности уменьшаются в К раз, масштабируемый ток должен уменьшится в то жечисло раз. Однако поперечное сечение межсоединений уменьшается в

К2 раз,так что плотность тока, протекающего через межсоединения, увеличивается в Краз. Это увеличение приводит к росту падения напряжения в межсоединениях, такчто меньшая доля приложенного внешнего напряжения будет эффективно действоватьна прибор, входящий в ИС. Чтобы уменьшить этот эффект, важно уменьшать удельноесопротивление материала.Вслучае МОП ИС, но иногда также и в биполярных схемах, один слой межсоединенийможет создаваться из поли

кристаллического кремния, а для другого применяетсяалюминий. При использовании этих двух слоев соединений в сочетании с возможнымсозданием диффузионных соединительных дорожек на поверхности кремниевойпластины ток может переноситься в трех различных уровнях. В тех схемах, которыесодержат много тысяч приборов, такая степень свободы является необходимой. Веще более сложных схемах может также использоваться и второй слой металла.

Однакоудельное сопротивление поликристаллического кремния не может быть меньше 500мкОм 8729 см, так что вдоль длинных поликремниевых проводников могут возникатьзначительные падения напряжения. Бытьможет, еще более важным является то, что RC постоянные времени, связанные с сопротивлениемдлинного поликремниевого межсоединения и его емкостью по отношению к подложке,могут замедлить прохождение сигнала через ИС. Поэтому для созданиямежсоединений начинают использоваться другие материалы, обладающие болеевысокой

проводимостью. Чем кремний. Используются силициды тугоплавких металлов,такие , как силицид вольфрама Wsi2 И силицид титана Tisi2 , атакже сами тугоплавкие металлы.В межсоединениях имеет местоявление, влияющее на надежность ИС, которое называется электромиграцией. Этоявление может привести через несколькосотен часов успешной работы схемы к ее отказу, выражающемуся в обрывемежсоединения.

Электромиграцияпредс тавляет собой перемещение атомов проводящего материала в результате обменаколичеством движения между подвижными носителями и атомной решеткой. В алюминиидвижущиеся электроны соударяются с атомами и толкают их по направлению кположительно смещенному электроду. В результате алюминий скапливается вблизиэтого электрода и уходит из других частей проводника, в особенности изучастков, расположенных около пересечения границ зерен в поликристаллическойалюминиевой

пленке. Этот переносматериала со временем приводит к образованию пустот в пленке и к обрывумежсоединения. Электромиграция происходит быстрее при более высоких плотностяхтоков и в местах с большими градиентами температур. Для алюминияэлектромиграция может стать причиной отказа при плотностях тока выше 105А см2.Электромиграциюможно уменьшить, если добавить в алюминий небольшое количество другого металла,например меди. При этом будет подавлено перемещение атомов алюминия вдольграниц зерен.

Добавление 2-3 меди может увеличить токонесущую способность втечение длительных интервалов времени на два порядка величины без значительногоувеличения удельного сопротивления пленки. Другой путь борьбы сэлектромиграцией может заключаться в использовании для металлизации тугоплавкихметаллов, таких, как вольфрам.Привыборе материала для межсоединений помимо удельного сопротивления иустойчивости к электромиграции надо принимать во внимание следующие требования 1 способность образовывать омические

контакты с кремнием как п так и р- типа,2 стабильность контакта с кремнием после завершения изготовления схемы, 3 адгезию к кремнию и двуокиси кремния,4 возможность создания рисунка с помощьюизвестных методов фотолитографии и травления особенно сухого травления , 5 антикоррозионную устойчивость при взаимодействии с окружающей средой, 6 возможность приварки выводов при сборке в соответствующий корпус,

7 качество перекрытия ступенек, встречающихсяна поверхности ИС, и 8 возможностьнанесения на поверхность без ухудшения характеристик приборов. Уже имеющихся вИС. Материала. Удовлетворяющего всем этим требованиям. Не существует, ноалюминий и его сплавы удовлятворяют им в такой степени. Что широко используетсяв производстве. Однако по мереужесточения требований к межсоединениям ограничения

алюминия особенносвязанные с электромиграцией становятся все более очевидными и в связи с этимпродолжается поиск других материалов, его заменяющих.Посленанесения слоя металлизации и формирования соединений пластина помещается внизкотемпературную печь, и при температуре около 450 градусов С происходиттермообработка, обеспечивающая хороший омический контакт металла с кремнием.Эта обработка позволяет также улучшить качество границы раздела

Si SiO2 . После окончания операций по формированию межсоединенийизготовление пластины с ИС завершено.Используемая литература 1. Р. Малер,Т.Кейминс Элементы интегральных схем М. МИР 1989 г.2. У. Тилл, Дж.Лаксон Интегральные схемы. Материалы, приборы, изготовление. М. МИР 1985 г.