Конструктивно-технологические особенности создания омических контактов

Основными конструктивными вариантами омических контактов в кремниевых ИС являются:

1.металл - монокристаллический кремний (контакты первого типа);

2.металл - поликристаллический кремний (контакты второго типа);

3.поликристаллический кремний - монокристаллический кремний (контакты третьего типа).

Наиболее широко в полупроводниковых приборах и ИС используют контакты первого типа, представляющие собой металлические контакты к активным областям приборов, сформированным в крем-ниевых монокристаллических подложках. Поперечное сечение такого контакта приведено на рис.7, где структура (а) представляет обычный контакт, структура (б) - контакт типа «полный эмиттер», который формируют в пределах той же области, в которой сформирован высоколегированный слой.

Контакты второго типа (рис.8) используются в настоящее время в МДП ИС (в качестве металлических контактов к поликремниевым затворам МДП-транзисторов и поликремниевым проводящим шинам) и в трехмерных ИС (в качестве металлических контактов к активным областям приборов, сформированных в слоях поликристаллического кремния).

Контакты третьего типа (рис.9) наиболее эффективно применяются в биполярных ИС (в качестве поликремниевых контактов к самосовмещенным активным областям приборов, сформированных в монокристаллических кремниевых подожках).

Для обеспечения в контактах минимально возможного переходного сопротивления необходимо либо увеличивать площадь контакта, либо снижать величину _к. Что касается площади контакта, то тенденция ее уменьшения в современных полупроводниковых устройствах очевидна. Таким образом, проблема создания эффективных омических контактов связана в основном с выбором материалов контактов и технологий формирования контактов, позволяющих обеспечить минимально возможное значение_к.В табл.3. приведены данные сравнительного анализа значений удельного переходного сопротивления контактов, сформированных на основе различных контактных материалов. Как следует из таблицы, наилучшие результаты могут быть достигнуты при использовании в качестве контактного материала алюминия или  силицидов.

Широко используемый до последнего времени в контактах первого типа в качестве контактного металла алюминий не может эффективно применяться в приборах с мелкозалегающими р–n-переходами прежде всего из-за имеющего место эффекта взаимного сплавного проникновения в системе Al - Si.

Рис.7. Конструктивные варианты омических контактов первого типа: а - обычный; б - типа «полный эмиттер»

Рис.8. Конструктивный вариант омических контактов второго типа в МДП-транзисторных структурах с поликремниевыми затворами

Рис.9. Конструктивный вариант омических контактов третьего типа

Таблица 3.

Данные сравнительного анализа значений удельного переходного сопротивления контактов на основе различных металлов

Контактный металл	к ОК к Si n-типа (10–6), Омсм2	к ОК к Si р-типа (10–6), Омсм2
Al	0,5	0,8
Ti	8	10
Mo	8	12
W	0,4	–
WSi2	0,4	2
PtSi	0,1	0,6
TiSi2	0,1	0,5

Частично решить данную проблему удается введением в осаждаемый слой Al небольшого количества Si (~1 %). Однако при этом возникают другие проблемы: появление в контактных окнах преципитатов р-Si, ухудшение омических свойств контакта кn-Si вследствие подлегирования Al поверхности кремния и др. Использование же нетермических способов обработки контактов Al - Si не приводит к достижению приемлемых значений переходного сопротивления контактов. Алюминий, легированный кремнием, в качестве контактного материала до последнего времени широко используется в контактах второго типа (металл - поликремний), имеющих место прежде всего в МДП ИС. При этом проблема сплавного проникновения в контактной системе частично устраняется тем, что контактное окно топологически выносится за пределы канальных областей транзисторов, а при формировании контактов используются технологические приемы, развитые для контактов к монокристаллическому кремнию. Те же приемы применяются и приформированииалюминиевых контактов кполикремниювтрехмерныхИС.

В последнее время для созданияконтактов кр–n-переходам в моно- и поликристаллическом кремнии широко используются силициды различных переходных, в первую очередь тугоплавких, металлов, которые в основном удовлетворяют перечисленным выше требованиям к материалам омических контактов. Введение слоя силицида позволяет получать однородный малопроникающий контакт к кремнию, характеризующийся высокой тепловой устойчивостью. Исходя из сравнительного анализа параметров силицидов, представленных в табл.1 и 2, можно сделать вывод о том, что в качестве материала контакта к мелкозалегающимр–n-переходам предпочтительнее всего использовать силицид титана (TiSi₂), который обладает минимальным среди прочих силицидов удельным сопротивлением и образуется при относительно низких температурах. Помимо этого, титан, нанесенный на поверхность кремниевой подложки, способен растворять слой естественного окисла, что обеспечивает однородность протекания процесса твердофазного силицидообразования по всей границе контакта. TiSi₂образует контакты с достаточно малым сопротивлением как кn-, так и кр-Si. Эти и многие другие достоинства силицида титана привлекают широкое внимание разработчиков и обеспечивают TiSi₂устойчивые позиции в качестве основного материала контактов в приборах с мелкозалегающимир–n-переходами.

Для омических контактов на основе силицидов, как и для контактов Шотки в составе ИС, возникает проблема термостабильности, связанная с использованием алюминия в качестве материала проводящих межсоединений в системе металлизации. Эта проблема в основном решается благодаря использованию в конструкции контакта промежуточного слоя диффузионного барьера.