close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY2823

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 2823
(13)
C1
(51)
(12)
6
H 01L 21/324
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
СПОСОБ СОЗДАНИЯ МЕТАЛЛИЗАЦИИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ
ПРИБОРОВ И ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ
(21) Номер заявки: 970655
(22) 1997.11.27
(46) 1999.06.30
(71) Заявитель: Научно-исследовательское
конструкторско-технологическое
предприятие "Белмикросистемы" (BY)
(72) Авторы: Пономарь В.Н., Пилипенко В.А., Чигирь
Г.Г., Емельянов В.А. (BY)
(73) Патентообладатель: Научно-исследовательское
конструкторско-технологическое
предприятие
"Белмикросистемы" (BY)
BY 2823 C1
(57)
Способ создания металлизации полупроводниковых приборов и интегральных схем, включающий нанесение
проводящего слоя алюминия с примесями других элементов на кремниевую подложку, термообработку в течение
5-25 с путем облучения подложки немонохроматическим некогерентным излучением с ее нагревом до 520-560 °С и
последующего охлаждения до комнатной температуры, формирование в проводящем слое рисунка межсоединений, отличающийся тем, что облучение осуществляют со стороны подложки, противоположной расположению
металлизации, при плотности мощности излучения 0,34×10-2Вт/м2 с длительностью импульса 1,3-1,6 с с обеспечением скорости нарастания температуры нагрева подложки 310-400 °С/с.
BY 2823 C1
(56)
1. Zaborovski M., Barcz A. Modification of Al-based metallization for improved surbace morfology, Material of
Conference «Materials for Advanced Metallization» France, March, 1997. -Р. 134-135.
2. Патент США 4566177, МПК H01L 21/324, H01L 21/477, 1986, (прототип).
Изобретение относится к технологии производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем (ИМС), в частности, к технологическому процессу создания металлизации, и может быть использовано
при формировании межсоединений и контактов на полупроводниковом материале.
Известен способ создания металлизации полупроводниковых приборов и ИМС, в котором формируется
алюминиевая металлизация с внутренним барьерным слоем вольфрама (А1 1 мкм - W 0.01 мкм - А1 0.1 мкм)
[1]. Наличие барьерного слоя из тугоплавкого металла стабилизирует структуру и в значительной степени
снижает эффективность процесса образования бугров. Однако данный способ требует применения сложного
специализированного оборудования, что значительно усложняет способ и увеличивает стоимость изделий.
Кроме того, данный способ позволяет лишь частично снять проблему образования бугров в системе металлизации. При этом дополнительно возникает проблема создания контактов малых размеров к такой металлизации и в большинстве случаев не позволяет повысить процент выхода годных полупроводниковых приборов и ИМС.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ создания металлизации полупроводниковых приборов и интегральных схем, включающий нанесение проводящего слоя алюминия с примесями других элементов на кремниевую подложку, термообработку путем облучения подложки немонохроматическим некогерентным излучением и нагревом подложки до температуры 520-560 °С с последующим
охлаждением со временем цикла 5-25 с до комнатной температуры и формирование в проводящем слое рисунка
межсоединений [2].
В этом способе при термообработке системы металлизации в структуре алюминия происходят существенные изменения: формируются цепочки кристаллитов с ориентацией (111). Металлизация с такой структурой является значительно более устойчивой к последующим температурным и электрическим воздействиям.
Так, стойкость к электромиграции при температуре 300 °С возрастает до 5 раз.
Однако данный способ не исключает образование бугров на поверхности металлизации. На операциях фотолитографии температура пластин может достигать 200 °С (задубливание фоторезиста, плазмохимическое травление
алюминия и фоторезиста). Из-за длительности этих операций, разнообразия контактирующих с поверхностью
алюминия реактивов и различным исходным состоянием структуры металлизации после ее осаждения в процессе
фотолитографии происходит существенное изменение структуры металлизации и образование бугров высотой до
0.5-1.0 мкм.
В основу изобретения положена задача повышения процента выхода годных полупроводниковых приборов и интегральных микросхем за счет уменьшения высоты бугров на поверхности алюминиевой металлизации благодаря проведению термообработки в предлагаемых режимах перед формированием рисунка межсоединений, т.е. до проведения операций фотолитографии.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе создания металлизации полупроводниковых
приборов и интегральных схем, включающем нанесение проводящего слоя алюминия с примесями других
элементов на кремниевую подложку, термообработку в течение 5-25 с путем облучения подложки немонохроматическим некогерентным излучением с ее нагревом до 520-560 °С и последующего охлаждения до комнатной температуры, формирование в проводящем слое рисунка межсоединений, облучение осуществляют со стороны подложки, противоположной расположению металлизации при плотности мощности излучения 0.34 х 10-2
Вт/м2 с длительностью импульса 1.3-1.6 с с обеспечением скорости нарастания температуры нагрева подложки
310-400 °С/с.
Проведение термообработки перед формированием рисунка межсоединений, т.е. до проведения операций
фотолитографии позволяет:
изменить структуру алюминиевой металлизации так, чтобы она стала стабильной и не изменялась при
проведении последующих операций, например, фотолитографии. Стабилизация структуры металлизации
достигается режимом термообработки. При этом в процессе самой термообработки металлизации и последующих операциях фотолитографии образование бугров практически отсутствует, а качество фотолитографии не ухудшается: в местах где производится удаление металлизации продукты травления (кремниевая
крошка) отсутствуют;
произвести вжигание металлизации, т.е. сформировать хороший омический контакт алюминия к активным областям в кремниевой подложке.
Традиционно формирование рисунка металлизации проводится до термообработки (вжигания) металлизации. Это вызвано тем, что в процессе длительной (10-30 мин) термообработки алюминиевой металлизации
при температурах 380-510 °С происходит перераспределение легирующих компонентов в алюминии (кремния и других), выделение и вжигание их на поверхности диэлектриков, что приводит к браку по внешнему
2
BY 2823 C1
виду из-за невозможности их удаления при фотолитографии. При использовании импульсных термообработок с длительностью цикла не более 25 с и высокой скорости нарастания температуры 310-400 °С/с, образование неудалимых остатков металлизации на поверхности диэлектриков не наблюдается. Это обусловлено
своеобразной закалкой металлизации: она быстро (время менее 2 с) нагревается до высоких температур, а
затем охлаждается естественным путём до комнатной температуры. В процессе такой термообработки в
плёнке алюминия происходит процесс собирательной рекристализации, обеспечивающей равномерный рост
зёрен, спрямление межзёренных границ, а угол между ними в тройных точках приближается к 120°, т.е.
структура становится более равновесной и стабильной. Характерной чертой морфологии поверхности плёнок алюминия после таких термообработок является практически отсутствие бугров и плёнки остаются стабильными по структуре при проведении последующих операций фотолитографии:
высота бугров на плёнках алюминия, измеренная на растровом электронном микроскопе после термообработки в предлагаемых режимах, проведения операций плазмохимического травления алюминия и удаление фоторезистора не превышает 0,10-0,15 мкм;
высота бугров на плёнках алюминия сформированных по способу прототипу составляет 0,35-0,45 мкм,
что в 3,5 раза больше, чем в предлагаемом способе.
В процессе термообработки металлизации облучению подвергают нерабочую сторону подложки (противоположную металлизации), т.е. однородный кремний. Поэтому излучение поглощается всей поверхностью
подложки и происходит равномерный прогрев всего объёма подложки, включая границы раздела алюминия
с кремнием и диэлектриками. В случае облучения подложки со стороны металлизации наблюдается большая
неоднородность процесса нагрева пластины из-за разброса коэффициента отражения по ее площади, обусловленного влиянием топологического рисунка низлежащих слоев.
Термообработку осуществляют при плотности мощности излучения 0.34 х 10-2 Вт/м2, которая обеспечивает скорость нагрева кремниевой подложки в диапазоне 310-400 °С/с в зависимости от особенностей подложки: состояния поверхности (шероховатость), концентрация легирующих примесей в поверхностном слое
подложки, разброс толщины подложек.
Длительность импульса 1.3-1.6 с обеспечивает нагревание подложки до температуры 520-560 °С. При длительности импульса менее 1.3 с температура подложки не достигает 520 °С. При длительности импульса более 1.6 с
подложка нагревается до температуры превышающую 560 °С.
При скорости нарастания температуры более 400 °С/с из-за разницы в 10 раз коэффициентов теплового
расширения кремния и алюминия в металлизации возникают сильные механические напряжения, приводящие к снижению качества проведения операций фотолитографии (растравы на рельефе, неровность края дорожек).
При скорости нарастания температуры менее 310 °С/с наблюдаемый эффект стабилизации структуры
плёнок алюминиевой металлизации недостаточен и при проведении последующих операций фотолитографии наблюдается рост бугров более 0.2 мкм.
Изложенная сущность поясняется фотографией (фиг.), где приведена поверхность алюминиевой металлизации, полученной по предлагаемому способу. Фотография изготовлена с помощью растрового электронного микроскопа S806 ф. Hitachi (наблюдение под углом 45° к поверхности образца и увеличении 25 тыс. крат).
Пример конкретного выполнения: заявленный способ создания металлизации полупроводниковых
приборов и интегральных схем, включающий нанесение проводящего слоя алюминия с примесями других
элементов на кремниевую подложку, термообработку в течение 5-25 с путем облучения подложки немонохроматическим некогерентным излучением со стороны подложки, противоположной расположению металлизации при
плотности мощности излучения 0.34х10-2 Вт/м2 с длительностью импульса 1.3-1.6 с с обеспечением скорости нарастания температуры нагрева подложки 310-400 °С/с с ее нагревом до 520-560 °С, последующего охлаждения до комнатной температуры и формирование в проводящем слое рисунка межсоединений проиллюстрируем на примере изготовления серийно-выпускаемых ИМС КР588 ВА-4 с двухуровневой металлизацией.
Первый уровень металлизации (А1 с примесью 1 % Si, толщина 0,65 мкм) формируется на кремниевой подложке КЭФ-4,5 (ЕТ0.035.206 ТУ) со сформированными активными областями по КМОП-технологии. При
этом нечётные пластины формировались по предлагаемому способу (после нанесения металлизации производилась термообработка облучением обратной стороны подложек излучением галогенных ламп КГ-1000 при плотности мощности 0.34*10-2 Вт/м2, длительности импульса 1,3-1.6 с и скорости нарастания температуры 310-400 °С, а затем проводились операции фотолитографии (формирование рисунка межсоединений). На чётных пластинах металлизация 1-го уровня формировалась по способу-прототипу. Затем осаждался межслойный диэлектрик (ФСС толщиной 0,7 мкм) и
формировался магнетронным распылением 2-ой уровень металлизации толщиной 1,1 мкм (А1 с примесью 1
% Si и 0.5 % Cu). При этом на нечётных и четных пластинах 2-ой уровень металлизации формировался соответственно по предлагаемому способу и способу-прототипу.
Сравнительные параметры приведены в таблице, где указаны:
номер процесса по порядку (N);
скорость нарастания температуры подложки при термообработке (Vтемп. );
3
BY 2823 C1
длительность импульса (t);
процент брака ИМС по коротким замыканиям (КЗ) между шинами первого уровня металлизации (КЗ Al1
-Al1);
процент брака ИМС по КЗ между шинами второго уровня металлизации (КЗ Аl2-Аl2);
процент брака ИМС по КЗ между шинами первого и второго уровня металлизации (КЗ Аl1-Аl2);
процент выхода годных ИМС (% ИМС).
Представленные результаты получены по измерениям тестовых структур, расположенных на дорожках
скрайбирования вокруг кристаллов ИМС, выполненных по проектным нормам ИМС и прошедших такие же
технологические операции, что и товарные кристаллы. Использовались следующие тестовые структуры: для
контроля короткого замыкания между шинами Al1-Al1 (две протяженные гребенки в слое Al1, вставленные
друг в друга с зазором 2.5 мкм); для контроля короткого замыкания между шинами Аl2 -Аl2 (аналогична
предыдущей тестовой структуре); для контроля короткого замыкания между шинами Al1-Аl2 (две протяженные дорожки Al1 и Аl2, разделенные межслойным диэлектриком и пересекающие друг-друга). Каждая
тестовая структура имеет две контактные площадки, соответственно, для контакта к 1-ой и 2-ой шине. Разбраковка (определение процента брака) тестовых структур производилась на автоматизированном тестере
«АИК ТЕСТ-2». При этом между контактными площадками тестовой структуры прилагалось напряжение 1
В и контролировалась величина тока утечки: при величине тока более 0.1 мкА тестовая структура считалась
бракованной.
N п/п
1.
2.
3.
4.
Vтемп., °С/сек
310
355
400
Прототип
t, сек
1.6
1.4
1.3
КЗ Al1-Al1, % КЗ Al2-Al2, %
2.1
3.0
1.8
2.3
обрывы шин
2.4
3.5
КЗ Al1-Al2, %
7.9
4.8
3.5
9.0
% ИМС
52.7
56.5
51.5
50.4
Данные, приведенные в таблице, показывают, что ИМС, изготовленные по предлагаемому способу, имеют более высокий процент выхода годных за счёт уменьшения процента брака по закороткам Al1-Al2, Al1Al1, Al2-Al2. Измерение высоты бугров металлизации на растровом электронном микроскопе S806 ф. Hitachi
(наблюдение под углом 45 к поверхности образца и увеличении 25 тыс. крат) показывает, что на пластинах,
изготовленных по предлагаемому способу, она составляет 0,1-0,15 мкм (фиг. 1), по способу-прототипу до 0,4
мкм.
Таким образом, заявленный способ создания металлизации полупроводниковых проборов и ИС в сравнении со способом прототипа позволяет увеличить процент выхода годных в среднем на 3 % за счёт уменьшения высоты бугров в 3 раза, т.е. решить поставленную задачу.
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
167 Кб
Теги
патент, by2823
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа