6.Требования, предъявляемые к материалу

При выборе материала для межсоединений помимо удельного сопротивления и устойчивости к электромиграции надо принимать во внимание следующие требования: способность образовывать омические контакты с кремнием как n- так и р-типа; стабильность контакта с кремнием после завершения изготовления схемы; адгезию к кремнию и двуокиси кремния; возможность создания рисунка с помощью известных методов фотолитографии и травления (особенно сухого травления); антикоррозионную устойчивость при взаимодействии с окружающей средой; возможность приварки выводов при сборке в соответствующий корпус; качество перекрытия ступенек, встречающихся на поверхности ИС; возможность нанесения на поверхность без ухудшения характеристик приборов, уже имеющихся в ИС.

Материала, удовлетворяющего всем этим требованиям, не существует, но алюминий и его сплавы удовлетворяют им в такой степени, что широко используются в производстве. Однако по мере ужесточения требований к межсоединениям ограничения алюминия (особенно связанные с электромиграцией) становятся все более очевидными и в связи с этим продолжается поиск других материалов, его заменяющих.

Основными требованиями к материалу для затворов и меж­компонентных соединений являются величина удельного сопро­тивления пленки, стабильность на последующих стадиях процесса и надежность. В качестве материала для элек­тродов затвора полевых МОП-приборов предложены и исполь­зуются такие тугоплавкие металлы, как W и Мо и силициды TiSi₂, WSi₂, MoSi₂ и TaSi₂, а также их сочетания с легированным поликристаллическим кремнием. Упомянутые силици­ды стабильны в контакте с поликристаллическим кремнием. Присутствие поликристаллического крем­ния помогает стабилизировать структуры силицидов в окисли­тельных средах. Что касается металлов (особенно W и Мо), то при осаждении непосредственно на окисел затвора они являются нестабильными в окислительных средах.

Требование к высокой проводимости материалов затвора и межкомпонентных соединений связано с тем, что уменьшение времени задержки RС-цепочки является одним из основных ус­ловий нормальной работы СБИС или быстродействующих схем.

Для максимальной удовлетворительной величи­ны времени задержки проводник может быть более чем на по­рядок величины длиннее при использовании силицида вместо поликристаллического кремния. Естественно, можно соединить короткие проводники из поликристаллического кремния допол­нительным слоем металла, но повышение сложности и стоимо­сти процесса металлизации делает его менее привлекательным по сравнению с использованием проводящего слоя одного уровня.

Силициды могут быть получены несколькими способами. Од­ним из способов является отжиг пленки металла, нанесенной на поликристаллический кремний. Пленки силицидов могут быть сформированы совместным осаждением на окисле или поликристаллическом кремнии

1) методом распыления или испаре­ния одновременно из двух источников металла и кремния; 2) распылением из одного источника, такого, как составная или спеченная мишень; 3) химическим осаждением силицида из ПГС с термической или плазменной обработкой. Наиболее ши­роко используемым методом являются магнетронное распыление и электронно-лучевое испарение. Совместное осаждение в обоих процессах позволяет управлять отношением атомов металла к атомам кремния в осаждаемом слое. Бла­годаря стабильности источников совместное осаждение может быть выполнено путем содержания источников в определенных условиях рассеяния энергии. Электронно-лучевое испарение мо­жет быть проведено аналогичным образом с использованием двух независимых источников. Однако в промышленных мас­штабах совместное испарение используется реже, чем совмест­ное распыление, вследствие большей трудности поддержания необходимого соотношения компонентов соединения.

Рассмотрим подробнее свойства силицидов.

Минимальным удельным сопротивлением обладает TiSi₂, полученный отжигом металлического слоя, нанесенного на слой поликристаллического крем­ния. Эта величина удельного сопротивления в 1,5—2 раза ни­же удельного сопротивления слоя TiSi₂, сформированного мето­дом совместного распыления. Применение таких пленок со­здает трудности при проведении операции фотолитографии и мо­жет даже нарушить работу установок автоматического совме­щения.

Применение Pd₂Si ограничено температурой до 700°С, PtSi — до 800 °С, NiSi₂— до 900 °С. Другие из используемых силицидов стабильны до температуры 1000 °С. Существенную роль играет также стабильность в окислительной среде.

Важным параметром является напряжение в пленках силицидов на кремниевой пластине вследствие его значительной величины. Измере­ния температурных зависимостей напряжений показали, что растягивающие напряжения в пленках TaSi₂ уменьшаются с увеличением температуры.

Если бы величина напряжений (при комнатной температуре) пленки TaSi₂ толщиной 250 нм, полученной совместным распылением, для различных стадий изготовления МОП - приборов, была заметно выше 2*10⁵ Н/см², это привело бы к ненадежной адгезии и огра­ничению полезной толщины пленки. Отсюда следует необходимость совместимости слоя силицида с последующими стадиями процесса. Силицид может подвергаться воздействию таких химических соединений, как растворы NH₄F/HF. Таким образом, преимуществом TiSi₂ является низкая величина удельного сопротивления, а недостат­ком — чувствительность к воздействию растворов HF.