Межэлементные соединения

 

Изобретение относится к электронной технике и предназначено для изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем. Цель изобретения - повышение качества межэлементных соединений за счет улучшения контакта между уровнями, снижение вероятности коротких замыканий. Межэлементные соединения интегральных схем включают контактно-барьерный проводящий слой к активным элементам в кремниевой подложке, нижний уровень межэлементных соединений, слой межуровневого диэлектрика и верхний уровень межэлементных соединений. Уровни межэлементных соединений выполнены из алюминия или его сплавов. На поверхности нижнего уровня межэлементных соединений сформирован слой проводящего материала из ряда: нитрид тантала, нитрид титана, нитрид гафния, толщиной 0,05 - 0,15 мкм или из ряда: окись рутения, окись иридия, окись осмия, толщиной 0,07 - 0,15 мкм. В предложенных межэлементных соединениях повышена электромиграционная стойкость. 1 ил., 11 табл.

Изобретение относится к электронной технике, преимущественно к производству интегральных схем сверхвысокой степени интеграции. Известная конструкция имеет следующие недостатки: ей присуща недостаточная стойкость к электромиграции, особенно в местах соединения нижнего и верхнего уровней межэлементных соединений; невоспроизводимость микрорисунка межэлементных соединений, искажения изображения из-за неоптимальной отражающей способности алюминия или его сплавов, что обуславливает низкое качество литографического рисунка, увеличение вероятности коротких замыканий между межэлементными соединениями и снижение их надежности; невоспроизводимое контактное сопротивление между нижним и верхним уровнями межэлементных соединений из-за подкисления алюминия или его сплавов; возникновение бугорков при термообработках обуславливает снижение надежности из-за коротких замыканий между элементами межэлементными соединениями. Цель изобретения повышение качества межэлементных соединений за счет улучшения контакта между уровнями, снижения вероятности коротких замыканий. Сущность изобретения заключается в том, что на поверхности нижнего уровня межэлементных соединений дополнительно сформирован слой проводящего материала из ряда: нитрид тантала, нитрид титана, нитрид гафния, толщиной 0,05 0,15 мкм или из ряда: окись рутения, окись иридия, окись осмия, толщиной 0,07 0,15 мкм. Использование дополнительного проводящего слоя на поверхности нижнего уровня межэлементных соединений, псевдоаморфного материала из ряда нитрид титана, нитрид тантала, нитрид гафния, толщиной 0,05 0,15 мкм или окиси рутения, окиси иридия, окиси осмия толщиной 0,07 0,15 мкм, по сравнению с прототипом, позволяет повысить надежность межэлементных соединений и процент выхода интегральных схем, что обусловлено следующими причинами. 1. Благодаря использованию псевдоаморфного материала резко уменьшается вероятность возникновения на поверхности межэлементных соединений бугорков при последующих термообработках, создания межслойного диэлектрика и верхнего уровня металлизации. Кроме того, диффузия кремния и алюминия через слой оксидов рутения, иридия, осмия затруднена из-за блокировки их кислородом. По указанным причинам снижается количество коротких замыканий между элементами, решается одна из наиболее сложных задач при создании высоконадежных межуровневых межсоединений. Таким образом повышается надежность межэлементных соединений и процент выхода ОБИС. 2. Материалы, используемые для создания дополнительного слоя проводящих соединений на поверхности нижнего уровня межэлементных соединений, имеют низкий коэффициент отражения оптического излучения. Благодаря снижению отражательной способности становится возможным уменьшить вероятность боковой подсветки материала фоторезистивной маски при формировании межэлементных соединений. Вследствие этого повышается воспроизводимость переноса изображения с фотошаблона на поверхность, на которой сформирована резистивная маска без нежелательных искажений изображения. Это особенно важно при изготовлении СБИС и УБИС, когда проводящий материал расположен на микрорельефе, имеющем различный наклон боковых стенок, и при формировании микрорисунка с субмикронными размерами. В этом случае особенности микрорельефа различной конфигурации могут дополнительно концентрировать отражение луча, по типу оптических линз, что обуславливает как невоспроизводимость образующегося микрорисунка, так и увеличение вероятности коротких замыканий между соединениями и снижение их надежности. Повышение воспроизводимости процесса формирования микрорисунка позволяет повысить процент выхода интегральных схем. 3. Материалы, используемые для создания дополнительного слоя проводящих соединений на поверхности нижнего уровня межэлементных соединений, имеют низкое сродство к кислороду. Поэтому их использование в конструкции исключает деградацию контактного сопротивления межуровневых соединений и отказы по этой причине СБИС в процессе эксплуатации, повышает надежность межэлементных соединений в неблагоприятных условиях эксплуатации микросхем. Уменьшение толщины нитрида титана, нитрида тантала, нитрида гафния до менее 0,05 мкм, а окиси рутения, окиси иридия, окиси осмия до менее 0,07 мкм снижает эффективность дополнительного слоя в подавлении бугорков, возникающих на поверхности рисунка, нижнего уровня межэлементных соединений в процессе создания межуровневого диэлектрика и верхнего уровня межэлементных соединений, вызывает увеличение вероятности возникновения коротких замыканий между соединениями межслойного диэлектрика, увеличивает отражательную способность дополнительного слоя и по этим причинам не позволяет достичь цели, поставленной в заявляемом техническом решении. Увеличение толщины нитрида титана, нитрида тантала, нитрида гафния до более 0,15 мкм и окиси рутения, окиси иридия, окиси осмия до более 0,15 мкм нецелесообразно, т. к. не приведет к дальнейшему снижению бугорков на поверхности нижележащего рисунка при увеличении удельного сопротивления нижнего уровня межэлементных соединений. Кроме того, верхний предел по толщине пленки для обоих классов материалов обусловлен увеличением коэффициента отражения для света с длинами волн λ₁ 574 нм (режим совмещения) λ₂ 436 нм (режим экспонирования) и ухудшением вследствие этого антиотражающих свойств пленки. Конструкция межэлементных соединений поясняется чертежом, где 1 - полупроводниковая подложка с активными элементами; 2 диэлектрический слой с созданными в нем контактными окнами; 3 контактно-барьерный проводящий слой к активным элементам в полупроводниковой подложке; 4 рисунок нижнего уровня межэлементных соединений из алюминия или его сплавов; 5 дополнительно сформированный на поверхности рисунка нижнего уровня межэлементных соединений проводящий слой из нитрида тантала или нитрида титана, или нитрида гафния толщиной 0,05 0,15 мкм; или из окиси рутения или окиси иридия, или окиси осмия толщиной 0,07 0,15 мкм; 6 слой межуровневого диэлектрика с конструктивными окнами к нижнему уровню межсоединений; 7 верхний уровень межэлементных соединений. Пример 1. На полупроводниковую подложку со сформированной активной структурой СБИС К565 РУ5 и сформированным контактно-барьерным слоем из селективно осажденного W толщиной 0,2 1 мкм в одном вакуумном цикле осаждали Al с Si (1%) толщиной 0,5 мкм и пленку нитрида титана толщиной 0,15 мкм. Осаждение проводилось на установке "Оратория 5" методом магнетронного распыления. После формирования рисунка по нижнему уровню металла фотолитографическими методами проводилось плазмохимическое травление пленки Al-Si-TiN в хлорсодержащей плазме. Затем на установке УВП-2М осаждался плазмохимический окисел толщиной 0,7 ± 0,05 мкм и в нем вытравливались окна к нижнему слою металла площадью 9·10^-8 см². Верхний уровень металла осаждается магнетронным способом толщиной 1,2 мкм, и после фотолитографии по металлу снова проводилось травление верхнего AlSi в хлорсодержащей плазме. В конце маршрута пластины подвергались операции "Вжигание" при 450^oC 30 мин. Для оценки стойкости металлизации к явлению электромиграции в процессе работы межэлементных соединений, были изготовлены тестовые структуры с тонкопленочными проводниками и характерным для изготовленных ИС рельефом подложки. Затем тестовые структуры помещались в корпус КТО-3-6 с использованием золоченой ножки. Для эвтектической пайки кристаллов использовалась установка ЭМ-415. Герметизация в корпусе выполнялась методом холодной сварки. Испытания металлизации на стабильность при работе межэлементных соединений проводились при 200^oC и плотности тока 1 · 10⁶ А/см². Критерием отказа являлся обрыв. В сравнении со стандартной металлизацией на основе AlSi среднее время выхода из строя при пленке TiN возрастает почти вдвое. Для измерения контактного сопротивления между нижним и верхним уровнями металлов формировались тестовые структуры Кельвина. Пример 2. На полупроводниковую подложку со сформированной активной структурой СБИС К565 РУ5 на вакуумной установке Магна 2М осаждали магнетронным способом алюминий с присадкой кремния. Затем на установке Оратория 9 электронно-лучевым способом наносили окись осмия. Создание рисунка по первому уровню проводилось с помощью фотолитографических способов, а травление верхнего слоя окиси осмия проводилось в установке плазменного травления во фтор содержащих соединениях, а нижнего AlSi в хлорсодержащей плазме. Дальнейшее формирование двухуровневой разводки и испытания на стабильность в процессе работы проводились как и в примере 1. В аналогичных условиях создавались и испытывались различные толщины предлагаемых материалов дополнительного слоя. Результаты измерений представлены в таблице. Как видно из таблицы, использование на поверхности нижнего уровня межэлементных соединений дополнительного слоя из нитрида тантала, или нитрида титана, или нитрида гафния толщиной 0,05 0,15 мкм, или из окиси рутения, или окиси иридия или окиси осмия толщиной 0,07 0,15 мкм позволяет улучшить контактное сопротивление межэлементных соединений, снизить отражательную способность, уменьшить размеры бугорков на поверхности нижнего уровня межэлементных соединений и плотность дефектов на 1 см², позволяет повысить надежность за счет увеличения в 1,7 2,2 раза среднего времени наработки на отказ и на 12,0 14,7% выход годных функционально сложных БИС. Уменьшение толщины дополнительного слоя проводящего материал из нитрида тантала, нитрида титана, нитрида гафния менее 0,05 мкм, а из окиси рутения, окиси иридия, окиси осмия, менее 0,07 мкм приводит к увеличению отражательной способности слоя, бугорков на поверхности нижнего уровня межэлементных соединений, увеличению за счет этого плотности дефектов на 1 см², снижению времени наработки на отказ и выхода годных интегральных схем. Увеличение толщины дополнительного слоя проводящего материала из нитрида тантала, нитрида титана, нитрида гафния, а также окиси рутения, окиси иридия или окиси осмия до более 0,15 мкм нецелесообразно, так как не приводит более к снижению бугорков на поверхности нижележащего рисунка, отражающей способности и плотности дефектов межслойного диэлектрика. Использование предлагаемой конструкции межэлементных соединений позволяет повысить надежность межэлементных соединений и процент выхода годных интегральных схем.

Формула изобретения

Межэлементные соединения интегральных схем, включающие контактнобарьерный проводящий слой к активным элементам в кремниевой подложке, нижний уровень межэлементных соединений из алюминия или его сплавов, слой межуровневого диэлектрика с контактными окнами к нижнему уровню межэлементных соединений, верхний уровень межэлементных соединений, отличающиеся тем, что, с целью повышения качества межэлементных соединений за счет улучшения контакта между уровнями, снижения вероятности коротких замыканий, на поверхности нижнего уровня межэлементных соединений дополнительно сформирован слой проводящего материала из ряда нитрид тантала, нитрид титана, нитрид гафния толщиной 0,05 0,15 мкм или из ряда окись рутения, окись иридия, окись осмия толщиной 0,07 0,15 мкм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2