ция вжигания алюминия приводит к твердофазной реакции растворения Si в А1. Количество кремния, растворимого в алюминии, зависит от температуры и длительности термообработки и кристаллографической ориентации подложки. Растворение в направлении (111) происходит медленнее, чем в других направлениях. Чрезмерно высокая температура или отсутствие контроля процесса вжигания может привести к разрыву алюминия на ступеньках пленки диоксида вблизи контактных окон и площадок. Алюминий дает низкоомный контакт к кремнию с электропроводностью р- и п+-типа. Именно такие слон используются в интегральных микросхемах, изготовляемых как по биполярной, так и по МДП-технологии.

Использование алюминия имеет свои недостатки. Электродиффузия ионов алюминия происходит при плотностях токов мень-

252

цшх, чем в других металлах, вследствие чего в пленках появляются ¦ пустоты и образуются острые выступы, служащие причиной коротких замыканий в системах с несколькими уровнями металлизации. При одновременном использовании других металлов возможна гальваническая коррозия алюминия. Соединения алюминия с золотом хрупки, что уменьшает проводимость и приводит к повреждению пленок. Не решена проблема получения хорошего контакта между двумя пленками алюминия, а обычные методы пайки для крепления к ним выводов неприменимы. Если пленка алюминия покрыта диэлектриком, то при нагреве совместное действие собственных напряжений в диэлектрике и напряжений, обусловленных расширением алюминия, вызывает его растрескивание на краях металлических шин.

В случае подсоединения золотых проволочек к пленке алюминия методом термокомпрессии возможно образование интерметаллических соединений, если не выдерживать необходимый режим. Эти соединения со временем вызывают механическое повреждение контакта. При повышенных температурах алюминий взаимодействует с Si02 и фосфорно-силикатным стеклом, что может приводить к разрушению тонких пленок, используемых в МОП-транзисторах. Несмотря на отмеченные недостатки, металлизация алюминием нашла повсеместное применение, так как она позволяет снизить стоимость и упростить технологический процесс, не ухудшая надежности ? параметров микросхем.

Невыпрямляющие контакты. Невыпрямляющие контакты характеризуются сопротивлением и линейностью в рабочем диапазоне токов. Адгезия металлической пленки в значительной степени зависит от очистки поверхности полупроводника, метода нанесения металла и подогрева подложки.

Одним из основных способов уменьшения сопротивления контакта является сильное легирование поверхности полупроводника. Создание низкоомного контакта на кремнии при ?^?,?? Ом-см представляет значительную трудность. Наиболее широкое распространение для планарных кремниевых приборов вследствие простоты и технологичности получил контакт из алюминия, описанный в предыдущем разделе. Сопротивление контакта на кремнии с электропроводностью «-типа на два порядка выше, чем на кремнии р-типа.

Для создания контактов на кремнии с электропроводностью ft-типа применяют золото, напыляемое термическим испарением из молибденовой лодочки. Для улучшения адгезии золото наносят ионно-плазменным распылением. При изготовлении контактов к тонким диффузионным слоям толщина пленки Аи не превышает 20 нм. Пленку вжигают при 500°С, затем на нее осаждают слой серебра толщиной 0,5—1,5 мкм. Тугоплавкие металлы, имеющие сильное сродство с кислородом, обладают высокой адгезией к кремнию, диоксиду кремния и стеклообразным слоям. Адгезия тем больше, чем меньше радиус катиона. Титан, нанесенный на диоксид кремния, при нагреве до 400—500°С взаимодействует с

253

ним:

Ti-f Si02->Ti02-f Si

Образующийся диоксид титана обладает сравнительно хорошей проводимостью, и сопротивление контакта невелико. На воздухе титан быстро окисляется, что препятствует присоединению к пленке контакта электрического вывода. Поэтому сразу после нанесения Ti в той же вакуумной камере на него последовательно напыляют Au, Ag, Ni, препятствующие окислению. Испарение Ti производят с вольфрамовых спиралей, Аи и Ag —из молибденовой или танталовой лодочки. Чтобы титан¦не окислялся, давление в камере должно быть не выше 10~5 Па. Вместо Ti можно применять Nb,JTa, V, Сг. Свойство Ti образовывать прочное сцепление с пленкой Si02 используют при создании контактных площадок на диоксиде кремния. Активные области в ИМС часто составляют единицы квадратных микрометров. Сделать электрические выводы к ним методами термокомпрессии, сварки или пайки и не повредить р-/г-переход очень трудно. Поэтому создают контактную площадку, часть которой соединяется к активной областью прибора, а периферийная часть имеет большую площадь и располагается на диоксиде кремния. Контактные площадки выполняют с подслоем титана из Ti—Ni, Ti—Ag, Ti—Au или из чистого ??.

Малопроникающий контакт на кремнии получают последовательным напылением слоев хрома толщиной 100 нм и золота толщиной 300 нм. Структуру подвергают термообработке при 900°С, .при которой происходит вжиганпе Сг в Si. Термическое испарение хрома и золота производят одновременно из одной молибденовой или танталовой лодочки. Хром сублимируется, поэтому вначале напыляется чистый хром, затем слой с переменным составом и сверху — слой чистого золота. Сцепление с кремнием хрома значительно выше, чем золота. Контакт с малым сопротивлением получают на сильнолегированном кремнии последовательным напылением Мо и Аи. Молибден трудно поддается термическому испарению, поэтому применяют электронно-лучевой нагрев или ионно-плазменное распыление. Подложки нагревают до 300°С.

В производстве современных ИМС важное место занимают не-выпрямляющие и выпрямляющие контакты на основе силицидов тугоплавких металлов типа Af„Sim. Их особенностью и достоинством является малая глубина проникновения в легированный слой при высокой адгезии и совершенстве омического перехода или перехода Шотки.

Глубина проникновения контакта соответствует толщине слоя кремния, реагирующего с металлом при формировании силицида. Количество кремния, пошедшего на образование силицида, определяется не только толщиной сформированной пленки, но и концентрацией кремния в силициде. С этой позиции формирование силицида, обедненного кремнием, типа VW2Si предпочтительнее, чем обогащенного силицида типа MSi2. Чем тоньше слой силицндобразующего металла М, тем меньше входит в него 254

кремния из подложки. Однако при слишком малой толщине металла образуется неравномерная или несплошная пленка силицида. Для формирования мелкого контакта на поверхность пластины кремния наносят слой сплава силицндобразующего металла и «разбавляющего» элемента, не взаимодействующего с кремнием при температуре образования силицида. В процессе термообработки атомы силицидобразующего металла экстрагируются из сплава и взаимодействуют с кремнием, формируя тонкий слой силицида. В качестве силицидобразующего компонента используют Pt или Pd, силициды которых образуются при Г«200°С. В качестве «разбавляющего» элемента используют тугоплавкий металл, взаимодействующий с кремнием при Т^бОО^С (Сг, W, V, а также сам Si). В последнем случае сплав имеет состав Pdo,8Sio,2 и реакция образования силицида имеет вид

Pd4Si + Si—2Pd2Si,

что уменьшает уход кремния из подложки и обеспечивает малую глубину проникновения контакта. При толщине пленки Pd0,8Si0,2= = 40 нм толщина силицида палладия Pd2Si составляет 48 нм, а глубина проникновения ее в пластину кремния 8—10 нм. Для осаждения пленки Pd0,f.Si0,2 применяют метод многотигельного испарения с электронно-лучевым нагревом. Скорость осаждения Pd~0,9 нм/с, a Si — 0,3 нм/с. После напыления пленки пластину нагревают до' 175—300°С, в процессе чего Pd мигрирует из аморфной пленки Pdo,8Si0>2 к границе с кремнием, образуя там кристаллическую фазу Pd2Si.

§ 11.5. Пассивные элементы интегральных микросхем

При изготовлении интегральных микросхем в качестве пассивных элементов широко используют тонкопленочные резисторы и конденсаторы. Большое качение при изготовлении тонкопленочных элементов имеет выбор подложки. Основными материалами для подложек пленочных микросхем являются стеклокерамические материалы —ситалл и фотоситалл. В полупроводниковых микросхемах пассивные элементы создаются на пластине кремния.

Тонкопленочные резисторы. Тонкие резистивные пленки напыляют в вакууме на подложки и с помощью фотолитографии придают им вид полосок различной конфигурации, ограниченных с обоих концов контактными площадками. Тонкопленочные резисторы принято характеризовать поверхностным сопротивлением, определяемым, как и в случае диффузионных слоев, сопротивлением квадрата тонкопленочного материала, к двум противоположным сторонам которого подведены контактные выводы. Сопротивление пленки Д протяженностью /, сечением hw и удельным сопротивлением ?

255

где h — толщина пленки; Rs=plh — поверхностное сопротивление, Ом/П. Для квадрат.а l=w и R = RS, т. е. сопротивление не зависит от размера стороны квадрата и равно поверхностному сопротивлению.

Сопротивление резистора зависит от его формы. Если длина резистора в 10 раз больше ширины, то это эквивалентно тому, что резистор составлен из десяти последовательно соединенных квадратов и его сопротивление в 10 раз больше поверхностного.

Таким образом, один и тот же номинал сопротивления можно получить при различных значениях / и w, если l/w = const. Минимальную длину и ширину резистора подсчитывают по заданному номиналу R, поверхностному сопротивлению, мощности рассеяния ? и допустимой мощности рассеяния Рл:

ш

rk тг~

ш

?

?)

Рис. 11.8. Линейный (а) и зигзагообразный (б) резисторы

w=VPRAP*R)> i=VPRKPARs) или i=™R!Rs-

Конфигурация резистивных элементов бывает линейной и зигзагообразной (рис. 11.8) в зависимости от номинала. При расчете номиналов зигзагообразных резисторов необходимо учитывать, что сопротивления угловых квадратов составляют 0,55 от сопротивлений квадратов, входящих в линейные ветви резистора. Материалы, используемые для получения резистивных пленок, должны обеспечивать широкий диапазон сопротивлений с низким ТКР и высокой стабильностью во вр