CS220122B1

CS220122B1 - A method of creating a multi-level integrated circuit interconnection network

Info

Publication number: CS220122B1
Application number: CS735981A
Authority: CS
Inventors: Jiri Holoubek; Zdenek Konecny; Alois Prochazka
Original assignee: Jiri Holoubek; Zdenek Konecny; Alois Prochazka
Priority date: 1981-10-07
Filing date: 1981-10-07
Publication date: 1983-03-25

Abstract

Účelem vynálezu je spolehlivé zabezpečení elektrického kontaktu mezi sousedními úrovněmi vodivých spojů oddělenými vrstvou izolačního materiálu. Jeho podstata spočívá v tom, že na povrch křemíkové desky se systémy integrovaných obvodů se nejprve nanesou a vytvarují vrstvy tvořící spodní úroveň propojovací sítě, přičemž poslední z nich je vrstva hliníku legovaná nejméně 0,5 hmotnostními % křemíku a 0 až 5 hmotnostními % mědi, dále se nanese izolační mezivrstva, ve které se vyleptají otvory v místech budoucího kontaktu mezi spodní a horní úrovní propojovací sítě a k odstranění nevodivého povlaku z povrchu spodní úrovně propojovací sítě v plochách vymezených těmito otvory se použije lázeň obsahující 0,5 až 5 % vodného roztoku fluoridu amonného- NHáF, kyselého· fluoridu amonného NH4HF2 nebo kyseliny fluorovodíkové HF a 99,5 až 95 % kyseliny octové, načež se provede nanesení a vytvarování horní úrovně propojovací sítě. Vynález je možno· využít v hromadné výrobě integrovaných obvodů.The purpose of the invention is to provide reliable electrical contact between adjacent levels of conductive connections separated by a layer of insulating material. Its essence lies in the fact that layers forming the lower level of the interconnection network are first applied and shaped on the surface of a silicon wafer with integrated circuit systems, the last of which is a layer of aluminum alloyed with at least 0.5% by weight of silicon and 0 to 5% by weight of copper, then an insulating intermediate layer is applied, in which holes are etched in the places of future contact between the lower and upper levels of the interconnection network, and a bath containing 0.5 to 5% aqueous solution of ammonium fluoride - NHáF, ammonium acid fluoride NH4HF2 or hydrofluoric acid HF and 99.5 to 95% acetic acid is used to remove the non-conductive coating from the surface of the lower level of the interconnection network in the areas defined by these holes, after which the upper level of the interconnection network is applied and shaped. The invention can be used in mass production of integrated circuits.

Description

Vynález se týká způsobu vytváření víceúrovňové propojovací sítě integrovaných obvodů, při kterém je spolehlivě zabezpečen elektrický kontakt mezi sousedními úrovněmi vodivých spojů.The invention relates to a method of forming a multi-level integrated circuit interconnecting network in which electrical contact between adjacent levels of conductive connections is reliably provided.

Některé integrované obvody s vyšším stupněm integrace vyžadují propojení jednotlivých součástek mezi sebou propojovací sítí s více úrovněmi vodivých spojů. Jednotlivé úrovně vodivých spojů jsou od sebe odděleny izolačními mezivrstvami, které jsou přerušeny, například proleptány, v místech, kde je vyžadován elektricky vodivý kontakt mezi vodiči sousedních úrovní. Zejména u integrovaných obvodů s bipolárními tranzistory je obvyklé, že základním vodivým materiálem alespoň u dvou úrovní propojovací sítě je hliník, přičemž se může jednat o čistý hliník, hliník obsahující různé příměsi, jako například měď nebo křemík, nebo· několik kovových vrstev ležících n,a sobě, z nichž poslední je hliník. Při realizaci propojovací sítě takovýchto· integrovaných obvodů je nutné zabezpečit elektrický kontakt mezi dvěma vrstvami čistého nebo legovaného hliníku v oblastech vymezených otvory vyleptanými v izolační mezivrstvě. Zabezpečení elektrického kotaktu spočívá především v odstranění nevodivého povlaku z povrchu spodní hliníkové vrstvy v místech vymezených otvory vyleptanými v izolační mezivrstvě v okamžiku před nanesením horní hliníkové vrstvy a v pozdějším teplotním zpracování výsledného systému. Nevodivý povlak na povrchu hliníku je tvořen zejména oxidem hlinitím AI2O3 a jeho tlouštka je ovlivněna způsobem předchozího zpracování a může být dokonce různá na vodičích spojených s různými funkčními oblastmi integrovaného obvodu v důsledku působení elektrochemických mechanismů během předchozího zpracování.Some ICs with a higher degree of integration require the interconnection of individual components between them with an interconnection network with multiple levels of conductive connections. The individual levels of conductive connections are separated from each other by insulating interlayers which are broken, for example, etched, at locations where electrically conductive contact between conductors of adjacent levels is required. In particular, for bipolar transistor integrated circuits, it is customary that the basic conductive material of at least two levels of the interconnection network is aluminum, which may be pure aluminum, aluminum containing various impurities such as copper or silicon, or and themselves, the last of which is aluminum. When implementing the interconnection network of such integrated circuits, it is necessary to provide electrical contact between two layers of pure or alloyed aluminum in the areas delimited by the holes etched in the insulating interlayer. The security of the electrical contact consists primarily in removing the non-conductive coating from the surface of the bottom aluminum layer at the points delimited by the holes etched in the insulating interlayer immediately before the top aluminum layer is applied and at a later temperature treatment of the resulting system. The non-conductive coating on the aluminum surface is mainly composed of Al2O3 aluminum oxide and its thickness is influenced by the pretreatment method and may even vary on wires associated with different functional areas of the integrated circuit due to the action of electrochemical mechanisms during pretreatment.

Na odstranění nevodivé vrstvy z povrchu hliníku bylo vypracováno několik metod. Známé metody však nejsou použitelné univerzálně a mají celou řadu nevyhoď. Nejjednodušší je oplach ve zředěné kyselině fosforečné H3PO4 zahřáté na teplotu 40 až 80 °C. Při této metodě je třeba na každém zpracovávaném vzorku individuálně určovat dobu působení lázně podle viditelného náběhu leptací reakce provázené tvorbou bublinek, nebot kyselina fosforečná leptá i hliník a při delším působení lázně hrozí nebezpečí odleptání příliš velké části samotné hliníkové vrstvy. Metoda je proto· vhodná pouze v laboratorních podmínkách. Nežádoucímu leptání hliníku v kyselině fosforečné je možno zabránit přidáním oxidu chromového· CrO3. Takováto lázeň leptá již pouze oxid hlinitý AI2O3, avšak modifikuje povrch hliníku nežádoucím způsobem tak, že je nutný ještě krátký následný oplach v čisté kyselině fosforečné. Dalšími nevýhodami lázně jsou vysoká toxicita šestimocného chrómu a s ní související problémy s likvidací odpadu a značná citlivost na přítomnost zbytků organických látek, například fotorezistů. Lázeň je zcela nepoužitelná pro aplikaci na vícevrstvové systémy typu EtSi TiW — Al, u nichž díky změně elektrochemického potenciálu povrchu hliníku dochází k preferovanému napadání určitých oblastí v době, kdy je lázeň v jiných oblastech ještě nedostatečně účinná. Další možnou metodou je užití fluoridových leptacích lázní, tj; lázní obsahujících kyselinu fluorovodíkovou HF, fluorid amonný NHiF, nebo kyselý fluorid amonný NH4HF2. Také tyto: lázně napadají samotný hliník a pracují různě rychle v oblastech s odlišným elektrochemickým potenciálem. Náhradou části vody jiným médiem, například ethylenglykolem, lze snížit agresivitu lázně vůči hliníku, současně však rostou problémy sé ' zabezpečením meziúrovňového elektrického· kontaktu.Several methods have been developed to remove the non-conductive layer from the aluminum surface. However, the known methods are not universally applicable and have a wide range of discard. The simplest is to rinse in dilute phosphoric acid H3PO4 heated to 40 to 80 ° C. With this method, the treatment time of each bath should be individually determined according to the visible start of the etching reaction accompanied by the formation of bubbles, since phosphoric acid also etches aluminum and there is a danger of etching too much of the aluminum layer itself. Therefore, the method is only suitable in laboratory conditions. Undesirable etching of aluminum in phosphoric acid can be prevented by the addition of CrO3. Such a bath only etch Al2O3 alumina, but modifies the aluminum surface undesirably, so that a short subsequent rinse in pure phosphoric acid is required. Other disadvantages of the bath are the high toxicity of hexavalent chromium and the associated waste disposal problems and considerable sensitivity to the presence of residues of organic substances, such as photoresists. The bath is completely unusable for application to EtSi TiW-Al multilayer systems, where the change in the electrochemical potential of the aluminum surface results in the preferred attack of certain areas at a time when the bath is still ineffective in other areas. Another possible method is the use of fluoride etching baths, ie; baths containing hydrofluoric acid HF, ammonium fluoride NHiF, or acidic ammonium fluoride NH4HF2. Also these: baths attack aluminum alone and work at different speeds in areas with different electrochemical potential. By replacing some of the water with another medium, for example ethylene glycol, the bath aggressiveness towards aluminum can be reduced, but at the same time problems arise in providing inter-level electrical contact.

Uvedené nevýhody odstraňuje způsob vytváření víceúrovňové propojovací sítě integrovaných obvodů podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že na povrch křemíkové desky se systémy integrovaných· obvodů se nejprve nanesou a vytvarují vrst/y tvořící spodní úroveň propojovací sítě, přičemž poslední z nich je vrstva hliníku legovaná nejméně 0,5 hmotnostními % křemíku a 0 až 5 hmotnostníchi % mědi, dále .se nanese izolační mezivrstva, ve které se vyleptají otvory v místech budoucího kontaktu mezi spodní a horní úrovní propojovací sítě. K odstranění nevodivého· povlaku z povrchu spodní úrovně propojovací sítě v plochách vymezených těmito otvory se použije lázeň obsahující 0,5 až 5 % vodného roztoku fluoridu amonného· NhítF, kyselého fluoridu amonného MH4HF2 nebo kyše?· líny fluorovodíkové.· HE a 99,5 až 95· kyseliny octové,, načež se provede.¹ nanesfiníra· vytvarování horní úrovně propojovací sítě.The above-mentioned disadvantages are overcome by the method of forming a multi-level integrated circuit interconnecting network according to the invention, which consists in applying to the surface of a silicon wafer with integrated circuit systems first forming and forming a layer forming the lower level of the interconnecting network. alloyed with at least 0.5% by weight of silicon and 0 to 5% by weight of copper, an insulating interlayer is applied in which holes are etched at the points of future contact between the lower and upper levels of the interconnection network. A bath containing 0.5 to 5% aqueous ammonium fluoride solution · NhitF, acidic ammonium fluoride MH4HF2 or hydrofluoric acid · HE and 99.5 shall be used to remove the non-conductive coating from the lower level surface of the interconnection network in the areas defined by these openings. Up to 95% acetic acid is used. ¹ nanosphere · shaping the upper level of the interconnection network.

Postup je použitelný univerzálně, a: to i v případech, kdy spodní) úroveň propojovací sítě je tvořena více kovovými vrstvami, například trojvr.stvou .P.tSi — TiW —- Al. Obsah křemíku v hliníku je nutnou: podmínkou pro správnou funkci lázně z hledisk-ai zabezpečení meziúrovňového> elektrického· kontaktu;. Jelikož uvedená, lázeň prakticky nenapadá hliník, může být doba jejího· působení dostatečně dlouhá. Doba působení lázně je tedy omezená hlavně přípustným napadením izolační mezivrstvy,, kterou bývá· zpravidla oixid křemičitý S1O2 a její optimum leží v rozmezil až 5·minutThe process is universally applicable, even in cases where the lower level of the interconnection network is made up of a plurality of metal layers, for example a three-layer layer. The silicon content of aluminum is a prerequisite for the proper functioning of the bath in terms of ensuring inter-level electrical contact. Since the bath practically does not attack aluminum, its duration may be sufficiently long. The bath time is therefore limited mainly by the permissible attack of the insulating interlayer, which is usually · SiO2 silica and its optimum lies in the range of up to 5 · minutes.

Užití způsobu vytváření víceúrovňové propojovací sítě integrovaných obvodů dlě; vynálezu je dále objasněno na konkrétním· příkladu. Jedná se o integrovaný obvod s propojovací sítí tvořenou dvěmi úrovněmi vodivých spojů oddělenými izolační mezivrstvou oxidu křemičitého S1O2, přičemž kontakty ke křemíku jsou vytvořeny pomocí silicidu platiny PtSi. Spodní úroveň propojovací sítě doplňují dále vrstvy 150 nm pseudoslitiny W + 10 hmotnostních % Ti, dále TiW a 600 nm AI. V daném případě je vrstva hliníku oddělena od křemíku vrstvou pseudoslitiny TiW a za normálních okolností by neobsahovala ani stopové množství křemíku. Kvůli aplikaci postupu dle vynálezu je nutno , vrstvu hliníku legovat křemíkem, například simultánním odpařováním hliníku a křemíku ve vakuu tak, aby obsahovala 1 hmptnostní % křemíku. Dvojvrstva TiW — AI je dále tvarována s využitím fotolitografických postupů a výsledkepi je kompletní spodní úroveň propojovací sítě. Následuje depozice izolační vrstvy oxidu křemičitého SiOz o tloušťce 800 nm chemickou cestou z plynné fáze a další fotolitografické tvarování, které vymezuje oblasti kontaktu mezi spodní a horní úrovní propojovací sítě. Odstranění nevodivého povlaku z hliníku v těchto oblastech je provedeno v lázni dle vynálezu o složení 99 dílů kyseliny octové a 1 dílu leptací lázně pro leptání oxidu křemičitého S1O2. Doba působení je 1 minuta při pokojové teplotě. Následuje oplach ve vodě, usušení a nanesení vrstvy hliníku o tloušťce 1,8 ₍«m, která bude po fotolitografickém tvarování tvořit horní úroveň propojovací sítě. Závěrečnou operací je nezbytné teplotní formování meziúrovňového kontaktu. V uvedeném případě je dostatečné žíhání v atmosféře N2 po dobu 20 minut při teplotě 390 °C.Use of a method of creating a multilevel integrated circuit interconnect network of a long time; The invention is further illustrated by a specific example. It is an integrated circuit with an interconnecting network consisting of two levels of conductive connections separated by an insulating silicon dioxide interlayer S1O2, the contacts to the silicon being formed using PtSi platinum silicide. The lower level of the interconnection network is further supplemented by layers of 150 nm pseudo-alloy W + 10 wt% Ti, TiW and 600 nm Al. In the present case, the aluminum layer is separated from the silicon by a TiW pseudo-alloy layer and would normally not contain trace amounts of silicon. In order to apply the process of the invention, it is necessary to alloy the aluminum layer with silicon, for example by simultaneous evaporation of aluminum and silicon under vacuum to contain 1 wt% silicon. The TiW - AI bilayer is further shaped using photolithographic techniques and the result is a complete lower level of the interconnection network. This is followed by the deposition of an 800 nm SiO2 silicon dioxide layer by chemical means from the gas phase and another photolithographic shaping that delimits the areas of contact between the lower and upper levels of the interconnection network. The removal of the non-conductive coating from aluminum in these areas is carried out in a bath according to the invention of 99 parts acetic acid and 1 part etching bath for etching silica S1O2. The treatment time is 1 minute at room temperature. This is followed by rinsing in water, drying and application of a 1.8 _[ mu] m aluminum layer which, after photolithographic shaping, will form the upper level of the interconnection network. The final operation is thermal forming of the interfacial contact. 20 minutes at 390 ° C.

Claims

A method of forming a multi-level integrated circuit interconnecting network, wherein electrical contact between two levels of conductive connections separated by a layer of insulating material is provided, characterized in that the layers forming the lower level of the interconnecting network are first applied and tared on the silicon wafer surface. the last of which is an aluminum layer alloyed with at least 0.5% by weight of silicon and up to 5% by weight of copper, then an insulating interlayer is applied in which openings are etched at future contact points between the lower and upper levels of the interconnector and a bath containing 0,5 to 5% aqueous ammonium fluoride NH4F, acidic ammonium fluoride NH4HF2 or hydrofluoric acid HF and 99,5 to 95% acetic acid shall be used for the surface area of the lower level of the interconnection net in areas invented through these openings. thereby applying and shaping the upper level of the interconnection network.

2. A method of forming a multi-level integrated circuit interconnecting network according to claim 1, characterized in that the lower level of the integrated circuit interconnecting network is formed by contacting silicon from PtSi or PdzSi silicide, Tt-W alloy separation layer and at least 0 % By weight of silicon and up to 5% by weight of copper.