23.4 Pасчет и проектирование диффузионных резисторов полупроводниковых имс.
а) – сечение ; б) вид сверху типичного диффузионного резистора.
24.1 Металлизация п/п структур.
Металлизация — процесс создания внутрисхемных соединений. В планарных структурах ИМС внутрисхемные соединения выполняют с помощью тонких металлических пленок, которые наносят на изолирующий слой оксида кремния. Так как эти пленки используют в качестве проводников внутрисхемной коммутации, они должны обеспечивать невыпрямляющий контакт с полупроводником, иметь хорошую адгезию с кремнием и оксидом кремния и низкое удельное сопротивление, давать возможность присоединения выводов ИМС. Для осуществления металлизации можно применять золото, никель, свинец, серебро, хром, алюминий, системы Cr— Au, Ti — Au, Mo — Au, Ti — Pt — Au и т. д.
В кремниевых ИМС для создания металлизации наибольшее применение нашел алюминий, так как он обладает следующими положительными качествами:
позволяет изготовлять структуры с металлизацией одним металлом, что упрощает технологию;
имеет высокую проводимость, близкую к проводимости объемного материала, и хорошую адгезию к кремнию и оксиду кремния;
испаряется в вакууме;
пленки алюминия хорошо обрабатываются при проведении фотолитографии для получения нужной конфигурации проводников, они легко поддаются травлению, которое не действует на Si и SiO2;
вступает в реакцию с оксидом кремния SiO2, который частично остается на контактных площадках;
образует низкоомные контакты с кремнием n+-типа и р-типа;
не образует хрупких химических соединений AlSi;
24.2 Металлизация п/п структур.
имеет проводимость, почти не уменьшающуюся за счет кремния, находящегося в нем в виде твердого раствора;
допускает присоединение золотой и алюминиевой проволоки;
выдерживает циклические изменения температуры (достаточно пластичен);
стоек к окислению в атмосфере;
является хорошим материалом для схем, стойких к радиации;
имеет невысокую стоимость.
Схема процесса металлизации с помощью пленок алюминия:
а — вскрытие окон в слое SiO2 фотолитографией под омические
контакты;
б — напыление сплошной пленки алюминия толщиной около 1 мкм (или от 0,5 до 2 мкм) с удельным сопротивлением около 3·10–6 Ом·см;
в — нанесение фоторезиста;
г — фотолитография (ширина проводников и промежутков между ними 10—13 мкм);
24.3 Металлизация п/п структур.
д — травление алюминия (Обычно пластину нагревают до 550°С и выдерживают несколько минут - кремний растворяется в алюминий. Выше 576°С - оба материала растворяются в соответствующей пропорции, при повышении весь алюминий (пленка Al тонкая) будет растворен в кремний);
е — удаление фоторезиста.
Таким образом, при образовании контакта к p-области кремния примесь Аl только увеличит концентрацию этой примеси; при образовании контакта к p-области кремния, если ее концентрация будет меньше 5·10^18 атом/см3, диффундирующий в кремний Al изменит электропроводность кремния на р-тип, в данном месте образуется р-n-переход, т. е. выпрямляющий контакт. Эмиттерные области транзисторов типа n-р-n в ИМС имеют концентрацию примесей обычно около 10^21 атом/см3, что значительно больше 5· 10^18
атом/см3, поэтому контакт к этой области будет невыпрямляющим. В месте контакта к коллекторной области, где концентрация примеси n-типа может быть ниже 5·10^18 атом/см3, необходимо создавать локальный участок с элек-
тропроводностью n+-типа. Операция вплавления должна выполняться при строгом соблюдении технологического режима, в противном случае могут появляться разрывы токоведущих дорожек из алюминия.
Для металлизации кристаллов полупроводниковых ИМС используют также магнетронное распыление металлов и сплавов и соединений кремния с металлами — силицидов алюминия, титана, тантала, платины, молибдена, вольфрама и др. Для этих целей широко используют и сильнолегированные
слои поликристаллического кремния.