Способ формирования коммутирующей перемычки



Способ формирования коммутирующей перемычки
Способ формирования коммутирующей перемычки
Способ формирования коммутирующей перемычки
Способ формирования коммутирующей перемычки
Способ формирования коммутирующей перемычки
Способ формирования коммутирующей перемычки
Способ формирования коммутирующей перемычки
Способ формирования коммутирующей перемычки
Способ формирования коммутирующей перемычки
Способ формирования коммутирующей перемычки

 


Владельцы патента RU 2579166:

Федеральное государственное учреждение "Федеральный научный центр Научно-исследовательский институт системных исследований Российской академии наук" (ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН) (RU)

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано при изготовлении больших интегральных схем (БИС), в том числе БИС на основе комплементарных транзисторов со структурой металл-окисел-полупроводник (КМОП БИС), программируемых матричных БИС, программируемых логических интегральных схем (ПЛИС), однократно программируемых постоянных запоминающих устройств (ППЗУ). Технический результат от использования изобретения заключается в повышении надежности перемычки и металлизации в целом путем предотвращения диффузии атомов алюминия в структуру перемычки и сохранения технологии формирования шин металлизации на планарной поверхности, уменьшения топологического размера перемычки и повышения однородности ее слоев по толщине, увеличения сопротивления перемычки в выключенном состоянии и повышения воспроизводимости напряжения пробоя перемычки. В способе формирования коммутирующей перемычки между шинами двух уровней металлизации, включающем процессы формирования переходного отверстия в межуровневой изоляции к шине первого уровня металлизации, осаждения слоев перемычки и металлизации второго уровня в переходное отверстие и формирование перемычки и шины металлизации второго уровня, согласно изобретению формирование перемычки производят одновременно с формированием промежуточного межуровневого соединения посредством последовательного осаждения слоев перемычки и слоев промежуточного межуровневого соединения на основе пленок нитрида титана и вольфрама в переходное отверстие диаметром d, в промежуточном изолирующем слое толщиной h к шине металлизации первого уровня с отношением h/d, обеспечивающим однородное осаждение слоев перемычки, и последующей химико-механической полировкой осажденных слоев, а соединение перемычки с шинами металлизации второго уровня осуществляют за счет контактной площадки перемычки на основе пленок титана и нитрида титана и дополнительного межуровневого соединения к контактной площадке на основе пленок титана, нитрида титана и вольфрама. 10 ил.

 

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано при изготовлении больших интегральных схем (БИС), в том числе БИС на основе комплементарных транзисторов со структурой металл-окисел-полупроводник (КМОП БИС), программируемых матричных БИС, программируемых логических интегральных схем (ПЛИС), однократно программируемых постоянных запоминающих устройств (ППЗУ).

Общим для этих устройств является наличие программируемого элемента - коммутирующей перемычки («антипережигаемой» перемычки от англ. antifuse типа Me to Me) - далее перемычка, которая формируется на этапе изготовления металлизации БИС между двумя соседними уровнями многоуровневой металлизации. Перемычка должна характеризоваться большим сопротивлением в выключенном состоянии Rвыкл>109 Ом и малым сопротивлением в включенном состоянии после программирования Rвкл<100 Ом.

Программирование осуществляется за счет подачи импульса напряжения определенной величины, что приводит к пробою тонкопленочной структуры перемычки и протеканию тока большой плотности, который создает низкоомное сопротивление перемычки между выбранными шинами металлизации.

Сопротивление Rвыкл зависит от свойств материалов тонкопленочной структуры, на основе которых формируется перемычка, а также ее площади. Чем больше площадь, тем меньше Rвыкл. Величина Rвкл не зависит от площади и определяется сопротивлением проводящего канала (filament) образованного в результате пробоя.

Необходимыми требованиями к параметрам перемычки являются: воспроизводимость напряжения пробоя перемычки в режиме программирования, совместимость с используемой технологией многоуровневой металлизации, обеспечивающей надежность металлизации в целом.

Известны способы создания перемычек, интегрированные в многоуровневую металлизацию, в которых электродами перемычки являются межуровневое соединение (VIA) на основе вольфрама и шина металлизации МЕТ1.

Так, известен способ формирования элемента металл-перемычка-металл, в котором перемычка формируется непосредственно на первом уровне металлизации МЕТ1, включая процессы осаждения многослойной структуры перемычки и ее плазмохимического травления (ПХТ) через фоторезистивную маску (ФРМ). Затем посредством межуровневых вольфрамовых соединений VIA перемычка соединяется с металлом второго уровня (Патент US 5780323, кл. Н01L 21/82, опубл. 14.07.1998).

Описанная конструкция имеет следующие недостатки:

Низкая надежность металлизации и самой перемычки, обусловленное необходимостью использования процесса плазмохимического травления структуры перемычки до металла, что может привести к повреждению поверхности шин металлизации, которые формируются на его основе, а также появлению заряда в структуре перемычки в результате воздействия плазмы.

Сложность получения перемычки малой площади, что связано с трудностью обеспечения необходимой адгезии многослойной структуры перемычки (аморфный кремний, двуокись кремния, нитрид кремния) к планарной поверхности металла.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату способ формирования коммутирующей перемычки, в котором перемычка формируется на шине металлизации в переходном отверстии в межуровневой изоляции в результате одновременного осаждения структуры перемычки и структуры металлизации с последующим процессом плазмохимического травления этих структур (Патент US 5753528, кл. Н01L 21/70, опубл. 19.05.1998).

Описанный способ имеет следующие недостатки:

Сложность получения малого размера перемычки при сохранении ее характеристик, что связано с условием обеспечения конформного (однородного) осаждения структуры перемычки в переходном отверстии в межуровневой изоляции (IMD) при толщинах IMD~1 мкм, сложность обеспечения надежности перемычки, связанное с диффузией атомов алюминия из МЕТ2 в структуру перемычки, которая сдерживается барьерным слоем ограниченной толщины, а также зарядом, наведенным в структуре перемычки при использовании процессов плазмохимического травления структуры перемычки и структуры МЕТ2, невозможность обеспечения надежности шин металлизации МЕТ2, связанное с уменьшением толщины металла и наличием механических напряжений в пленке при ее осаждении на ступеньке переходного отверстия высотой ~1 мкм.

Задачей изобретения является улучшение параметров перемычки и повышение надежности перемычки и шин металлизации.

Технический результат от использования изобретения заключается: в повышении надежности перемычки и металлизации в целом путем предотвращения диффузии атомов алюминия в структуру перемычки и сохранения технологии формирования шин металлизации на планарной поверхности, уменьшения топологического размера перемычки и повышения однородности ее слоев по толщине, увеличения сопротивления перемычки в выключенном состоянии и повышения воспроизводимости напряжения пробоя перемычки.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе формирования коммутирующей перемычки между шинами двух уровней металлизации, включающем процессы формирования переходного отверстия в межуровневой изоляции к шине первого уровня металлизации, осаждения слоев перемычки и металлизации второго уровня в переходное отверстие и формирование перемычки и шины металлизации второго уровня, согласно изобретению формирование перемычки производят одновременно с формированием промежуточного межуровневого соединения посредством последовательного осаждения слоев перемычки и слоев промежуточного межуровневого соединения на основе пленок нитрида титана и вольфрама в переходное отверстие диаметром d, в промежуточном изолирующем слое толщиной h к шине металлизации первого уровня с отношением h/d, обеспечивающим однородное осаждение слоев перемычки, и последующей химико-механической полировкой осажденных слоев, а соединение перемычки с шинами металлизации второго уровня осуществляют за счет контактной площадки перемычки на основе пленок титана и нитрида титана и дополнительного межуровневого соединения к контактной площадке на основе пленок титана, нитрида титана и вольфрама.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1-10 изображены основные этапы заявляемого способа формирования перемычки:

На фиг. 1 изображена структура на подложке со слоем SiO2; На фиг. 2 изображена структура после формирования в промежуточной межуровневой изоляции; На фиг. 3 изображена структура после последовательного осаждения слоев перемычки и слоев промежуточного межуровневого соединения; На фиг. 4 изображена структура после химико-механической полировки слоев перемычки и слоев первого промежуточного межуровневого соединения; На фиг. 5 изображена структура после формирования контактной площадки; На фиг. 6 изображена структура после формирования межуровневой изоляции и переходных отверстий; На фиг. 7 изображена структура после заполнения переходных отверстий пленками структурой Ti-TiN-W; На фиг. 8 изображена структура после химико-механической полировки Ti-TiN-W и формирования межуровневых соединений между шинами металлизации и между контактной площадкой, и шиной металлизации; На фиг. 9 изображена структура после формирования шин металлизации. На фиг. 10 представлена гистограмма распределения напряжения программирования перемычки на пластине

Способ формирования коммутирующей перемычки осуществляется следующим образом:

На планарную поверхность кремниевой подложки 1 с пленкой SiO2 методами физического осаждения (PVD) наносят слои Ti (100-300Å) - АL (4000-6000Å) - Ti (100-300Å) - TiN (600-1000Å). После формирования фоторезистивной маски (ФРМ) в результате плазмохимического травления (ПХТ) слоев металлов и последующего удаления фоторезистивной маски (ФРМ) и химической обработки формируют шины металлизации МЕТ1 2. Затем проводят процесс осаждения пленки SiO2 толщиной 1,0-1,2 мкм с использованием методов осаждения из газовой фазы при субатмосферном давлении (subatmospheric pressure chemical vapor deposition SACVD) и плазмохимического осаждения с использованием реагентов кислорода и тетраэтоксисилана (plasma enhanced chemical vapor deposition tetraethylorthosilicate PETEOS). При последующей химико-механической полировке (chemical mechanical polish сокр. CMP) окисла получают промежуточную межуровневую изоляцию (IMD1-1) 3 толщиной h=0,3-0,4 мкм. Толщина IMD1-1 выбирается таким образом, чтобы при последующем формировании в нем переходного отверстия диаметром d, определяемом технологическим уровнем и соответственно правилами проектирования, достигалась необходимая величина отношения h/d, обеспечивающее однородное осаждение слоев перемычки в этом отверстии. Для разброса напряжения программирования менее 10% необходимо обеспечить неоднородность осаждения слоев структуры перемычки также менее 10%. В нашем случае при использовании процессов плазмохимического осаждения слоев перемычки величина h/d не должна превышать 1,2.

Затем формируют фоторезистивную маску (ФРМ) и с последующим процессом плазмохимического травления (ПХТ) окисла через фоторезистивную маску (ФРМ) плазмохимическим удалением фоторезистивной маски (ФРМ) формируют промежуточное переходное отверстие (VIA1-1) 4 диаметром d=0,36 мкм в промежуточной межуровневой изоляции (IMD1-)1 3.

После химической обработки в переходное отверстие (VIA1-1) 4 последовательно методами плазмохимического осаждения из газовой фазы и физического осаждения осаждают структуру перемычки 5 на основе пленок аморфный кремний - окись кремния - аморфный кремний суммарной толщиной 250-350Å и структуру промежуточного межуровневого соединения на основе пленок нитрид титана 6 толщиной 250-500Å и вольфрама 7 толщиной 4000-5000Å.

Методами химико-механической полировки осажденные слои удаляют с поверхности промежуточной межуровневой изоляции (IMD1-1) 3, оставляя их в переходном отверстии (VIA1-1) 4, таким образом формируя промежуточное межуровневое соединение (VIA1-1) 4.

Затем на поверхность промежуточной межуровневой изоляции(IMD1-1) 3 методами физического осаждения наносят слои титана-нитрида титана (Ti-TiN) толщиной 100-200Å и 700-1000Å соответственно. На поверхности осажденных слоев формируют фоторезистивную маску (ФРМ), а затем производят травление слоев Ti-TiN через (ФРМ) с последующим ее удалением. В результате получают контактную площадку (PAD) 8, размещенную над промежуточном межуровневом соединением VIA1-1 4.

На поверхность промежуточной межуровневой изоляции (IMD1-1) 3 и контактной площадки (PAD) 8 методами осаждения из газовой фазы при субатмосферном давлении (SACVD) и плазмохимического осаждения с использованием реагентов кислорода и тетраэтоксисилана (PETEOS) проводят процессы осаждения пленки SiO2 толщиной 1,0-1,2 мкм и процесс химико-механической полировки (СМР) окисла для получения межуровневой изоляции IMD 3 между над шинами металлизации МЕТ1 2 толщиной 1,0 мкм. Создают дополнительные переходные отверстия VIA1-2 10 над контактной площадкой PAD 8 и переходные отверстия VIA0 9 над шинами металлизации МЕТ1 2 диаметром d=0,5 мкм посредством формирования фоторезистивной маски (ФРМ) с последующим плазмохимическим травлением (ПХТ) окисла межуровневой изоляции (IMD) через фоторезистивную маску (ФРМ) и удалением фоторезистивной маски (ФРМ). Контактная площадка (PAD) 8 играет роль «стоп слоя» при плазмохимическом травлении (ПХТ) дополнительного переходного отверстия VIA1-2 10.

После химической обработки и ионной очистки в переходные отверстия VIA1-2 и VIA0 последовательно осаждают слои Ti, TiN, W 11 толщиной 200Å, 700 Å, 5000Å соответственно.

Методами химико-механической полировки осажденные слои удаляются с поверхности межуровневой изоляции (IMD) 3 и остаются в переходных отверстиях VIA1-2 10 и VIА0 9.

На планарную поверхность IMD 3 методами физического осаждения наносят слои Ti-AL-Ti-TiN толщиной 200-5000-200-800Å соответственно. Методами фотолитографии формируют фоторезистивную маску (ФРМ), а затем проводят процесс плазмохимического травления (ПХТ) слоев Ti-AL-Ti-TiN с последующим удалением ФРМ. В результате получают шины металлизации МЕТ2 12.

В выключенном состоянии перемычки сопротивление Rвыкл~109 Ом определяют сопротивлением структуры перемычки, непосредственно примыкающей к шине металлизации МЕТ1. Слои TiN-W суммарной толщиной ~1 мкм являются надежным барьером для предотвращения диффузии атомов алюминия из шины металлизации МЕТ2 12.

При подаче напряжения программирования в диапазоне 5,65-6,25 В между шинами металлизации МЕТ2 12 и МЕТ1 2 происходит пробой структуры перемычки 5 и протекание тока через межуровневое соединение VIA1-2 10, контактную площадку PAD 8 и межуровневое соединение VIA1-1 4 величиной 10 мА, который переводит перемычку в включенное состояние с сопротивлением Rвкл~40 Oм. На гистограмме распределения напряжения программирования перемычки на пластине ⌀150 мм. показано, что разброс напряжения программирования не превышает 0,6 В, что составляет менее 10% от среднестатистического значения.

Таким образом, при использовании описанного выше способа могут быть улучшены следующие показатели перемычки:

- уменьшается топологический размер перемычки;

- уменьшается разброс по пластине напряжения программирования перемычки;

- увеличивается сопротивление перемычки в выключенном состоянии;

- повышается надежность перемычки;

- повышается надежность шин металлизации.

Способ формирования коммутирующей перемычки между шинами двух уровней металлизации, включающий процессы формирования переходного отверстия в межуровневой изоляции к шине первого уровня металлизации, осаждения слоев перемычки и металлизации второго уровня в переходное отверстие и формирование перемычки и шины металлизации второго уровня, отличающийся тем, что формирование перемычки производят одновременно с формированием промежуточного межуровневого соединения посредством последовательного осаждения слоев перемычки и слоев промежуточного межуровневого соединения на основе пленок нитрида титана и вольфрама в переходное отверстие диаметром d, в промежуточном изолирующем слое толщиной h к шине металлизации первого уровня с отношением h/d, обеспечивающим однородное осаждение слоев перемычки, и последующей химико-механической полировкой осажденных слоев, а соединение перемычки с шинами металлизации второго уровня осуществляют за счет контактной площадки перемычки на основе пленок титана и нитрида титана и дополнительного межуровневого соединения к контактной площадке на основе пленок титана, нитрида титана и вольфрама.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к полупроводниковым устройствам. В полупроводниковом устройстве, включающем в себя множество единичных ячеек, расположенных в ряд в одном направлении, и группу межсоединений, которая содержит первое межсоединение и второе межсоединение, второе межсоединение имеет модуль Юнга выше, чем модуль Юнга первого межсоединения, и расположено вдоль концевого участка в упомянутом одном направлении.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к печатным платам с высокой плотностью размещения компонентов, которые используются, например, в устройствах для определения местоположения и азимута.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в производстве электровакуумных приборов, вакуумных интегральных СВЧ-схем и других микросхем.

Изобретение относится к соединению устройств ввода-вывода информации или других сигналов между этими устройствами. .

Изобретение относится к соединению устройств ввода-вывода или устройств центрального процессора или передаче информации или других сигналов между этими устройствами.

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при разработке и изготовлении гибридных интегральных микросхем. .

Изобретение относится к микроэлектронике и предназначено для создания интегральных схем, имеющих защиту контактных площадок от коррозии. .

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к конструкциям СВЧ биполярных транзисторов. .
Наверх