Металлизация УБИС

Данные о корреляции количества уровней металлизации СБИС с годом их выпуска в мире

Можно выделить шесть основных элементов многоуровневой металлизации СБИС:

контактная система металлизации; проводниковые межсоединения; слои межуровневого диэлектрика; межуровневые контакты; слой пассивации; контактные площадки.

Контактная система металлизации представляет собой омические и выпрямляющие контакты к кремнию.

Проводниковые межсоединения – это проводники многоуровневой системы металлизации.

Межуровневый диэлектрик - материал, электрически разделяющий проводниковые соединения различных уровней. Межуровневые контакты – это локальные контакты между проводниками соседних уровней, выполненные в слоях межуровневого диэлектрика.

Слой пассивации представляет собой диэлектрический слой, защищающий проводники верхнего уровня межсоединений. Контактные площадки – расположенные по периферии кристалла участки верхнего уровня разводки, обеспечивающие электрическую связь металлической разводки с внешними соединениями.

Алюминий, как контактный материал и материал межсоединений обладает целым рядом ценных свойств, среди которых можно выделить:

•низкое удельное сопротивление (2,65 мкОм см);

•хорошая адгезия к диэлектрикам;

•достаточно высокая коррозионная стойкость, благодаря пассивирующему его оксиду;

•образует низкоомные невыпрямляющие контакты (НК) с p+- и n+-Si;

•является элементом III группы Периодической системы и очень мало растворяясь в кремнии, образует в его запрещенной зоне только мелкие акцепторные энергетические уровни.

Недостатки алюминия определяются в основном характером его физико- химического взаимодействия с кремнием. Основные из них:

•активное взаимодействие с кремнием в области контактного окна при термообработке;

•высокая подверженность термо- и электромиграции.

Система Al-Si имеет диаграмму фазовых равновесий эвтектического типа. Al практически не растворяется в Si, в то время как в алюминии может растворяться до 1,65 ат. % кремния. Эвтектика плавится при температуре 577 0С. Следствием такого характера взаимодействия в системе является процесс растворения кремния из подложки в пленке алюминия при относительно низких температурах, т.е. алюминий действует как травитель кремния.

Схема растворения кремния алюминиевой пленкой: заполнение твердым раствором кремния в алюминии пустот, где растворился кремний, в результате чего происходит прокол p-n перехода

Ионная инплантация

Примесь-содержащее стекло

dd

б)

n+-Si

p-Si

Технология изготовления межсоединений биполярных транзисторов с «полным» эмиттером: а) – после ионной имплантации; б) – после отжига (активация примеси, отжиг радиационных дефектов); в) – после нанесения и вжигания

алюминиевой металлизации. Один из путей преодоления – быстрый

термический отжиг при формировании контакта. Однако в маршруте существуют и другие термообработки – (корпусирование, 510 град. С)