Разработка маршрутной технологии металлизации структуры интегральных схем на БиКМОП элементах (металлизация Al-SiO2-Al)

Размещено на http://www.allbest.ru/

14

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Белорусский государственный университет

информатики и радиоэлектроники»

Кафедра микро-и наноэлектроники

Контрольная работа по курсу

Технология изготовления интегральных микросхем (ТИИМС)

Разработка маршрутной технологии металлизации структуры интегральных схем на БиКМОП элементах (металлизация Al-SiO₂-Al)

Минск 2015

1. Осаждение борфосфоросиликатного стекла (БФСС)

Толщина БФСС 0,6 мкм.

1 - Исходная кремниевая подложка; 2 - Слой эпитаксиально наращенного кремния n-типа; 3 - Охранные p⁺-слои; 4 ? Слой планаризующего оксида кремния SiO₂; 5 ? борфосфоросиликатное стекло (БФСС); 6 ? База; 7 - Эмиттер биполярного транзистора; 8 - Второй слой поликристаллического кремния; 9 - Охранные p⁺-слои нитрида кремния Si₃N₄; 10 ? p-карман; 11 - Подлегирование канала; 12 - Исток-стоковые области; 13 - Среднетемпературный оксид кремния (СТО); 14 ? n⁺-скрытый слой; 15 ? p⁺-скрытый слой; 16 - n-карман.

2. Оплавление БФСС

Применение двухуровневой металлизации требует максимальной планаризации рельефа. В качестве первого диэлектрика используется БФСС. Это позволяет провести планаризацию рельефа за счет низкотемпературного оплавления (850С, 45 мин в кислородной атмосфере).

3. Фотолитография I - "контакты 1". Нанесение фоторезиста

Для нанесения слоя фоторезиста на подложки используют методы центрифугирования, пульверизации, электростатичес кий, окунания и полива. Кроме того, применяют накатку пленки сухого фоторезиста.

Используя метод центрифугирования, можно в зависи мости от вязкости фоторезиста регулировать толщину его слоя от 0,4 до 3,5 мкм, изменяя частоту вращения центрифуги от 1500 до 8000 об/мин. При малых скоростях центрифугирования слой фоторезиста получается неровным и наблюдается его утол щение по краям подложки.

Выбирая толщину слоя фоторезиста, необходимо учитывать, что он должен обладать высокой разрешающей способностью (чем меньше толщина, тем выше разрешающая способность) и не терять стойкости к травителю. Кроме того, слой фоторезис та не должен иметь дефектов в виде проколов, количество кото рых с уменьшением толщины увеличивается. Следовательно, толщина слоя фоторезиста должна быть наименьшей, но доста точной для обеспечения его стойкости к травителю и обеспечи вать малую дефектность [3].

4. Фотолитография I - "контакты 1". Экспонирование

Экспонирование фоторезистивного слоя - технологическая операция по формированию защитного рельефа, обеспечивающая перенос изображения с фотошаблона на пластину. В качестве источников света при экспонировании могут использоваться лампы сверхвысокочастотных (СВЧ) разрядов низкого давления мощностью от 100 до 500 Вт, интенсивно излучающие в коротковолновой области спектра, что соответствует полосе максимальной чувствительности большинства фоторезистов (300 - 450 нм) [4].

5. Фотолитография I - "контакты 1". Проявление фоторезиста

Проявление позитивных резистов осуществляется в водных растворах щелочей: 0,3 - 0,5% раствор гидроксида калия KOH, 1 - 2% раствор фосфата натрия Na₃PO₄, органических щелочей - этаноламинов. При проявлении необходимо контролировать температуру и величину рН проявителя. При изменении величины рН всего лишь на 1% размер элемента меняется примерно на 10 % от номинала. Для проявления негативных фоторезистов используются органические растворители.

Сушка проявленного слоя проводится при температурах 140 - 180°С. От характера изменения температуры во время сушки зависит точность передачи размеров изображений. Резкий нагрев вызывает оплывание краев, поэтому для точной передачи малых (1 - 2 мкм) размеров следует применять плавное или ступенчатое повышение температуры. Примерный режим сушки позитивного резиста ФП-383: 10 - 15 минут при комнатной температуре, 20 - 25 минут в термостате при 120°С, затем переключение термостата и нагревание до 150 - 160°С [4].

6. Плазмохимическое травление СТО+БФСС

7. Удаление фоторезиста

При плазмохимическом удалении фоторезиста подложки обычно обрабатывают в кислородной плазме, состоящей из атомарного кислорода (10-20 %), озона, возбужденных молекул кислорода (10-20%), а также его положительных и отрицательных ионов. Протекание процессов окисления, а затем разложения фоторезиста в газовом разряде зависит от температуры, поэтому обработку фоторезиста в плазме проводят при температуре выше 1000С. Рабочая ВЧ-мощность не должна превышать 500 Вт [5].

Для удаления фоторезистивной пленки кроме плазмохимического метода может быть ис пользован фототермический метод (СВЧ излучение), результатом которого является окислительная деструкция пленки в кислороде или кислородсодержащих газах. Удаление фоторезиста осуществляется при температуре подложки 400…430 К в атмосфере кисло рода при давлении 6,610⁴ Па и скорости потока 50 л/мин под воздействием ультрафиолетового излучения с плотностью потока энергии 2,4 Вт/см², создаваемого СВЧ разрядной лам пой, наполненной смесью аргона с парами ртути. В зависи мости от режимов обработки и типа фоторезиста время пол ного удаления пленки лежит в интервале 15…30 мин [4].

8. Оплавление СТО+БФСС

Оплавление среднетемпературного оксида кремния (СТО) и борфосфоросиликатного стекла (БФСС) проводят при температуре 850С в течение 45 минут в кислородной атмосфере.

9. Нанесение первого слоя металлизации (Al) (Металлизация 1)

Алюминий наносится вакуумными методами, например термическим напылением. На поверхности Al в реальных условиях имеется оксидная плёнка, затрудняющая испарение, поэтому нагрев Al осуществляют до 1200-1400С. Нагрев ведут постепенно, т.к. это более благоприятно для перехода оксида при взаимодействии с парами Al в легко летучее соединение. Толщина пленки алюминия 0,5 мкм.

10. Фотолитография II - "металлизация 1". Нанесение фоторезиста

Нанесение фоторезиста описано в п. 3.

11. Фотолитография II - "металлизация 1". Экспонирование

Процесс экспонирования описано в п. 4.

12. Фотолитография II - "металлизация 1". Проявление фоторезиста

Проявление фоторезиста проводится как и в п. 5.

13. Плазмохимическое травление первого слоя металлизации (Al)

В производстве СБИС алюминий травят в плазме четыреххлористого углерода СС1₄ с добавкой аргона или гелия на ВЧ-установках диодного типа с параллельными электродами. При этом подложки располагают на нижнем охлаждаемом электроде.

Скорость травления алюминия существенно зависит от температуры подложек, состава и давления газа и ВЧ-мощности. Добавление в СС1₄ аргона увеличивает скорость травле ния, которая при определенном соотношении газов в смеси достигает максимума. Так получают алюминиевые межсоединения размером 1 мкм и менее без подтравливания слоя фоторезиста.

Травление в плазме треххлористого бора ВС1₃ слоя алю миния, нанесенного на подложки из диоксида кремния, явля ется селективным. В этом случае даже при значительном време ни травления алюминия наблюдается лишь слабое растравлива ние диоксида кремния. Плазма ВС1₃ пригодна также для трав ления сплавов алюминия с медью, широко применяемых в производстве изделий микроэлектроники [5].

14. Удаление фоторезиста

Удаление фоторезиста описано в п. 7.

15. Нанесение слоя оксида кремния SiO₂ в качестве межуровнего диэлектрика

Для нанесения слоя оксида кремния используется метод ионно-лучевого распыления кремниевой мишени ионами кислорода O⁺ с энергией 1,2-1,4 кэВ в пучке. Скорости распыления мишени и осаждения слоя оксида зависят от энергии ионов в пучке, напряжения экстракции (напряжение между катодом и анодом), потоком газа в системе газонапуска и определяются заранее по калибровочным прямым.

16. Напыление ванадия

Пленка ванадия толщиной 0,1 мкм наносится на установке электронно-лучевого испарения. Режим напыления: ускоряющее напряжение 6,0 кВ, ток эмиссии 250 мА, давление при напылении 6•10^-6 мм рт. ст., температура подложки перед напылением 300°С, температура подложки при напылении 150°С, время напыления 60 с.

17. Фотолитография III - "контакты 2". Нанесение фоторезиста

Производится как и в п. 3.

18. Фотолитография III - "контакты 2". Экспонирование

Проводится аналогично п. 4.

19. Фотолитография III - "контакты 2". Проявление фоторезиста

Проявление фоторезиста осуществляется при условиях, описанных в п. 5.

20. Плазмохимическое травление слоя оксида кремния SiO₂

Селективное травление пленок диоксида кремния выпол няют в плазме C₃F₈. При давлении 40 Па и плотности тока 6 мА/см² скорость травления термически осажденной пленки диоксида кремния равна 3,33 нм/с. При этих условиях скорость травления поликристаллического кремния составляет 0,67 нм/с, кремния, легированного фосфором, - от 5 до 6,67 нм/с, а нитрида кремния - 10 нм/с.

Скорость травления зависит от способа нанесения пленок: быстрее травятся пленки, осажденные из газовой фазы, и медленнее - выращенные терми ческим окислением. Существенное влияние на скорость трав ления оказывают также легирующие вещества. Так, пленки диоксида кремния, легированные фосфором, травятся быст рее, а легированные бором - медленнее; промежуточное поло жение по скорости травления занимают нелегированные пленки [5].

21. Удаление фоторезиста

Удаление фоторезиста описано в п. 7.

22. Напыление второго слоя металлизации (Al)

Толщина пленки алюминия 2 мкм. Напыление слоя алюминия проводят методом термического испарения согласно п. 9.

23. Фотолитография IV - "металлизация 2". Нанесение фоторезиста

См. п. 3.

24. Фотолитография IV - "металлизация 2". Экспонирование

Экспонирование производится аналогично п. 4.

25 Фотолитография IV - "металлизация 2". Проявление фоторезиста

См. п. 5.

26. Плазмохимическое травление второго слоя металлизации

Плазмохимическое травление алюминия проводят аналогично п. 13.

27. Удаление фоторезиста

Удаление фоторезиста описано в п. 7.

28. Нанесение низкотемпературного фосфоросиликатного стекла (НТФСС)

1 - Второй слой металлизации; 2 - Первый слой металлизации; 3 - Пассивирующий слой; 4 - Межуровневый диэлектрик.

29. Фотолитография V - "пассивация". Удаление фоторезиста. Контроль ВАХ

Программа анализа предлагаемых дефектов технологических процессов блока

Блок получения тонких металлических пленок.

Толщина пленки металлизации измеряется методом многолучевой интерферометрией. Перед излучением часть пленки стравливается и на пленке образуется ступенька.

Метод заключается в обследовании интерференционной картины, получаемой при наложении двух когерентных лучей света, отра женной от поверхности пластин и пленки. Чередующие светлые и темные полосы с шагом L как на поверхности пленки, так и на поверхности пластин смещены относительно друг друга около ступеньки на величину l. Смещение зависит от высоты ступеньки, т.е. толщины пленки металла (рис.).

Толщина пленки металла

,

микросхема фоторезист металлизация диэлектрик

где ? длина волны света, используемого в интерференции.

Блок фотолитографии.

Основные этапы контроля: контроль качества фотошаблонов; контроль поверхности подложек; контроль фоторезистивного слоя; контроль фоторезистивной маски; контроль полученного рисунка.

Все нарушения качества передачи изображения при литографии можно разделить условно на локальные дефекты: неточную передачу заданных шаблонных размеров элементов рисунка, неточное совмещение.

Локальные дефекты - проколы, трещины, царапины, посторонние включения, разрывы токоведущих дорожек, выступы и впадины по границам элементов рисунка - индивидуальные дефекты.

Контроль блока металлизации проводится под микроскопом МИИ-4. Допускается не более 2 дефектных модулей (контролируют одну пластину из 10) 100% - визуально. Не должно быть пятен, разводов, вспучивания металла, капель и отслаивания. Адгезия оценивается методом царапания с последующим контролем под микроскопом ММУ-3 на увеличении 120. Толщина контролируется на МИИ-4.

Список использованных источников

1. Черных А.Г. Методическое пособие для самостоятельной работы по дисциплине «Технология изготовления интегральных микросхем» (часть 2) для студентов специальности 1-41 01 02 Микро- и наноэлектронные технологии и системы всех форм обучения. - Мн.: БГУИР, 2011.

2. Черных А.Г. Маршрутная технология изготовления ИС. Учебное пособие по дисциплине «Маршрутная технология интегральных и больших гибридных интегральных схем» Раздел 2. «Маршрутная технология интегральных схем для студентов специальности 1-41 01 02 «Микро- и наноэлектронные технологии и системы» всех форм обучения. - Мн.: БГУИР, 2006.

3. Технология полупроводниковых приборов и изделий микроэлектроники. В 10 кн.: Учеб. пособие для ПТУ. Кн. 8. Литографические процессы / В.В. Мартынов, Т.Е. Базарова. - М.: Высш. шк., 1990. - 128 с.

4. Родионов Ю.А. Конспект лекций по дисциплине «Базовые технологические процессы в микроэлектронике» ? 135 с.

5. Моряков О.С. Технология полупроводниковых приборов и изделий микроэлектроники. В 10 кн. Кн. 7. Элионная обработка. Учеб. пособие для ПТУ. - М.: Высш. шк., 1990. - 128 с.

Размещено на Allbest.ru