RU161589U1 - Мощная полупроводниковая микросхема - Google Patents
Мощная полупроводниковая микросхема Download PDFInfo
- Publication number
- RU161589U1 RU161589U1 RU2015142316/28U RU2015142316U RU161589U1 RU 161589 U1 RU161589 U1 RU 161589U1 RU 2015142316/28 U RU2015142316/28 U RU 2015142316/28U RU 2015142316 U RU2015142316 U RU 2015142316U RU 161589 U1 RU161589 U1 RU 161589U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- aluminum
- metallization
- copper
- metallization layer
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims abstract description 44
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 35
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 31
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 15
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000000637 aluminium metallisation Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 4
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- YXLXNENXOJSQEI-UHFFFAOYSA-L Oxine-copper Chemical compound [Cu+2].C1=CN=C2C([O-])=CC=CC2=C1.C1=CN=C2C([O-])=CC=CC2=C1 YXLXNENXOJSQEI-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Substances [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 argon ion Chemical class 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- OYLRFHLPEAGKJU-UHFFFAOYSA-N phosphane silicic acid Chemical compound P.[Si](O)(O)(O)O OYLRFHLPEAGKJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
Мощная полупроводниковая микросхема, состоящая из полупроводниковой подложки со сформированным в ней мощным полупроводниковым прибором и схемой управления, слоем тонкой металлизации из алюминия, диэлектрического покрытия с окнами к первому слою металлизации, второго слоя толстой металлизации из меди, полученного методом электроосаждения и состоящего из барьерного, затравочного слоев и слоя меди, отличающаяся тем, что перед барьерным слоем сформирован буферный слой из алюминия толщиной до 0,05-0,5 мкм, причем первый слой металлизации из алюминия должен быть легирован кремнием с концентрацией 0,5-1% (вес).
Description
Областью применения данной полезной модели является микроэлектроника, а именно - конструкции современных мощных полупроводниковых микросхем с применением силовой металлизации на основе меди.
Известна полупроводниковая микросхема, состоящая из полупроводниковой подложки, со сформированными в ней полупроводниковыми элементами, слоем тонкой металлизации на основе алюминия, диэлектрическим слоем с отверстием к первому слою металлизации и со сформированным поверх диэлектрического слоя методом электроосаждения вторым слоем толстой металлизации из меди (см, например, книгу Alan Hastings The Art of Analog layout, second edition, pp.71-72). Толстая металлизация из меди позволяет существенно улучшить устойчивость металлизации к электромиграции, уменьшить электрическое сопротивление, повысить плотность тока металлизации и требует существенно меньшую площадь для размещения. Металлизация из меди соединена с первым слоем металлизации из алюминия через контактные окна в диэлектрическом слое с помощью барьерного (например, титана) и затравочного слоя меди.
Наиболее близкой к предлагаемой является мощная полупроводниковая микросхема, состоящая из полупроводниковой подложки, со сформированным в ней мощным полупроводниковым прибором и схемой управления, первым слоем тонкой металлизации для подачи сигнала управления и коммутации, диэлектрическим слоем с отверстием к первому слою металлизации и со сформированным поверх диэлектрического слоя методом электроосаждения вторым слоем толстой металлизации из меди (см. статью Dr. Jae Song Thick copper paves way for high-current drive in high-voltage power ICs на ресурсе http://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1278747).Учитывая то, что медь имеет неудовлетворительную адгезию к диэлектрическим покрытиям, металлизация из меди, полученная методом электроосаждения, представляет собой многослойную структуру: нижний слой - Ti, Та, Cr, W толщиной 10-15 нм, затравочный слой из меди толщиной 0,1-0,15 мкм и, собственно, слой меди толщиной обычно 5-25 мкм, полученный методом электроосаждения.
Основным недостатком данной микросхемы является то, что при нанесении барьерных слоев Ti, Та, Cr они образуют плохой контакт со слоем из алюминия из-за наличия Al2O3 на поверхности металлизации. Обычно Al2O3 удаляют методом ионного распыления аргоном. Однако, при нанесении барьерных слоев Ti, Та, Cr, которые обладают значительным сродством к кислороду и, в результате, чего между слоем металлизации из алюминия и барьерным слоем образуется слабопроводящий окисный слой. Также Ti, Та, Cr практически не растворяются в алюминии в диапазоне температур до 600°С, что не позволяет улучшить качество контакта путем термообработки.
Техническим результатом данной полезной модели является повышение качества и надежности мощных полупроводниковых микросхем за счет улучшения электрического контакта между слоем металлизации из алюминия и вторым слоем металлизации из меди.
Указанный технический результат достигается тем, что в отличие от известной мощной полупроводниковой микросхемы, состоящей из полупроводниковой подложки со сформированным в ней мощным полупроводниковым прибором и схемой управления, слоем тонкой металлизации из алюминия, диэлектрического покрытия с окнами к первому слою металлизации, второго слоя толстой металлизации из меди, полученного методом электроосаждения и состоящего из барьерного, затравочного слоев и слоя меди, в предлагаемой перед барьерным слоем сформирован буферный слой из алюминия толщиной до 0,05-0,5 мкм, причем первый слой металлизации из алюминия должен быть легирован кремнием с концентрацией 0,5-1% (вес).
Новым в предлагаемой полезной модели является то, что перед барьерным слоем сформирован дополнительный буферный слой из алюминия толщиной до 0,05-0,5 мкм, причем первый слой металлизации из алюминия должен быть легирован кремнием с концентрацией 0,5-1% (вес). При нанесении буферного слоя из алюминия в момент осаждения этого слоя в окна диэлектрического покрытия происходит диффузия атомов кремния по границам зерен алюминия из первого слоя металлизации из алюминия в буферный слой. Из-за диффузии происходит диффузионная сварка и соединение первого слоя металлизации из алюминия с буферным слоем из алюминия, что гарантирует контакт.
Процентное содержание кремния 0,5-1% (вес.) выбрано исходя из предела растворимости кремния в алюминии при температурах 350-500°С. Диапазон выбранных температур автоматически обеспечивается при напылении буферного слоя из алюминия из-за отдачи теплоты конденсации буферного слоя из алюминия в кристалл микросхемы, а также при стандартной термообработке медной металлизации после электрохимического осаждения при температуре 450°С.
Увеличение процентного содержания кремния более 1% является избыточным.
Уменьшение процентного содержания кремния менее 0,5% приводит к увеличению сопротивления контакта между первым слоем металлизации из алюминия и буферным слоем из алюминия.
Минимальная толщина буферного слоя из алюминия составляет 0,05 мкм, что необходимо для получения воспроизводимости толщины алюминия и обеспечения достаточного для обеспечения контакта количества диффундирующего кремния, если он содержится в буферном слое из алюминия.
Максимальная толщина буферного слоя из алюминия составляет 0,5 мкм. Дальнейшее увеличение толщины нецелесообразно, так как при удалении затравочного и барьерного слоя после нанесения слоя меди, полученного методом электроосаждения, величина подтрава буферного слоя из алюминия увеличивается с увеличением толщины, что может привести к разрушению толстой металлизации из меди при механическом воздействии силы, параллельной плоскости пластины, например, при дальнейшей обработке пластин и сборке мощных полупроводниковых микросхем. При этом подтрав буферного слоя из алюминия играет роль концентратора механических напряжений.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фигурой. На фиг. 1 приведена конструкция мощной полупроводниковой микросхемы.
Позициями на фиг. 1 обозначены: 1 - кремниевая подложка;
2 - истоки и стоки латерального МОП - транзистора, изготовленного методом двойной диффузии;
3 - слой оксида кремния;
4 - слой металлизации из алюминия;
5 - диэлектрическое покрытие;
6 - буферный слой из алюминия;
7 - барьерный слой, выполненный из титана;
8 - затравочный слой;
9 - слой металлизации из меди, полученный методом электроосаждения.
На фиг. 1 приведен разрез предлагаемой мощной полупроводниковой микросхемы, которую можно изготовить, выполняя описанные ниже операции.
На кремниевую подложку 1 микросхемы с мощным полупроводниковым прибором (например, латеральным МОП - транзистором, изготовленным методом двойной диффузии 2) с диэлектрическим покрытием 3 (SiO2, Si3N4) толщиной 0,4-1 мкм для формирования слоя металлизации из алюминия 4 напыляют слой алюминия толщиной 1 мкм, проводят фотолитографию этого слоя, затем формируют слой следующего диэлектрического покрытия 5 (например, низкотемпературное фосфорно-силикатное стекло толщиной 1-1,2 мкм). Далее методом фотолитографии формируют контактные окна к слою металлизации 4.
Далее методом магнетронного распыления в одном процессе последовательно наносится буферный слой из алюминия 6 толщиной 0,07 мкм, легированный кремнием с концентрацией 0,7% (вес), барьерный слой из титана 7 толщиной 10-20 нм и затравочный слой из меди 8 толщиной 0,1 мкм. Для формирования слоя металлизации из меди 9, наносится слой негативного фоторезиста, например, фоторезист AZnxt-15, толщиной, равной толщине металлизации из меди (например, 12 мкм). С помощью метода фотолитографии в фоторезисте вскрывают окна для формирования слоя металлизации из меди и доступа к участкам слоя металлизации из алюминия 4.
Перед нанесением слоя толстой металлизации из меди 9 затравочный слой 8 активируют в среде плазмы. Далее методом электрохимического осаждения формируют слой металлизации из меди 9 в следующих условиях:
- плотность тока 1 А/дм2;
- температура 18…25°С.
Далее жидкостным травлением удаляют негативный фоторезист, буферный слой 6, барьерный слой 7 и затравочный слой 8 из мест свободных от слоя металлизации из меди 9. Затем проводят термообработку полученного слоя металлизации из меди 9 в условиях вакуума при температуре 450°С в течение 30 минут и получают готовую микросхему (см. фиг. 1).
В таблице 1 приведены результаты испытаний разработанной по данной полезной модели мощной полупроводниковой микросхемы. Оценка качества микросхемы проводилась по специальной тестовой цепочке. Тестовая цепочка состоит из последовательно соединенных через 118 окон в диэлектрическом покрытии 60 участков металлизации из алюминия и 59 участков металлизации из меди. Расчетное сопротивление тестовой цепочки составляет 9,2 Ом.
Анализ таблицы показывает, что использование заявляемых параметров буферного слоя из алюминия мощной полупроводниковой микросхемы позволяет улучшить электрический контакт между слоем металлизации из алюминия и вторым слоем металлизации из меди и повысить выход годных кристаллов.
Claims (1)
- Мощная полупроводниковая микросхема, состоящая из полупроводниковой подложки со сформированным в ней мощным полупроводниковым прибором и схемой управления, слоем тонкой металлизации из алюминия, диэлектрического покрытия с окнами к первому слою металлизации, второго слоя толстой металлизации из меди, полученного методом электроосаждения и состоящего из барьерного, затравочного слоев и слоя меди, отличающаяся тем, что перед барьерным слоем сформирован буферный слой из алюминия толщиной до 0,05-0,5 мкм, причем первый слой металлизации из алюминия должен быть легирован кремнием с концентрацией 0,5-1% (вес).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015142316/28U RU161589U1 (ru) | 2015-10-05 | 2015-10-05 | Мощная полупроводниковая микросхема |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015142316/28U RU161589U1 (ru) | 2015-10-05 | 2015-10-05 | Мощная полупроводниковая микросхема |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU161589U1 true RU161589U1 (ru) | 2016-04-27 |
Family
ID=55859633
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015142316/28U RU161589U1 (ru) | 2015-10-05 | 2015-10-05 | Мощная полупроводниковая микросхема |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU161589U1 (ru) |
-
2015
- 2015-10-05 RU RU2015142316/28U patent/RU161589U1/ru active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4555540B2 (ja) | 半導体装置 | |
US20140061923A1 (en) | Structure to increase resistance to electromigration | |
CN105762112A (zh) | 薄膜晶体管阵列基板及其制备方法、显示装置 | |
JP2008502156A (ja) | 接触抵抗が低減された半導体デバイス | |
Schnable et al. | Aluminum metallization—Advantages and limitations for integrated circuit applications | |
TW200830503A (en) | A metallization layer stack without a terminal aluminum metal layer | |
TW200832580A (en) | Power MOSFET wafer level chip-scale pakage | |
JP2018538700A (ja) | 半導体デバイスのための耐酸化障壁金属プロセス | |
US8735904B2 (en) | Semiconductor device | |
KR0154139B1 (ko) | 절연 기판의 주표면상에 박막성분 및 전기적 상호 연결부를 포함하는 회로 및 그의 형성방법 | |
RU161589U1 (ru) | Мощная полупроводниковая микросхема | |
TWI469258B (zh) | 形成貫穿基板之通道的方法 | |
RU163838U1 (ru) | Мощная полупроводниковая микросхема | |
US9006899B2 (en) | Layer stack | |
CN105374701A (zh) | 电镀工艺中的活化处理 | |
Kilgore | Electromigration in gold interconnects | |
RU161515U1 (ru) | Мощная полупроводниковая микросхема | |
JP2001160590A (ja) | 配線の形成方法及び半導体装置の製造方法 | |
Yi et al. | The self-formatting barrier characteristics of Cu–Mg/SiO2 and Cu–Ru/SiO2 films for Cu interconnects | |
US7446037B2 (en) | Cladded silver and silver alloy metallization for improved adhesion and electromigration resistance | |
RU156867U1 (ru) | Мощная полупроводниковая микросхема | |
RU163839U1 (ru) | Мощная полупроводниковая микросхема | |
TWI423415B (zh) | 具有低阻值基材與低損耗功率之半導體結構 | |
CN102054760A (zh) | 铜互连结构的形成方法 | |
RU187908U1 (ru) | Затравочный слой медной металлизации интегральных схем |