Материалы для межсоединений

После того как на кремниевой подложке изготовлены от-
дельные схемные элементы, их необходимо соединить для того,
чтобы создать интегральную микросхему. Это достигается про-
цессом металлизации, при котором сначала на подложку осаж-
дается металлическая пленка (толщиной 0,5 - 2 мкм), а за
тем в ней вытравливается такой рисунок, чтобы соединить соот-
ветствующие транзисторы, диоды, конденсаторы и резисторы.

Как правило, для металлизации используются алюминий или
алюминиевые сплавы, так как они удовлетворяют большинству
требований, предъявляемых к металлизирующим материалам
(хорошая адгезия, низкое сопротивление и невысокая стоимость).

В таблице 2.3 приведены параметры большинства металлов, используемых в виде пленок для металлизации.

Недостатки алюминиевой металлизации проявляются при
уменьшении размеров элементов интегральных микросхем.
Уменьшение размеров и повышение быстродействия приборов
требует создания неглубоких p-n переходов. Из-за взаимной диффузии кремния и алюминия такие p-n переходы не могут выдерживать высокотемпературную обработку (>500°С), которая проводится после металлизации. Электромиграция, вызываемая передачей импульсов электронов атомам металла, представляет собой другую проблему, связанную с применением алюминиевой металлизации. Вследствие этого явления пустоты и скопления атомов, образовавшиеся вдоль длины проводника, приводят фактически к потере непрерывности вещества и выходу из строя схемы. В случае высокой плотности тока (>1×10⁵ А/см²) необходимо использовать другие металлы (например, золото), которые не имеют склонности к электромиграции. При уменьшении размеров структуры высокая плотность тока становится уже правилом, а не исключением.

Таблица 2.3 Свойства металлов, используемых как тонкие пленки

Таблица 2.4 Тонкопленочные материалы, используемые в микроэлектронике

(классифицированные по области применения )

Хотя и кажется, что золото для металлизации должно быть хорошим материалом из-за его высокой проводимости, низкой степени коррозии и повышенной сопротивляемости к явлению электромиграции, его широко использовать нельзя. Причиной этого является то, что золото имеет плохую адгезию к двуокиси кремния, и его применение приводит к температурным ограничениям (380°С) для последующих технологических процессов, так как золото образует с кремнием эвтектический сплав. Однако оно используется при металлизации в сочетании с другими металлическими пленками, служащими для улучшения адгезии.

В настоящее время в качестве материалов для межсоединений используются силициды тугоплавких металлов, так как они могут иметь высокую проводимость, а также выдерживают действие повышенной температуры и химических реактивов в процессе технологической обработки. Силициды тантала, молибдена и вольфрама в настоящее время хорошо себя зарекомендовали несмотря на то, что они при комнатной температуре имеют сопротивление в 10 – 30 раз больше, чем алюминий.

Защита интегральных микросхем от коррозии и механических воздействий достигается за счет окончательного «пассивирующего» покрытия подложки. Материалы для пассивации и других процессов приводятся в таблице 2.4.