Многоуровневая разводка

Используется в основном в БИС на биполярных транзисторах и позволя­ет резко сократить площадь, занимаемую схемой за счет уменьшения площа­ди, отводимой под разводку и увеличения плотности размещения элементов, т.е. позволяет сохранить размеры кристаллов в приемлемых для технологии пределах при значительном увеличении степени интеграции. Многоуровне­вая разводка позволяет также уменьшить длину межэлементных связей в микросхеме и задержку распространения сигналов, что очень важно для 1 сверхбыстродействующих БИС. Несмотря на попытки использовать для межуровневой металлизации другие металлы, почти все серийные БИС выпус­каются с алюминиевой металлизацией. Изоляция одного уровня металличе­ских проводников от другого осуществляется при помощи диэлектрика — обычно Si0₂ или фосфоросиликатного стекла (ФСС), содержащего до 4 % Р₂О₅. Пленки Si0₂ в многоуровневой разводке осаждаются из газовой фазы путем разложения кремнийорганических соединений (например, тетраэтоксисилана Si(OC₂H₅)₄ или в результате реакции моносилана SiN₄ с кислоро­дом. Они являются более рыхлыми и уступают по своим свойствам термиче­ски выращенному окислу, особенно в отношении появления сквозных пор.

Основными проблемами при создании многоуровневой разводки явля­ются:

- отсутствие сквозных отверстий в пленке изолирующего диэлектрика, которые ведут к закоротке двух уровней металлизации;

- отсутствие разрывов и утончений в металлических пленках на ступень­ках диэлектрических слоев, которые ведут к обрывам проводников или к их перегоранию под нагрузкой.

Для решения первой проблемы используется двукратное осаждение Si0₂ с двукратной фотолитографией переходных отверстий в межуровневой изо­ляции, что позволяет существенно снизить число коротких замыканий между слоями металлизации. Также актуален поиск перспективного межуровневого диэлектрика и способов его нанесения. В качестве такого диэлектрика рас­сматриваются пленки AlO₃, которые отличаются от Si0₂ высокой плотно­стью, лучшими изолирующими свойствами, малочувствительны к воздейст­вию атмосферы, паров воды, обладают более высокой радиационной стойко­стью. Однако получение качественного слоя межуровневого диэлектрика в системе Al-AlO₃-Al путем электролитического окисления встречает зна­чительные трудности из-за наличия островков и включений неокисленного алюминия, приводящих к наличию коротких замыканий, что пока еще препятствует широкому применению этой системы многоуровневой коммута­ции. Для БИС с высокой плотностью упаковки элементов перспективны полимерные пленки, формируемые путем нанесения полиимидного лака с по­следующей термообработкой для его полимеризации. Полиимидная изоляция отличается хорошими физическими, химическими и электрическими свойст­вами, сохраняющимися на воздухе в диапазоне температур от 260 до 420 °С (выше 420 °С начинается выделение летучих компонентов, и при температу­ре около 485 °С происходит деструкция пленок) и в вакууме вплоть до 500 °С. Полиимидные пленки по сравнению с пленками окиси кремния имеют более высокую адгезию к алюминию и другим металлам, которая сохраняет­ся после термоциклирования и испытаний на термоудар. Однако плотности сквозных микроотверстий в полиимидных пленках и пленках Si0₂ сравнимы. Для решения второй проблемы принимают следующие конструктивные и технологические меры:

- отношение толщины слоя окисла к толщине металлической пленки должно быть более 1,3;

- осуществляется сглаживание ступенек в диэлектрике у сквозных от­верстий и на пересечениях металлических дорожек разных уровней;

- увеличивается толщина металлических проводников более высоких уровней металлизации.

Дата добавления: 2014-01-15