Многоуровневая металлизация ГИС и БГИС на основе анодированного алюминия

Планаризация.

Увеличение функциональной сложности микросхем связано с увеличением числа элементов и межэлементных соединений. Для уменьшения площади, занимаемой металлизацией, её размещают на нескольких уровнях, разделённых друг от друга изоляционными слоями. Металлические слои многоуровневых систем должны отвечать тем же требованиям, что и слои одноуровневых систем металлизации. Одной из проблем металлизации является достижение равномерного воспроизведения ступенчатого рельефа на поверхности подложки. К началу металлизации пластина уже имеет на поверхности много ступенек. На рисунке 1 показан уровень заполнения ступенчатого рельефа поверхности подложки. К проблемам металлизации относится также травление слоя металла, поскольку обычное травление раствором для ИС использовать нельзя. На рис. 2 схематически показаны дефекты контактов двух уровней металлизации в результате изотропного травления. Так как металл подвергается травлению под маской, то необходимо вводить поправку на уменьшение ширины ливни в процессе литографического переноса топологического рисунка схемы из-за подтравливания металла. С уменьшением планарных размеров и сближения линий компенсация подтравливания металла становится физически невозможной. Таким образом, необходимо использовать анизотропное травление. После проведения процесса травления металлической пленки возможно появление скрытых дефектов межсоединений (рисунок 3).

Проблему покрытия ступенек на поверхности пластины можно решить несколькими способами. Во-первых, повышение температуры подложки во время осаждения пленки (~300°С) приводит к большей поверхностной подвижности молекул осаждаемого материала, за счет чего уменьшаются размеры разрывов, образующихся в углах ступенек. Другим способом является оптимизация ориентации подложек относительно источника.

Проведение оптимизации особенно важно из-за появления участков геометрической тени в процессе осаждения при использовании точечных источников, таких, как применяемые при электронно-лучевом или индукционном нагреве расплава. Важным моментом в данном случае является применение объемных методов осаждения металлических пленок. Выравнивание поверхности пластин ИС можно выполнить с использованием процессов планаризации. Планаризация является низкотемпературным процессом, при котором сглаживается рельеф поверхности пластины. Существуют несколько методов планаризации. Рассмотрим некоторые из них. Наиболее распространен метод оплавления фосфорно-силикатным стеклом (рисунок 4). Сглаживание рельефа достигается за счет оплавления ФСС. Температура оплавления зависит от концентрации фосфора в SiО2 (1020 см-3 Р в ФСС - 11000С, 1021 см-3 Р в ФСС - 10000С). Повышение концентрации ФСС в SiО2 увеличивает гигроскопичность ФСС, что может привести к коррозии металлизации.

а) удовлетворительная б) неудовлетворительная

Рисунок 1 - Уровень заполнения ступенчатого рельефа поверхности подложки

а) подтравливание первого слоя металла

б) разрыв второго слоя металла на ступеньке межслойной изоляции

Рисунок 2 - Дефекты двухуровневой металлизации

Рисунок 3 - Скрытый дефект Al - межсоединения на ступеньке SiО2

Рисунок 4 - Формирование металлизации оплавлением фосфорно-силикатным стеклом

Рисунок 5 - Формирование металлизации методом планаризации плазменным травлением

В методе планаризации плазменным травлением сглаживание рельефа достигается за счет равенства скоростей травления резиста и окисла (рисунок 5). На диэлектрик наносят толстый слой резиста, и структуру подвергают процессу плазменного травления, характеризующемуся одинаковой скоростью стравливания диэлектрика и резиста. Для обеспечения процесса планаризации необходим промежуточный слой диэлектрика с толщиной, большей обычной (примерно в два раза).

Лучшие статьи по информатике

Проектирование и расчет трассы радиорелейной линии
Одним из основных видов средств связи являются радиорелейные линии прямой видимости, которые используются для передачи сигналов многоканальных телефонных со ...

Разработка цикловой системы управления промышленным роботом
Электроника - это область науки и техники, которая занимается изучением физических основ функционирования, исследованием, разработкой и применением приборо ...

Элементная база для построения цифровых систем управления
Микроэлектроника - это комплексная область знаний, объектом изучения и разработки которой являются функционально сложные ИС, их структура, технология, диагн ...