Способ многоуровневой металлизации больших интегральных схем

Способ многоуровневой металлизации больших интегральных схем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О, A. И,.(;„,фС И Е

И ЗОБ РЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социал исти иеских

Республик ()598458 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 02.0?.76 (21) 2385220/18-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) M. Кл, Н 01 L21/28

Государстоенный коинтет ссср оо делам нзооретеннй н открытий

Опубликовано 25.07.79. Бюллетень № 27

Дата опубликования описания 05.08.79 (53) УДК 621.382 (088.8) (72) Автор изобретеиия

В. М. Колешко (71) Заявитель

Институт электроники АН Белорусской CCP (54) СПОСОБ МНОГОУРОВНЕВОЛ МЕТАЛЛИЗАЦИИ

БОЛЬШИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в технологии изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем (ИС).

Технологические варианты создания многоуровневой металлизации ИС определяются использованием различных металлических и диэлектрических пленок. При этом в качестве изолирующего диэлектрика часто используют пленки двуокиси кремния и окиси алюминия. Для получения межсоединений компонентов ИС самым распространенным материалом является алюминий.

Качество и надежность металл изации в большей степени зависит от процесса электромиграции в процессе эксплуатации.

Известен способ металлизации полупроводниковых приборов, по которому для увеличения срока службы используют легированные медью, никелем, хромом пленки алюминия (1).

Введение легирующей примеси никеля (2"/o) увеличивает время наработки на отказ с 60 ч для чистого алюминия до 300 ч при плотности тока 2 10 А/см .

Ближайшим известным техническим рсLLI(Hèåì к предлагаемому изобретению является способ многоуровневой мсталлпзации больших интегральных схсм путем поочередного нанесения на подложку легированных металлически хи,дп электрически х слоев с системой метал IIIaaILIIII на основе алюминия с добавлением окиси алк)минпя до 14", <, (2).

Однако известныс способы металлизации отличаются недостаточной надежностью и долговечностью прп больших плотностях тока.

Для повышения надежности, долговечности и процента выхода годных схем по предлагаемому способу в качестве лсгирующей примеси используют металлы или оксиды, или сульфиды, пли селениды, или теллуриды редкоземельных элементов в пределах

0,05 — 15 вес.%, а в качестве диэлектрического слоя используют окспды, или сульфиды, или селениды, или теллуриды редкоземельных элементов (РЗЭ).

Способ Ocvlljcñòllëÿlîò следуюгцпм образом.

На подложку полупроводника напыляк т любым известным способом иле к) алюмиФо р,и ума изи бр етс ния

59

3 ния с легируюгцей примесью РЗЭ до требуемой толщины. Затем проводят фотолитографик> и формирук>т пленку диэлектрического слоя из РЗЭ. После проведения второй фотолитографии и формирования зашитного диэлектрического рисунка, напыляют второй слой металлизации и т. д.

Минимальная величина примеси редкоземельных элементов в пленках алюминия оценивается из того, что данная примесь должна сконцентрироваться Но границам зерен. Исходя из этого было установлено, что минимальная величина концентрации примесей, которую можно использовать для понижения электромиграции алюминия сос1ав>яст. вес. "/О. Sc 1 66; Y 0 003; Sm 0 06;

La 0,0001; Еп 10 ; Tb, Dy, Ho, Er Tm, > b 0,06; Lu 0,07. Поэтому был определен средний нижний предел для всех РЗЭ

0,05 вес. /,>.

Максимальная концентрация оценивается исходя из следующих соображений. Вопервых, рассматривается влияние процентного содержания легируюгцего компонента на электропроводность пленки алюминия.

Во-вторых. рассматривается поверхностная активность примеси и образование антикоррозионных поверхностных слоев, препятствучон(их поверхностной диффузии атомов алюминия. Исходя из этого максимальная концентрация примеси РЗЭ в алюминии составляет, вес. /p . Eu 2 — 3; > 7; ТЬ, Dy, Но, Ег, Tm, Yb, Gd !Π— 12; Lu 15. Если использовать соединения РЗЭ, т. е. оксиды, сульфиды, селениды, теллуриды, то их максимальная концентрация достигает 7 — 10 вес.7(>.

Исходя из этого была установлена максимальная концентрация 15 вес. "/p, увеличение которой эфф ект а не п р и нос и т.

Проведенные исследования показали, что срок службы приборов резко увеличивается при использовании для защиты металлизации диэлектрических пленок РЗЭ. Так, например, пленки ал;оминия с легируюц(ей пРимесью гадолиниЯ 1 /p выдеРжива>от плот8458

4 . ность тока 6-10 AjcM2 в течение 4200 ч.

Защита диэлектрической пленкой GdaO, повышает плотность тока до 2. 10 А/c», 2 причем время наработки на отказ составляет

7350 ч, т. е. больше, чем на порядок, по сравнению cизвестны.ми способам.и. .Введе5 ние европия (до 3 /О) и защита слоем ЕцхОз—

ЯО» увеличивает плотность тока до 9 10 А/си и наработку на отказ до 8700 ч.

Это обусловлено тем, что благодаря термодинамическим свойствам РЗЭ образук>т

1о очень прочные соединения с материалом пленки металла, а также кислородом, азотом и другими примесями в пленке, т. е, происходит нейтрализация вредного действия леггоплавких соединений и прсврагцение их в тугоплавкие. Покрытие металлических пленок диэлектрическими увеличивает долговсчность и надежность за счет изменения механизма диффузии.

Способ многоуровневой металл изации больших интегральных схем путем поочередного нанесения на подло>кку легированных металл и ч("ct(Hx и диэл(ктри ч(ски х сл 0(. В, 0òëè (ийая тсм, что, с цель(о повышения надежности. долговечности и процента выхода годных схем, в качестве легируюп(ей примеси используют металлы или сульфиды, или селениды, или оксиды, или теллуриды зо резкоземельных элементс., в пределах 0,05

15 вес. о/о, а в качестве диэлектрического слоя используют оксиды, или сульфиды, или селениды, или теллуриды редкоземельных элементов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. А. Gortgulec at ol. «Apl>l. Phys. Lett».

19, Мо 3, 1971, р. 76 — 77.

2. Патент США Ао 3878442, кл. 357-57, I 975.

Редактор Е. Месропова

Заказ 44 О 1/55

Составитель В. Утехина

Техред О. Луговая Корректор С. Патрушева

Тираж 922 Подписное

ЦН И И П И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, ж — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4