6. Металлизация

1. Назначение металлизации в ис. Контактное сопротивление металл- полупроводник.

Назначение:

- межкомпонентные соединения с низким сопротивлением

- контакты с низким сопротивлением к высоколегированным областям n- и p- типов и слоям поликремния

- барьерные контакты типа Шоттки

В первых образцах ИС соединения между компонентами осущест­влялись с помощью тонких проволочек, присоединяемых к контактным участкам методом термокомпрессии, но такие соединения были доро­гими и нетехнологичными.

После появления планарной структуры ИМС межсоединения стали выполняться с помощью тонких металлических пленок, нанесенных на изолирующий слой SiO₂.

Для осуществления коммутации в ИС можно использовать сле­дующие материалы: Аu, Ni, Pb, Ag, Сr, Аl, а также системы Ti - Аu, Мо - Аu, Ti - Pt - Аu и т.д.

К системам металлизации ИС предъявляются следующие требования:

- высокая проводимость ( Ом·см);

- хорошая адгезия как к Si, так и к SiO₂;

- способность к образованию качественного омического контакта с кремнием n- и p - типов;

- отсутствие вредных интерметаллических соединений или проте­кания реакций, разрушающих кремний в процессе обработки и эксплуа­тации системы;

- технологичность методов осаждения и нанесения рисунков;

- устойчивость к электродиффузии в металле;

- металлургическая совместимость со сплавами, которые приме­няются для присоединения внешних проводов к металлизированной схеме.

Для создания неинжектирующего контакта с малым сопротивлени­ем необходимо, чтобы электрохимические потенциалы металла и кремния удовлетворяли условиям: для Si n-типа; и для Si p - типа. Однако такие контакты, как правило, обладают нелиней­ными вольт-амперными характеристиками, их сопротивление зависит от величин приложенного напряжения и протекающего тока.

Этого можно избежать путем дополнительного легирования полу­проводника под контактом, например, в кремнии n-типа диффузион­ным способом создается тонкая область n+-типа. Между n-- и n+-областями возникает контактная разность потенциалов, пропорцио­нальная разности концентраций ионизированных доноров. Изменить эту разность потенциалов прилагаемым извне напряжением очень трудно: при любой полярности напряжения будет изменяться только поток ос­новных носителей. За счет этого обеспечивается линейность характери­стики контакта. Линейный неинжектирующий контакт принято харак­теризовать контактным или переходным сопротивлением

Контакт металла и полупроводника в изготавливаемых схемах, как правило, являются омическими. Сопротивление такого рода контактов Rc при слабом уровне легирования полупроводника не зависит от уровня его легирования Nd и задается выражением:  Rc = k/(q·A·T)·exp(q·f/(k·T)), где A - постоянная Ричардсона, k - постоянная Больцмана, f - высота потенциального барьера на границе металл-полупроводник. При высоком уровне легирования полупроводника Nd > 10¹⁹ см^-3 R_c быстро уменьшается с ростом концентрации примеси по закону:  R_c ~ exp(C·f/Nd^1/2), где C = 4p·(e·m)^1/2/h - константа.

Следует отметить, что сопротивление контакта в большей степени зависит от технологических факторов, таких как подготовка поверхности, наличие остатков окисла и др.

2. CVD- метод нанесения барьерных металлов.

Процесс химического газофазного осаждения, как это вытекает из его названия, включает химическую реакцию в газовой фазе, происходящую над поверхностью твердой подложки, в результате которой происходит осаждение конечного продукта реакции на поверхность данной подложки.

(W-вольфрам, V-ванадий, Ti-титан) – барьерные металлы.

WF₆ + 3Н₂ ↔ W + 6НF

TiCl₄ + 8HNO₃ → 6TiN + 24HCl и N₂

Барьерные металлы осаждаются на подложку, а газы F и Cl улетучиваются.

Методом диспропорцианирования и пиролиза.