3.10 Технология «Salicide»

Как уже отмечалось, достоинством силицидов как материала для создания контактных систем является возможность формирования самосовмещенных контактов. Наибольшее распространение самосовмещенные контакты получили в так называемой «Salicide»-технологии, когда одновременно формируют самосовмещенные силицидные контакты к областям истоков и стоков и полицидные электроды затворов МОП-транзисторов.

На рис.12 дана краткая технологическая последовательность изготовления МОП-транзистора в соответствии с технологией «Salicide». Она заключается в формировании по периферии локальных поликремниевых затворных областей окисных участков, осаждении слоя металла, термообработке для создания слоя силицида в областях, контактирующих с моно- и поликристаллическим кремнием, удалении непрореагировавшего с кремнием металла.

Одна из серьезных проблем, возникающих в процессе формирования самосовмещенных силицидных контактов, связана с тем, что при термообработке вследствие латеральной диффузии кремния взаимодействие металла с кремнием наблюдается не только в области контакта, но и за его пределами, т.е. имеет место латеральный рост силицида. Для МОП-структур малых размеров это может привести к смыканию областей истока, стока и затвора.

Во избежание смыкания силицидных слоев стремятся понизить температуру отжига структур и длительность отжига, проводимого для формирования силицида, а термообработку осуществляют импульсным фотонным отжигом.

Кроме того, проблему пытаются решать конструктивными методами. Например, при создании МОП-транзисторных структур после формирования подзатворного диэлектрика осаждают трехслойную структуру поликремний - нитрид кремния - поликремний. Суммарная толщина всех слоев составляет 1 мкм. При этом толщина нижнего слоя поликремния является стандартной для поликремниевых затворов МОП-транзисторов. После фотолитографии в соответствии с рисунком затворных областей и удаления подзатворного диэлектрика над исток-стоковыми областями проводят формирование «спейсеров». После этого последовательно удаляют верхний слой поликремния и слой нитрида кремния. Далее осаждают слой металла и традиционным путем формируют силицидные слои.

В

Рис.12. Последовательность операций технологии «Salicide»

полученной таким образом структуре снижена вероятность смыкания силицидных участков. Однако надежность данной технологии формирования транзисторных структур невысока из-за проблем с качеством разводки на непланарной поверхности прибора.

Таким образом, в технологии «Salicide» является актуальным поиск более эффективных методов минимизации процесса латерального роста силицида.

3.11 Заключение.

В первых образцах ИС соединения между компонентами осущест­-влялись 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: Au, Ni, Pb, Ag, Cr, Al, а также системы Ti - Au, Mo - Au, Ti - Pt - Au и т.д.

К системам металлизации ИС предъявляются следующие требования:

- высокая проводимость (р < 10~⁶ Ом-см);

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

- способность к образованию качественного омического контакта с кремнием п- и р-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.

Наиболее удобным, простым в изготовлении и дешевым материа­лом для металлизации ИМС является алюминий, который обычно нано­сят методом испарения в вакууме.

Конкретные свойства пленок алюминия зависят от целого ряда ус­ловий, таких как чистота испаряемого материала, давление в вакуумной системе, скорость напыления, температура подложки и др. Пленки, на­несенные на аморфную поверхностьSiO₂ термически окисленных пластин кремния, являются поликристаллическими с некоторой тенденцией к определенной ориентации кристаллитов. После напыления пленки имеют зеркально-гладкую поверхность.

Удельное сопротивление напыленной пленки алюминия толщиной 1 мкм составляет около 3-Ю"⁶ Ом-см, т.е. всего на 10 - 20 % больше, чем объемное удельное сопротивление чистого алюминия. Широкое исполь­зование пленок алюминия для металлизации в интегральных схемах обусловлено: высокой электропроводностью, близкой к электропровод­ности объемного алюминия; легкостью испарения в вакууме и чистотой испаряемой пленки.

Алюминий имеет относительно низкую температуру испарения, и поэтому вероятность загрязнения напыленной пленки примесями из ва­куумной камеры и испарителя должна быть небольшой по сравнению с металлами, имеющими более высокую температуру испарения.

Хорошая адгезия к кремнию и окислам дает возможность изготов­ления однослойной металлизации, что значительно упрощает техноло­гию производства и уменьшает стоимость ИМС. Алюминиевые пленки не отслаиваются из-за плохой адгезии, как золото или молибден. Алю­миний образует низкоомный контакт с кремнием п- и р-типа. Контакт­ные площадки на пластине кремния всегда покрыты слоем естественно­го окисла SiO₂. Алюминий реагирует с SiO₂, поскольку может образовывать окислы с большой отрицательной свободной энергией. В результате между кремнием и алюминием создается низкоомный кон­такт. Скорости этой реакции и диффузии кремния в алюминий очень высоки, так что для получения низкоомного контакта достаточно про­греть образец при температуре 550 °С в течение всего лишь нескольких минут.

Алюминий пластичен и стоек к циклическим изменениям темпера­туры. Низкая температура подложки при его напылении (120 - 160 °С) и отжиге (~200 °С) позволяет получить пленки с низкими механическими напряжениями вследствие малой разницы ТКР при уменьшении темпе­ратуры до комнатной. Алюминий устойчив к окисляющему воздейст­вию атмосферы, легко обрабатывается методами фотолитографии для получения необходимой конфигурации контактов и межсоединений в ИМС, причем в таких травителях, которые не действуют на кремний или SiO₂.

Алюминий образует прочные контакты при креплении золотой или алюминиевой проволоки к его пленке методами термокомпрессии. Его можно использовать в схемах, устойчивых к воздействию радиации.

Однако наряду с положительными свойствами, алюминий имеет ряд недостатков, которые ограничивают использование его для метал­лизации. К ним относятся:

- мягкость и, следовательно, легкость повреждения алюминиевой пленки;

- появление пустот в пленке вследствие электродиффузии при меньших, чем для других металлов, плотностях тока;

- возможность короткого замыкания через диэлектрическую плен­ку в системах с несколькими уровнями металлизации из-за образования выступов при электродиффузии или низкотемпературной рекристалли­зации пленок;

- возникновение коррозии вследствие гальванического эффекта при одновременном использовании других металлов;

- взаимодействие с SiO2 при низких температурах (начиная от ком­натной и выше), что может приводить к нестабильности, особенно в МДП интегральных схемах;

- способность образовывать хрупкие соединения с золотом, что может снижать электропроводность и приводить к отказам в случае термокомпрессионного крепления выводов.

Защита алюминиевой пленки от механических повреждений прак­тически осуществляется нанесением поверх металла диэлектрического слоя. Такое покрытие служит одновременно для предохранения близко расположенных токонесущих полосок от коррозии, электролитической или химической, и от закорачивания проводящих полосок какими-либо посторонними частицами.

При травлении окон в диэлектрике (обычно SiC^) скорость травле­ния диэлектрика должна быть значительно большей, чем скорость трав­ления алюминия, иначе можно повредить алюминиевую пленку вслед­ствие существования в ИС локальных положительных потенциалов. Для систем, содержащих слои золота, эта проблема не возникает. В случае подсоединения золотых проволочек к пленке алюминия методом термо­компрессионной сварки возможно образование интерметаллических со­единений, что приводит к уменьшению надежности аппаратуры. Однако при относительно низких температурах и умеренных нагрузках такой метод соединения оказывается вполне надежным. Проблему образова­ния интерметаллических соединений на границе золото - алюминий полностью решает использование ультразвуковой сварки золотых про­водников с пленкой алюминия. Для исключения взаимодействия золо­той проволоки с алюминием при одновременном сохранении преимуществ контакта алюминия с кремнием часто между золотом и алюмини­ем наносят дополнительную металлическую пленку, например молиб­деновую или танталовую.