Особенности создания силицидных контактов Шотки в системах металлизации с алюминиевой разводкой

Одна из основных проблем при создании теплоустойчивых контактов к кремнию связана с тем, что в большинстве случаев в качестве проводниковых межсоединений в системах металлизации ИС используют алюминий или его сплавы. При этом возникаетопасностьпроникновенияAl в Si из-за высоких коэффициентов диффузии Al в поликристаллических слоях силицидов. Дело в том, что для обеспечения стабильности электрофизических параметров контактов необходимо создание конструктивно-однородных контактов. Диффузия же алюминия через контактный слой к поверхности кремния, имеющая место при термообработке контактов, приводит к образованию неоднородных контактов. В этом случае значение высоты потенциального барьера связано с соотношением площадей фаз, образующих выпрямляющий контакт с кремнием.Классическимпримеромобразованияконструктивно-неоднородногоконтакта является изменение высоты барьера при термообработке контакта Al-Pt/n-Si. Высота барьера, равная вначале 0,85 эВ, в процессе спекания при температурах (35 - 450)С уменьшается до значения 0,72 эВ, характерного дляконтактов на основе PtAl₂.Такие же изменения происходят и при других температурах, меняется только масштаб времени.

Подобное изменение высоты барьера можно объяснить следующим образом. Начальная высота барьера соответствует контакту PtSi/n-Si. При нагревании Al вступает в реакцию с PtSi, образуя PtAl₂ и Si. При этом высота барьера сохраняет свое значение до тех пор, пока фронт реакции не достигнет подложки и PtAl₂не придет в соприкосновение с Si, в результате чего высота барьера уменьшается до 0,7 эВ. С момента, когда фронт реакции с образованием PtAl₂достигнет поверхности Si, выпрямляющий контакт можно представить как два параллельно соединенных диода Шотки, один из которых имеет большую площадь и высокий барьер (q_{B PtSi}~ 0,85 эВ), а другой - малую площадь и низкий барьер (q_{B PtAl2} ~ 0,72 эВ). На рис.5 приведены эквивалентная схема неоднородного выпрямляющего контакта Al-PtSi/n-Si, подвергнутого тепловой обработке, представляющая параллельное соединение двух диодов с различной высотойбарьера и сопротивлений, обусловленных наличием эпитаксиальногослоя, а также прямые ветви ВАХ с различным током насыщенияI_S . Кривая1соответствует случаю, когда вся поверхность контакта закрыта слоем PtSi, а кривая2 - слоем PtAl₂. Кривая3характеризует отмеченный выше промежуточный случай параллельного соединения диодов, реализующийся при достижении фронта реакции с образованием PtAl₂поверхности кремния. При малых токах падение напряжения на последовательном сопротивлении диода с малой площадью и низким барьером несущественно (кривые2и3совпадают). При больших токах падение напряжения на последовательном сопротивлении возрастает (кривая3совпадает с кривой1). В области промежуточных значений тока происходит плавный переход от одного режима к другому, и кривая3представляет собой полную ВАХ.

Таким образом, неоднородные выпрямляющие контакты характеризуются нестабильным значением высоты барьера, поэтому в большинстве случаев стремятся избежать их образования.

Эффективным конструктивным решением данной проблемы является введение в структуру контакта дополнительного слоя - диффузионного барьера, препятствующего взаимной диффузии Al и Si. Выбор оптимального материала слоя диффузионного барьера для конкретной контактной системы обусловлен как режимами используемой тепловой обработки, так и технологической совместимостью барьерного слоя С точки зрения диффузионного барьера наилучшие результаты получены для пленок тугоплавких металлов и их соединений - нитридов, карбидов. В этом смысле выделяют титан и его соединения. В табл.2. приведены данные сравнительного анализа тепловой устойчивости различных систем металлизации.

Из таблицы видно, что самая высокая тепловая устойчивость достигается при использовании TiN в качестве слоя диффузионного барьера. Однако проблема, связанная с химическим взаимодействием Al с TiN, заставляет вводить в конструкцию контактов дополнительные слои проводящих материалов, обладающих повышенной химической инертностью к Al. Наиболее часто в качестве материала дополнительного слоя, вводимого между слоями AlиTiN, используютTi.

Несмотря на то, что введение слоя диффузионного барьера и специальных слоев проводящих материалов усложняет как конструкцию, так и технологию изготовления контактной металлизации, оно в настоящее время широко используется в СБИС, особенно в случаях, когда требуется повышенная термостабильность всей системы металлизации

Таблица 2.