Вход

Технология изготовления интегральных схем. Нанесение металлизации.

Курсовая работа по радиоэлектронике
Дата добавления: 18 августа 2004
Язык курсовой: Русский
Word, rtf, 1.1 Мб
Курсовую можно скачать бесплатно
Скачать



Министерство образования Российской Федерации

Томский политехнический университет




Кафедра ЭПЭО








Домашнее задание №3

Вариант №19

Технология изготовления интегральных схем.

Нанесение металлизации.









Выполнил студент

Проверил преподаватель









2004г


Современный уровень развития технологии изготовления интегральных схем потребовал затраты сотен тысяч человеколет. Из многих вариантов схемотехники и методов изготовления интегральных схем, существовавших с 60-х годов, сохранились только самые эффективные. Чтобы данная конкретная технология оказалась жизнеспособной, она должна обеспечивать не только качество продукции, но также изготовление именно такой аппаратуры и такого программного обеспечения, на которые есть спрос на рынке.

Четкого различия между производственными и схемотехническими решениями не существует. Поскольку и те и другие диктуются способами применения ИМС. По способу применения все схемы можно ориентировочно разделить на цифровые и нецифровые (аналоговые) ИМС. Выбор между биполярной и МОП- технологией можно сделать на основании таких критериев, как плотность упаковки, величина рассеиваемой мощности, скорость переключения, помехоустойчивость.

Например, схемотехническая реализация цифровых биполярных схем может быть одной из следующих: транзистор- транзисторная логика (Т2Л), логика с эмиттерными связями (ЭСЛ) и интегрально-инжекционная логика (И2Л). МОП-схемы могут быть реализованы в виде МОП- схем с каналом р-типа. МОП –схем с каналом п-типа (р-МОП и п-МОП) и комплементарных МОП –схем (КМОП). В настоящий момент каждая из этих реализаций биполярных и МОП- схем имеет вполне определенные достоинства и недостатки. Поэтому для каждого изделия можно подобрать наиболее подходящую технологию (или набор технологических приемов). Но – конкуренция изготовителей способствует совершенствованию технологии, поэтому оптимальная технология со временем меняется. Следовательно, при выборе технологии надо пользоваться последними данными.

Появляющиеся изменения в схемотехнике и производстве ИМС следует рассматривать скорее как вариант ранее существовавших способов, а не как появление существенно новых технологических методов. Похоже, что основа технологии ИМС к настоящему моменту установилась. Она включает в себя набор методов производства биполярных и МОП- схем и набор схемотехнических приемов.

Чтобы изготовить ИС, необходимо соединить друг с другом проводящими дорожками отдельные приборы, полученные с помощью планарной технологии. Эта процедура обычно называется созданием межсоединений или металлизацией. Металлизация- это один из основных технологических методов производства биполярных схем, которые преобладают с 60-х годов.

Самый простой и наиболее широко используемый метод создания межсоединений проиллюстрирован на рис.1.







Рис.1. Для присоединения к различным легированным областям полупроводникового прибора может использоваться тонкий слой алюминия.


Сначала с тех участков. Где должен быть получен контакт с кремнием, удаляется SiO2 .Затем на поверхность наносится слой металла. Для этого обычно используется испарение твердого источника путем бомбардировки электронным пучков в вакуумной камере или распыление (бомбардировка ионами) в камере низкого давления. Испаренные атомы металла попадают на пластины, где они конденсируются в виде однородной пленки. Затем металл, обычно алюминий или алюминиевый сплав (например алюминий с небольшими добавками кремния или меди), с помощью фотолитографии и травления удаляется, как это было описано выше, с тех участков, где его не должно быть. Алюминий обычно травится в растворах, содержащих фосфорную кислоту, или удаляется методом сухого травления.

По мере уменьшения размеров приборов требования к металлизации становятся все более жесткими. Самые обычные методы систематического уменьшения размеров элементов ИС (масштабирование) приводят к увеличению плотности тока в межсоединениях. Если размеры прибора на поверхности уменьшаются в К раз, масштабируемый ток должен уменьшится в то же число раз. Однако поперечное сечение межсоединений уменьшается в К2 раз, так что плотность тока, протекающего через межсоединения, увеличивается в К раз. Это увеличение приводит к росту падения напряжения в межсоединениях, так что меньшая доля приложенного внешнего напряжения будет эффективно действовать на прибор, входящий в ИС. Чтобы уменьшить этот эффект, важно уменьшать удельное сопротивление материала.

В случае МОП ИС, но иногда также и в биполярных схемах, один слой межсоединений может создаваться из поли кристаллического кремния, а для другого применяется алюминий. При использовании этих двух слоев соединений в сочетании с возможным созданием диффузионных соединительных дорожек на поверхности кремниевой пластины ток может переноситься в трех различных уровнях. В тех схемах, которые содержат много тысяч приборов, такая степень свободы является необходимой. В еще более сложных схемах может также использоваться и второй слой металла.

Однако удельное сопротивление поликристаллического кремния не может быть меньше 500 мкОм?см, так что вдоль длинных поликремниевых проводников могут возникать значительные падения напряжения. Быть может, еще более важным является то, что RC постоянные времени, связанные с сопротивлением длинного поликремниевого межсоединения и его емкостью по отношению к подложке, могут замедлить прохождение сигнала через ИС. Поэтому для создания межсоединений начинают использоваться другие материалы, обладающие более высокой проводимостью. Чем кремний. Используются силициды тугоплавких металлов, такие , как силицид вольфрама Wsi2

И силицид титана Tisi2 , а также сами тугоплавкие металлы.

В межсоединениях имеет место явление, влияющее на надежность ИС, которое называется электромиграцией. Это явление может привести через несколько сотен часов успешной работы схемы к ее отказу, выражающемуся в обрыве межсоединения.

Электромиграция представляет собой перемещение атомов проводящего материала в результате обмена количеством движения между подвижными носителями и атомной решеткой. В алюминии движущиеся электроны соударяются с атомами и толкают их по направлению к положительно смещенному электроду. В результате алюминий скапливается вблизи этого электрода и уходит из других частей проводника, в особенности из участков, расположенных около пересечения границ зерен в поликристаллической алюминиевой пленке. Этот перенос материала со временем приводит к образованию пустот в пленке и к обрыву межсоединения. Электромиграция происходит быстрее при более высоких плотностях токов и в местах с большими градиентами температур. Для алюминия электромиграция может стать причиной отказа при плотностях тока выше 105А\см2.

Электромиграцию можно уменьшить, если добавить в алюминий небольшое количество другого металла, например меди. При этом будет подавлено перемещение атомов алюминия вдоль границ зерен. Добавление 2-3% меди может увеличить токонесущую способность в течение длительных интервалов времени на два порядка величины без значительного увеличения удельного сопротивления пленки. Другой путь борьбы с электромиграцией может заключаться в использовании для металлизации тугоплавких металлов, таких, как вольфрам.

При выборе материала для межсоединений помимо удельного сопротивления и устойчивости к электромиграции надо принимать во внимание следующие требования: 1) способность образовывать омические контакты с кремнием как п так и р- типа, 2) стабильность контакта с кремнием после завершения изготовления схемы, 3) адгезию к кремнию и двуокиси кремния,4) возможность создания рисунка с помощью известных методов фотолитографии и травления (особенно сухого травления), 5) антикоррозионную устойчивость при взаимодействии с окружающей средой, 6) возможность приварки выводов при сборке в соответствующий корпус, 7) качество перекрытия ступенек, встречающихся на поверхности ИС, и 8) возможность нанесения на поверхность без ухудшения характеристик приборов. Уже имеющихся в ИС. Материала. Удовлетворяющего всем этим требованиям. Не существует, но алюминий и его сплавы удовлятворяют им в такой степени. Что широко используется 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.

После нанесения слоя металлизации и формирования соединений пластина помещается в низкотемпературную печь, и при температуре около 450 градусов С происходит термообработка, обеспечивающая хороший омический контакт металла с кремнием. Эта обработка позволяет также улучшить качество границы раздела Si=SiO2 . После окончания операций по формированию межсоединений изготовление пластины с ИС завершено.





































Используемая литература:


  1. Р. Малер, Т.Кейминс «Элементы интегральных схем» М. «МИР» 1989 г.


  1. У. Тилл, Дж. Лаксон «Интегральные схемы. Материалы, приборы, изготовление. М. «МИР» 1985 г.

© Рефератбанк, 2002 - 2017