3.4 Анодування

Один з варіантів хімічного іонно-плазмового напилення називають анодуванням. Цей процес полягає в окисленні поверхні металевої плівки (що знаходиться під позитивним потенціалом) негативними іонами кисню, що поступають з плазми газового розряду. Для цього до інертного газу (як і при чисто хімічному напиленні) слід додати кисень. Тому, що анодування здійснюється не нейтральними атомами, а іонами.

Хімічне напилення і анодування проходять спільно, оскільки в газорозрядній плазмі (якщо вона містить кисень) співіснують нейтральні атоми і іони кисню. Для того, щоб анодування переважало над чисто хімічним напиленням, підкладку розташовують лицем (тобто металевою плівкою) убік, протилежно катоду, щоб на неї не попадали нейтральні атоми.

У міру наростання окисного шару струм в анодному ланцюзі падає, оскільки оксид є діелектриком. Для підтримки струму потрібно підвищувати живлячу напругу. Оскільки частина цієї напруги падає на плівці, процес анодування протікає в умовах великої напруженості поля в окисній плівці. У результаті і надалі вона володіє підвищеною електричною міцністю.

До інших переваг анодування відносяться велика швидкість окислення і можливість управління процесом шляхом зміни струму в ланцюзі розряду. Якість оксидних плівок, що отримуються даним методом, вище, ніж при використанні інших методів.

Металізація

У напівпровідникових ІС процес металізації покликаний забезпечити омічні контакти з шарами напівпровідника, а також малюнок міжз'єднань і контактних майданчиків. Основним матеріалом для металізації служить алюміній. Він виявився оптимальним в силу наступних позитивних якостей: малий питомий опір (1,710 6 Ом-см); хо роша адгезія до оксиду SiO₂ (металізація здійснюється по оксиду); можливість зварних контактів з алюмінієвим і золотим дротом (при здійсненні зовнішніх висновків); відсутність корозії; низька вартість та ін. При створенні металевої розводки спочатку на всю поверхню ІС напилюють суцільну плівку алюмінію товщиною 0,1-1 мкм (рис.). Ця плівка контактує з шарами кремнію в спеціально зроблених (за допомогою попередньої фотолітографії) вікнах в оксиді (2, 2 і 3 на рис.). Основна ж частина алюмінієвої плівки лежить на поверхні оксиду. Покриваючи плівку алюмінію фоторезистом, експонуючи його через відповідний фотошаблон і проявляючи, отримують фоторезистну маску, яка захищає майбутні смужки металізації і контактні площадки (КП) від травника. Після витравлювання алюмінію з незахищених ділянок і видалення фоторезиста залишається запланована металева розводка (на рис. її рельєф, прилеглий до контактів 1, 2, 3, заштрихований). Мінімальна ширина смужок у сучасних ІС відповідає граничній роздільній здатності літографії. Природно, що для досягнення необхідних допусків на ширину металізації її товщина, як правило, не може бути більше 1 / 10 від мінімальної ширини провідника. Відстань між сусідніми провідниками - з метою ослаблення паразитної ємнісний зв'язку між ними - вибирають більше 1,5 мкм. Для провідника шириною 1 мкм, його товщина 0,1 мкм, а відстань між найближчими провідниками більше 1,5 мкм. Погонний опір смужки шириною 10 мкм і товщиною 1 мкм складає близько 2 Ом / мм. Для контактних майданчиків, до яких в подальшому приєднуються зовнішні висновки, типові розміри 100x100 мкм. Приєднання зовнішніх висновків безпосередньо до смужкам металізації неможливо через малу ширини. Зрозуміло, малюнок міжз'єднань передбачає відсутність перетинів, тобто коротких замикань. Проте в ІС з високим ступенем інтеграції не вдається спроектувати металеву розводку так, щоб уникнути перетинів. У цих випадках використовується багатошарова або багаторівнева розводка, тобто декілька «поверхів» металізації, розділених ізолюючими шарами. Необхідні з'єднання між різними рівнями здійснюються через спеціальні вікна в ізолюючих шарах (рис. 6.19, а). Ізоляцію між шарами звичайно забезпечують шляхом напилення діелектрика по завершенні чергової металевої розводки. В якості діелектрика найчастіше використовують моноокис кремнію SiO. Кількість «поверхів» при багаторівневої металізації для сучасних ВІС лежить в межах від двох до чотирьох. Деякі підприємства для створення багаторівневої розводки використовують алюмоксbдну технологію. У цій технології роль ізоляції між сусідніми провідниками виконують шари «пористого» Al₂O₃, а роль міжшарової ізоляції товщиною порядку 0,1 мкм грають шари «щільного» оксиду, утвореного в результаті анодування первинного шару А1 (рис. 6.19, б). В ідмінною особливістю цієї технології є планарність багаторівневої розводки.

Проблема омічних контактів при використанні алюмінію полягає в наступному. Якщо плівку алюмінію просто напилити на поверхню кремнію, то утворюються бар'єри Шоткі, причому бар'єр на гріниці з n-шаром є не омічним, а випрямляючим. Щоб уникнути бар'єрів Шотткі, алюміній впалюют в кремній при температурі близько 600 ° С, близької до температури евтектики сплаву Al-Si. При такій температурі на кордоні алюмінієвої плівки з кремнієм утворюється шар, в якому розчинений практично весь прилеглий алюміній. Після застигання сплав представляє собою кремній, легований алюмінієм; концентрація останнього становить близько 5*10^-18 см^-3.Оскільки алюміній є акцептором по відношенню до кремнію, виникає нова проблема: запобігання утворення p-n-переходів в n-шарах. Дійсно, якщо концентрація донорів у n-шарі менше 5*10^-18 см^-3, то атоми алюмінію створять у ньому приповерхневий р-шар. Щоб цього уникнути, область n-шару поблизу контакту спеціально легують, перетворюючи її в n +-шар з концентрацією донорів 5*10^-20 см^-3 і більше. Тоді концентрація алюмінію виявляється недостатньою для утворення р-шару, і p-n-перехід не утворюється. Якщо n-шар з самого початку сильно легований (наприклад, емітерний шар транзистора), то додаткового легування не потрібно. Не виникає проблем і при контакті алюмінію ¬ ня з р-шарами, так як розчинення в них алюмінію призводить до утворення приповерхневих р +-шарів, що сприяє підвищенню якості омічного контакту.