Материал контактно-барьерного подслоя для межэлементных соединений

 

Изобретение относится к микроэлектронике и предназначено для изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем. Использование изобретения повышает качество межэлементных соединений за счет уменьшения величины нарушенного слоя подложки. Материал контактно - барьерного подслоя для межэлементных соединений интегральных схем включает кремний и алюминий при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: кремний 26 - 50; алюминий - остальное. Материал позволяет уменьшить механические напряжения и интенсивность диффузионных процессов в приповерхностном слое кремния. 1 табл.

Известен материал контактно-барьерного подслоя для межэлементных соединений ИС. Материал представляет собой сильно легированный кремний n⁺-типа. Наиболее близким по составу является электродный материал для контакта в полупроводниковом приборе. Материал состоит из: Si 23-30% Ni 0,006-0,02% P 0,0007-0,002% Na 0,05-1% Al остальное. Использование материала контактно-барьерного подслоя известного состава для межэлементных соединений ИС приводит к нарушению приповерхностного слоя подложки, ухудшению качества межэлементных соединений. Целью изобретения является повышение качества межэлементных соединений за счет уменьшения величины нарушенного слоя подложки. Сущность изобретения заключается в том, что материал содержит кремний и алюминий при следующем соотношении ингредиентов, мас. Кремний 26-50 Алюминий Остальное Уменьшение содержания кремния в подслое до ниже 26 мас. приводит к усилению взаимодействия между кремниевой пластиной и алюминием в области контактных окон, увеличению величины нарушенного приповерхностного слоя подложки, деградации контактов, снижению эффективности подслоя и качества межэлементных соединений. Увеличение содержания кремния в подслое до более 50 мас. приводит к возрастанию внутренних напряжений, связанных с изменениями знака собственных внутренних напряжений в подслое, за счет образования кристаллических включений и увеличению величины нарушенного приповерхностного слоя подложки. Увеличение содержания кремния в подслое до более 50 мас. увеличивает критичность технологического процесса формирования межэлементных соединений, например затрудняет процесс антикоррозионной обработки во фторсодержащей плазме из-за подтрава барьерного подслоя. Кроме того, из-за выпадения кремниевых включений повышается величина контактного сопротивления. При этом наблюдается деградация контактов и межэлементных соединений в целом, что свидетельствует об ухудшении качества разводки. П р и м е р. Материал подслоя межэлементных соединений интегральных схем формировали на установке вакуумного напыления Магна-2М в режимах, обеспечивающих нанесение подслоя толщиной 25,0-75,0 нм. Концентрация кремния в подслое изменялась от 20 до 55 мас. Подслой использовали для формирования межэлементных соединений из слоя чистого алюминия, наносимого в едином технологическом цикле с подслоем. Суммарная толщина подслоя алюминия составляла 0,65 мкм. Формирование микрорисунка осуществляли на установке в хлорсодержащей плазмообразующей смеси четыреххлористого кремния, треххлористого бора и молекулярного хлора при рабочем давлении 17 Па и плотности мощности на обрабатываемой поверхности 0,5 Вт/см². Антикоррозионную обработку проводили в плазме четырехфтористого углерода с кислородом при рабочем давлении 50 Па и плотности мощности на обрабатываемой поверхности 0,3 Вт/см². Величину остаточных механических напряжений в подслое определяли по стандартной методике по данным рентгенодифракционного анализа на дифрактометре Дрон-2 по угловому смещению дифракционного пика. Величину нарушенного приповерхностного слоя подложки определяли по методике, представленной в работе (Kodin V.G. Kovolehuk M.V. Imamov R.M. Losanovich E.E. The method of integral characteristics in X-ray difraction stadies of structure of the Surface lagers of single crystals. Phys. Stat. Sol. (a) 1981, v.64, p.442-465). Содержание кремния измеряли методом масс-спектрометрии на масс-спектрометре МН-1305 по методике (Бузанев Е.В. и др. Исследования слоев в структурах поликремний -n-Si методом МСВИ. Вторичная ионная и ионно-фотонная эмиссия. Харьков, 1983, с.205-207). Качество контактно-барьерного подслоя оценивали по величине контактного сопротивления Al-n⁺Si при размерах контактного слоя 1,6 х 1,6 мкм (по типу креста Ван-дер-Лау), а также по наличию утечек на подложку (Al-n⁺-подложка) на контактной цепочке из 10000 контактов размером 1,2 х 1,6 мкм. Дополнительно согласно ОСТ 1120.9903-86 контролировали термостабильность контакта под воздействием ускоряющих временных и температурных факторов. Проверку проводили на тестовой матрице СКФН-37 (Дань-23), для чего по маршруту провели 11 партий по 50 пластин в каждой. Испытания проводили по ускоренной методике при температуре 200^оС в течение 2000 ч (без токовой нагрузки) с последующей оценкой изменения контактного сопротивления тестовых структур. Данные сведены в таблицу. Из таблицы видна нецелесообразность использования материала подслоев, выполненных с содержанием кремния, выходящим за пределы, указанные в изобретении, из-за ухудшения качества материала контактно-барьерного подслоя, увеличения механических напряжений и увеличения интенсивности диффузионных процессов. Данный материал подслоя общедоступен, что позволяет реализовать металлизацию с его использованием при помощи отечественного серийно выпускаемого спецтехнологического оборудования при хорошем качестве контактов. Использование предлагаемого материала для контактно-барьерного подслоя для межэлементных соединений интегральных схем позволит в 1,5-6,6 раз уменьшить механические напряжения, величину нарушенного слоя уменьшить в 1,7 раза при контактном сопротивлении (3,4-4,3) х 10⁷ Ом^.см² и его изменении (1,6-1,7) х 10⁷ Ом^.см² и за счет этого повысить качество межэлементных соединений ИС высокой степени интеграции с его использованием. Алюминий является одним из самых распространенных материалов для металлизации полупроводниковых устройств всех типов. Многочисленные достоинства обеспечили этому металлу широкий диапазон функционального применения: межсоединения одноуровневых систем металлизации, низкоомные контакты к диффузионным областям обоих типов проводимости, контакты для присоединения внешних выводов и др. Для снижения дефектности алюминиевых межсоединений и повышения их надежности рекомендовано большое число различных технологических приемов, выбор которых в каждом отдельном случае является строго индивидуальным и связан с особенностями изготовления полупровод- никового прибора. Использование предлагаемого материала контактно-барьерного слоя позволяет унифицировать техпроцесс создания межэлементных соединений, сделать его более независимым от техпроцесса изготовления микросхем, обеспечить отсутствие проплавления мелких p-n-переходов, способных пропускать больше плотности тока с минимальными потерями при высокой эксплуатационной стойкости.

Формула изобретения

Материал контактно-барьерного подслоя для межэлементных соединений интегральных схем, включающий кремний и алюминий, отличающийся тем, что, с целью повышения качества межэлементных соединений за счет уменьшения величины нарушенного слоя подложки, материал содержит кремний и алюминий при следующем соотношении ингредиентов, мас. Кремний 26 50 Алюминий Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 29-2000

Извещение опубликовано: 20.10.2000        

---