Транзисторах

Площадки внешних выводов полупроводниковых ИС на биполярных

Контакты к кремнию, проводники разводки, контактные

Электрические контакты, конструкции и материалы элементов коммутации в ИС, ГИС и МСБ.

В полупроводниковых микросхемах на биполярных транзисторах электри­ческие межэлементные связи осуществляются, как правило, с помощью пле­ночных проводников, материал которых должен обеспечивать:

- низкоомный контакт к кремниевым электродам активных и пассивных элементов схемы;

- хорошее сцепление с диэлектриком;

- разделение пленки на очень узкие полоски с большой точностью;

- металлургическую совместимость с металлами, которые применяются для присоединения внешних выводов к контактным площадкам.

Пленочные проводники соприкасаются с участками кремниевых структур через окна в слое термически выращенной окисной пленки, образуя электри­ческий контакт (рис. 13). Для осуществления электрической связи между элементами микросхемы необходимо сформировать невыпрямляющне оми­ческие контакты.

Рис. 13. Конструкция одноуровневой пленочной разводки биполярных микросхем

7. 8.1.1. Омические контакты

Они должны обладать высокой электропроводностью, теплопроводностью, механической прочностью, а материал контакта должен иметь хорошую ад­гезию к кремнию и окислу, химическую инертность, устойчивость к воздей­ствию окружающей среды.

Наиболее распространенным материалом для контактов, коммутационных шин и контактных площадок является алюминий. Он обладает большой элек­тропроводностью , имеет хорошую адгезию к кремнию и SiO₂, пластичен, технологичен (т. е. легко наносится на поверхность микросхемы в виде тонкой пленки, плотно заполняет окна в окисле, поддастся фотолитографической обработке и дает качественные контакты с внешними проволочными выводами методом термокомпрессии), образует низкоомный контакт к кремнию р- и n-типов, дешев.

Для получения низкоомного стабильного контакта и улучшения адгезии к Si и SiO₂ проводится вжигвние алюминиевых контактов в среде инертного газа при температуре 500...550 °С, т. е. обязательно ниже температуры эвтек­тики 577 °С. При этом происходит взаимная диффузия и растворение алюми­ния в кремнии и кремния в алюминии, что ведет к повышению механической прочности контакта, но одновременно может изменить его электрофизические характеристики.

При вжигании в кремний р-типа алюминий, будучи акцептором, дополни­тельно легирует поверхностный слой кремния, что увеличивает проводимость контакта.

При вжигании в низколегированный кремний n-типа концентрация акцеп­торных атомов алюминия может превысить концентрацию донорных атомов легирующей примеси, что приведет к формированию р-n перехода. Контакт перестанет быть омическим, невыпрямляющим. Чтобы этого не случилось, область контакта в кремнии n-типа дополнительно легируют донорами, пре­вращая ее в слой n⁺ -типа с концентрацией доноров не менее см^-3.

Растворение кремния в алюминии при нагреве также приводит к некото­рым нежелательным явлениям: с одной стороны, это ведет к перемещению границы раздела кремний-алюминий вглубь кремния, что при малых глуби­нах залегания р~п переходов может привести к их разрушению; с другой сто­роны, переход кремния в пленку алюминия при нагреве ведет к образованию более насыщенного кремнием твердого раствора кремния в алюминии, кото­рый при снижении температуры становится пересыщенным и из него выде­ляется богатая кремнием р-фаза, т. е. фактически легированный алюминием кремний. Он выделяется в виде мелких кристаллов на границе алюминиевой пленки с монокристаллическим кремнием и по границам зерен алюминиевой пленки, снижая механическую прочность контакта. Для уменьшения раство­рения кремния в алюминии в месте их контакта в настоящее время исполь­зуют для создания металлизации не чистый, а сплав алюминия с кремнием, содержащий около 1% Si.

Дата добавления: 2014-01-15