42. Технология «Salicide»

Термин “Salicide” имеет отношение к технологии, применяемой в микроэлектронной промышленности для формирования электрических контактов между полупроводниковым устройством и структурой, поддержививающей межсоединения. Salicide-ный процесс включает в себя реакцию тонкой пленки метала с кремнием на активных участках устройства, которая в конце концов формирует металокремниевый контакт через серию отжигов и (или) травительных процессов. Термин “Salicide” обозначает сжатие фазы самосовмещения кремния. Тут, термин «самосовмещение» предполагает, что контактная область не требует процессов литографического нанесения рисунка, по сравнению, например, с несамосовмещенной технологией polycide. Термин “Salicide” так же используется, когда указывают на металлокремний, полученный в процессе формирования контакта, так, например, Ti-salicide, однако, это обозначение идет в разрез с принятыми международными правилами именования соединений в химии.

Формирование контакта.

Салицидный процесс начинается с депонирования пленки перехода слоя металла через полностью сформированные и шаблонные устройства (например, транзисторы). Нагретая подложка, позволяющая переходному металлу взаимодействовать с незащищенным кремнием на активных участках полупроводникового устройства (например, сток, исток, подложка), формируя металокремниевые переходы с низким сопротивлением. Переходный металл не реагирует с окислом кремния или нитридными изоляторами, присутствующими в подложке. В процессе реакции весь ненужный переходный металл удаляется химическим травлением, оставляя салицидные контакты только на активных поверхностях. Полностью интегрируемый процесс изготовления может быть более сложным, включающим дополнительные отжиги, поверхностные обработки и процессы травления.

Химия.

Типичные переходные металлы используемые в этой технологии - это титан, кобальт, никель, платину, и вольфрам. Ключевая проблема в разработке салицидного процесса – это контролирование специфической фазы (соединения), сформированного металлокремниевой реакцией. Кобальт, например, может взаимодействовать с кремнием, образуя Co₂Si, CoSi, CoSi₂ и другие соединения. Тем не менее, только Co₂Si имеет достаточно низкое сопротивление для формирования эффективного электрического контакта. Для некоторых соединении, желаемая низкоомная фаза с не является термодинамически стабильной, так, например, C49-TiSi₂ – метастабильное соединение.

Ответ на 29 и 42 вопросы

Ответ на 29 и 42 вопросы опубликован. Тут и в моих документах:

29) http://docs.google.com/Doc?id=dw3jmn2_299dj7w4bdh
42) http://docs.google.com/Doc?id=dw3jmn2_300cdt3b5f4

29. Технологическая последовательность процесса фотолитографии с позитивным фоторезистом

Нанесение слоя резиста. Наиболее распространенным методом нанесения фоторезиста на подложки является центрифугирование: при включении центрифуги жидкий фоторезист растекается под действием центробежных сил. При центрифугировании на краю подложки всегда возникает утолщение - "валик", ширина и высота которого зависят от вязкости резиста, скорости вращения центрифуги и формы подложки. В слое, нанесенном на центрифуге, всегда есть внутренние напряжения, плотность дефектов довольно высока, в частности, из-за того, что пыль из окружающей среды засасывается в центр вращающегося диска.

Первая сушка при температурах 80 - 90 С заканчивает формирование слоя фоторезиста. При удалении растворителя объем полимера уменьшается, слой стремится сжаться, но жестко скрепленная с ним подложка препятствует этому. Величина и характер возникающих напряжений определяются свойствами фоторезиста и режимами сушки, в частности, приближением к температурному интервалу пластичности полимера. Обычно используют ИК сушку.

Экспонирование (совмещение) и проявление неразрывно связаны между собой. В силу этого для выбора режимов, обеспечивающих точную передачу размеров, необходимо одновременно изменять время проявления и время экспонирования. На практике, однако, часто пользуются методом подбора оптимального значения одного параметра при фиксации другого.

Для любого типа резистов снимают зависимости точности передачи размеров изображения от времени проявления при фиксированном времени экспонирования и от времени экспонирования при фиксированном времени проявления. В результате находят оптимальные времена, соответствующие точной передаче размеров.

Проявление. Для проявления позитивных резистов используют водные щелочные растворы: 0,3 - 0,5%-ный раствор едкого кали, 1 - 2%-ный раствор тринатрийфосфата, органические щелочи - этаноламины. При проявлении очень важно контролировать температуру и величину pH проявителя.

При изменении величины pH всего лишь на десятую долю размер элемента меняется примерно на 10 % от номинала. Для проявления негативных фоторезистов используются органические растворители.

Сушка проявленного слоя проводится при температурах 140 - 180 С. От характера изменения температуры во время сушки зависит точность передачи размеров изображений. Резкий нагрев вызывает оплывание краев, поэтому для точной передачи малых (1 - 2 мкм) размеров следует применять плавное или ступенчатое повышение температуры. Примерный режим сушки позитивного резиста ФП-383: 10 - 15 минут при комнатной температуре, 20 - 25 минут в термостате при 120 С, затем переключение термостата и нагревание до 150 - 160 С.

Травление чистой и легированной двуокиси кремния, а также примесносиликатных стекол с защитой рельефом из резиста осуществляется в буферных травителях, состоящих из 1 - 2 частей плавиковой кислоты и 8 - 9 частей 40%-ного водного раствора фтористого аммония. Окисел, легированный бором, травится почти с той же скоростью, что и нелегированный, и только у самой границы с кремнием скорость возрастает. Наоборот, легированные фосфором окислы травятся сначала гораздо быстрее, затем скорость травления уменьшается. Соответственно будут отличаться профили на границе вытравленных в окисле рельефов. Эти соображения носят общий характер, а конкретный процесс травления зависит от степени легирования окисла примесями. Богатые бором и фосфором примесносиликатные стекла травятся очень быстро. Скорость травления фосфоросиликатных стекол достигает 30 нм/с, что в 25 - 40 раз выше скорости травления чистого окисла.

Удаление с подложки фоторезиста завершает фотолитографический процесс, для чего используются в основном химические и термические способы. В последнее время применяется обработка в ВЧ плазме кислорода.

Новый хостинг

Наконец-то я нашел бесплатный хостинг, куда все это хозяйство можно слить!
Все ценим: maksimov.freehostia.com!
Заранее извиняюсь за то, что не все имена файлов там нормально прописаны. Ресурс то буржуйский, поэтому некоторые наши буквы не понимал. Пришлось меры принять ;)

В ближайшее время (сегодня вечером или ночью скорее всего) я выложу туда лекции по ЦИС, и Парменову. В общем, хватит фигней заниматься! Учиться пора! НГ кончился ;)

Дополнительная информация

Ну вот и закончились наши каникулы... Завтра уже первая консультация. У меня началась вторая вышка. В связи с этим, новые материалы будут выкладываться ДО обеда, если я смогу найти в полном объеме последние.

P.S. Госпожой Umka мне были заботливо переданы лекции по Парменову (за 2004г. правда), но тем не менее. В связи с тем, что Google не адекватно работает с формулами из методичек Старосельского, возникает вопрос - ГДЕ РАЗМЕЩАТЬ ИНФОРМАЦИЮ?

Если есть идеи, пишите!

37. Многослойная разводка

В современных интегральных схемах (СБИС и УБИС) необходима многоуровневая металлизация. При изготовлении систем с многоуровневой металлизацией между слоями металла наносится пленка
диэлектрика.

К многослойным системам предъявляются дополнительные требования. Осаждаемый диэлектрик (обычно SiO₂) должен обладать хорошей адгезией к напыленной перед ним металлической пленке, силициду металла и поликристаллическому кремнию. Нанесенная пленка диэлектрика должна полностью покрывать пленку и образовавшиеся после фотолитографии ступеньки. Контакт между первым и вторым слоями металла или других материалов должен быть низкоомным.

При использовании многослойной разводки в интегральных схемах нельзя применять в качестве проводящего слоя только алюминий, так как за счет взаимодействия с диэлектрическими слоями, между которыми он наносится, проводимость пленки будет со временем уменьшаться, могут появиться отдельные непроводящие участки или разрывы в металлизации. Вследствие этого при многослойной разводке используется обычно и многослойная металлизация. В качестве первого слоя, как указывалось ранее, могут быть выбраны платина, титан, молибден и их силициды. Задача этого слоя - обеспечить омический контакт к Si, хорошую адгезию к кремнию и окислу. Второй слой - проводящий - создается напылением золота, алюминия, серебра. Для изоляции от нанесенных поверх металла диэлектрических слоев наносится третий слой - изолирующий. В качестве металла третьего слоя могут использоваться платина, хром, титан, тантал, молибден или ванадий.

Многослойная металлизация применяется также для схем, имеющих поверхность с сильно выраженным рельефом, так как алюминиевые пленки на неровностях поверхности могут иметь обрывы из-за электродиффузии и возникающих в пленках напряжений.

36. Использование силицидов металлов

С увеличением степени интеграции и уменьшением размеров элементов интегральных схем стало невозможным решить с помощью только металлических пленок проблемы создания контактов и межсоединений к сверхтонким структурам (эмиттерные и базовые контакты в биполярных транзисторах, контакты и выводы в МДП-транзисторах). Широко используются сейчас, наряду с алюминием и тугоплавкими металлами (Mo, W), силициды тугоплавких металлов TiSi₂, TaSi₂, WSi₂, MoSi₂, а также их сочетания с легированным поликристаллическим кремнием. Особенно привлекателен TiSi₂, обладающий наименьшим удельным сопротивлением.

Силициды металлов могут быть получены либо при осаждении металла на кремний с последующим отжигом, либо при одновременном распылении (сораспылении) кремния и тугоплавкого металла, например с использованием магнетронного распыления.

При напылении металла и последующем его вжигании в кремний образующиеся силициды могут иметь три модификации: Me₂Si с температурой образования примерно 200 С, MeSi (моносилицид) с температурой образования 400 - 500 С и MeSi₂ (дисилицид) с наибольшей
(более 600 С) температурой образования. Не все силициды металлов имеют все три модификации, так, Pd, Pt образуют два первых соединения, а Ti и Ta только два последних. Две первые модификации силицидов металлов растут по параболическому закону: квадрат толщины пленки x² пропорционален времени вжигания t. В этом случае атомы металла диффундируют в кремний по междоузлиям, что приводит к ослаблению ковалентной связи в полупроводнике в случае большой концентрации металлических атомов. Ослабление ковалентных связей можно рассматривать как переход к связям, подобным металлическим. Одновременно идет и диффузия кремния в металл, но она гораздо слабее. При малой растворимости тугоплавких металлов в кремнии для образования растворов замещения необходимо создать большую концентрацию вакансий в кремнии. Поскольку энергия образования вакансии достаточно велика, то при низких температурах (менее 400 - 500 С) это маловероятно.

При более высокой температуре (выше 600 С) отрыв атома кремния может происходить на его поверхности на границе с металлом в энергетически слабых точках, например на ступеньках, за счет увеличения энергии атомов под влиянием тепловых колебаний. Рост силицида ограничивается поступлением атомов кремния, скоростью разрыва связей Si - Si, т.е. реакцией с металлом на границе раздела. Поэтому рост силицида идет по линейному закону: x пропорциональна t, и в диффузионном потоке преобладают атомы кремния.

Рост силицидов на поликристаллическом кремнии происходит аналогично росту на монокристалле.

В присутствии кислорода или паров воды скорость роста силицида уменьшается. Многие тугоплавкие металлы образуют как силициды, так и окислы (Ti, Ta, V). При нанесении металла на окисел кремния они образуют сильные адгезионные связи, взаимодействуя с окислом кремния улучшают адгезию Me - SiO₂. При высокой температуре в результате этого взаимодействия образуется силицид металла, температура его образования на 100 - 200 С выше, чем для реакции с кремнием. Причем на окисле кремния растут силициды, обогащенные металлом (например Ti₅ Si₃, а не TiSi₂).

Силициды, полученные сораспылением, имеют более регулярный состав, однако их удельное сопротивление может быть выше, чем у полученных вжиганием в кремний. Возможно, это связано с большим размером кристаллитов у последнего и, следовательно, с большей подвижностью носителей заряда.

Применение силицидов металлов в качестве материалов омических контактов к тонким (менее 0,1 мкм) слоям кремния - одно из важных направлений современной технологии ИМС. Особенно перспективно использование для этих целей TiSi₂. Помимо наименьшего удельного сопротивления силицид титана при взаимодействии с кислородом и окислом кремния образует окисел титана TiO₂, который является полупроводником с шириной запрещенной зоны около 2 эВ. Таким образом, окисел титана не препятствует протеканию тока в контакте и незначительно увеличивает его сопротивление.