SU1160896A1 - Материал дл изготовлени тонкопленочных межсоединений интегральных микросхем - Google Patents

Description

ровностей микрорельефа поверхности пленок (ширина в основании 0,6 мкм и высота 0,2-0,3 мкм), сравнимые с толщиной межуровневого диэлектрика ( 0,3-0,4 мкм), затрудн ют использование пленок из алюмини , содержащего добавки кремни , при многоуровневой разводке межсоединении ИМС за счет отказов, обусловленных разрушением межуровневого диэлектрика неровност ми микрорельефа поверхности пленок и короткого замыкани  между провод щими сло ми.

Наиболее близким техническим решением  вл етс  материал дл  изготовлени  тонкопленочных межсоединений ИМС на основе алюмини , содержащий редкоземельный металл (РМЗ) или смесь редкоземельных металлов.

Достоинства такого материала дл  изготовлени  межсоединений ИМС состо т в высокой устойчивости тонких пленок из него к отказам, обусловленным массопереносом под действием электрического тока и коррозии, высокой свариваемости алюминиевой и золотой проволокой. Высока  степень дискретности пленок, средний размер зерен при содержании, например. Но в количестве 0,7 мас.% составл ет 0,1-0,15 мкм, сохран юща с  при термообработке при температуре - 475-500°С, позвол ет формировать межсоединени  ИМС с минимальной шириной 0,5-2,0 мкм.

К недостаткам материала дл  изготовлени  тонкопленочнь Х межсоединений ИМС на основе алюмини  с добавками редкоземельных металлов относитс  то, что переходное контактное сопротивление (Rx) тонких пленок алюмини , содержащ-лх до .бзвки редкоземельных металлов, на 25-35% выше, чем R,c, гтенок алюмини  к кремни n-тмпа, и на 35-40% выше, чем RK пленок алюмини , содержащих добавки кремни .

Цель изобретени  - улучшение электрофизических свойств тонкопленочных межсоединений ИМС м полупроводниковых приборов преимущественно с мелкими р-ппереходами и микронными и субмикронными размерами элементов при сохранении высокой устойчивости к отказам, обусловленным массопереносом под действием электрического тока и коррозии, высокого качества микросварки алюминиевой и золотой проволокой.

Цель достигаетс  тем, что материал дл  изготовлени  тонкопле.ночных межсоединений ИМС на основе алюмини , содержащий редкоземельный металл и/или смесь редкоземельных металАюв, дополнительно содержит кремний при следующем содержании компонентов, мае,%:

Редкоземельные

металлы и/или смеси

редкоземельных

металлов0,01-4,0

Кремний0,1-2,0

АлюминийОстальное

Количественный состав компонентов, вход щих в данный материал, определ етс  по их вли нию на размер зерен тонкой пленки, полученной из этого материала, переходное контактное сопротивление к кремнию, рельеф поверхности пленки.

Нижн   граница вход щих в данный материал ингредиентов определ ет миии5 мальное содержание примеси, при которой наблюдаетс  эффект уменьшени  контактного сопротивлени  тонкой пленки и сохран ютс  необходимые требовани  по размеру зерен, микрорельефу поверхности

0 (см.табл.1, в которой приведены примеры граничных и оптимального количества содержани  ингредиентов), а также сохран ютс  высока  устойчивость к отказам, обусловленным массопереносом под действием электрического тока и коррозии, высокое качество микросварки алюминиевой и золотой проволокой. Повышение устойчивости к отказам, обусловленным массопереносом под действием электрического токаи

0 коррозии, а также качества ультразвуковой микросварки достигаетс  введением в пленку примесей РЗМ. Верхн   граница определ етто максимальное содержание примеси, при которомтакже имеетместо уменьшение

5 RK при сохранении прочих вышеуказанных свойств.

Материал получают обычным способом плавки алюмини , кремни , РЗМ и/или смесей РЗМ в дуговой печи, например, марки

0 L-200 с нерасходуемым вольфрамовым электродом на медном водоохлаждаемом поддоне в атмосфере инертного газа. Перемешивание сплава осуществл етс  в этом случае с помощью дуги. Услови  плавки следующие: давление гели  в печи 400 мм рт.ст., ток- 1200-1600 А при напр жении 30-40 В. Врем  одного переплава 3-5 мин. Дл  более равномерного распределени  РЗМ и SI каждый слиток переплавл ли 3-4

О раза. Затем проводили гомогенизирующий отжиг слитков на воздухе в течение 3-4 ч при температуре 450°С. Слитки имели диаметр 100 мм и высоту 8 мм. Из этих слитков готовили м-ишени дл 

5 магнетронного распылени  материала. Дл  этого их обрабатывали на токарном станке при скорости обработки 63 об/мин. При этом исключалось использование охлаждаемых эмульсий. После обработки на токарном станке мишени имели

размеры: диаметр 95-0,5 мм, толщина 5,5 мм.

Перед помещением в устройство дл  магнетронного распылени  полученные мишени обрабатывались в полирующем растворе следующего состава: НзРО - 16 частей, НМОз- 1 часть, СНзСООН - 1 часть, Н20 - 2 части в течение 3-5 мин, при температуре 30-40 С. Услови  получени  тонких пленок методом магнетронного распылени  мишени диаметром 95 мм и толщиной 5 мм следующие: ток мишени - 1,0-1,5 А, им 520-5бО В, давление аргона в камере 1,3 мм рт.ст., температура кремниевой подложки была равной 170 С. Скорость напылени  пленки при этих услови х 0,02-0,04 мкм/с. При этих же услови х распыл ли и алюминий (марка А99), а также материалы дл  изготовлени  межсоединений на основе алюмини  с добавками РЗМ и S1.

Результаты сравнительных испытаний представлены в табл. 2 При определении переходного контактного сопротивлени  замер ли сопротивление цепочки из 18 контактов натестовом элементе. Доза легировани  n-области была равной 700 мкКл. Из табл.2 следует, что предложенный материал имеет более низкое контактное сопротивление к кремнию, чем известные материалы, при сохранении высокой устойчивости к отказам, обусловленным массопереносом под действием электрического тока. Оценка величины нормального электродного потенциала в растворе этиленгликол  пленок алюмини  с добавками РЗМ и SI показала, что он менее отрицателен, чем дл  алюмини , а также алюглини  с добавками SI, и по пор дку величины сравним с нормальным электродным потенциалом алюмини  с добавками РЗМ 0,48 В (см.табл.2). Это позвол ет заключить о высокой коррозионной стойкости тонкопленочных межсоединений ИМС на основе предлагаемого материала.

Были получены также материалы на основе алюмини  и других РЗМ, содержащие кремний. Использовали Y: Yb; Се; Nd и другие РЗМ. Результаты исследовани  RK, среднего размера зерен, микрорельефа поверхности и других свойстз незначительно отл 1чаютс  от представленных в табл.1 и 2. Использовали также мишметалл - смесь РЗМ, содержащий Се - 45-50; Nd - 18; Рг 5: Sm - 1; La - 20-25; остальное: примеси У, Eu,Tb и другие РЗМ, i а также А1; Со; Са; Мп; SI; N1; РЙ: Fe; С. Результаты аналогичны. В частности, РК - 250-300 Ом. Микрорельеф поверхности, средний размер зерен пленок, средн   наработка на отказ, нормальный электродный потенциал - все эти характеристики по величине незначительно отличаютс  от тех, которые были получены на образцах AI+Ho+SI; AI+Tb+Sl; AI+Eu+St.

. Таким образом, данный материал дл  изготовлени  тонкопленочных межсоединений ИМС, используемый и дл  полупроводниковых приборов, имеет существенные преимущества по сравнению с известными: по величине микронеровностей рельефа поверхности пленок, полученных путем его распылени , и более равномерному распределению зерен по размеру, а также величине переходного контактного сопротивлени  к кремнию. При этом сохран етс  высока  устойчивость тонкопленочных проводников из указанного материала к отказам, обусловленным .массопереносом под действием электрического тока и коррозии, а также высокое качество микросварки алюминиевой и золотой проволокой

Материал можно также использовать при изготовлении межсоединений МОП-интегральных микросхем с мелкими р -п-пере-. ходами и многоуровневой системой разводки, например, при изготовлении микросхем дл  электронных наручных часов, а также микросхем другого назначени .

Зависимость контактного сопротивлени  и размера зерен от состава матеТаблица 1 риала

Claims (1)

1. (54X57) МАТЕРИАЛ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ МЕЖСОЕДИНЕНИЙ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ (ИМС) на основе алюминия, содержащий редкоземельный металл и/или смесь редкоземельных металлов, отличающийся тем, что. с целью улучшения электрофизических свойств тонкопленочных межсоединений ИМС при сохранении высокой устойчивости к отказам, он дополнительно содержит кремний при следующем содержании компонентов, мас.%:

   Редкоземельный металл и/или смеси редкоземельных металлов 0,01-4,0 Кремний 0,1-2,0 · Алюминий Остальное