Коммутационные проводники. Их наносят непосредственно на термический окисел кремния

Их наносят непосредственно на термический окисел кремния. Минималь­ная ширина дорожек определяется возможностями литографии (2...4 мкм в настоящее время, менее 1 мкм в перспективе). В связи с особенностями ав­томатизированного проектирования и изготовления фотошаблонов изгиб проводников возможен на 90 или 45^е (рис. 14,15).

При вжигании алюминий взаимодействует и с окислом кремния, восста­навливая его по реакции 4Al+3Si0₂=2Al₂O₃+3Si. С одной стороны, это явле­ние положительное, так как помогает создавать надежный контакт с кремни­ем даже в том случае, когда в контактном окне имеется тонкая пленка или островки окисла. С другой стороны, в местах расположения коммутационных алюминиевых дорожек на окисле реакция восстановления идет с большей скоростью на дефектах окисла, что может привести к закорачиванию про­водников на подложку.

Рис. 14. Фрагмент микросхемы с диффузионным резистором, расположенным поверх него пленочным алюминиевым проводником, двумя контактными и термокомпрессионным соединениями: 1 — резистор; 2 — прохождение проводника над резистором; 3 — токорастекатели; 4 — первая контактная площадка

В случае, если в одноуровневой разводке не удается избежать пересечений, применяют диффузионные перемычки (рис. 15), когда для развязки в двух уровнях двух взаимно перпендикулярных проводников, первый из которых идет поверх защитного окисла, второй «подныривает» под него в виде участ­ка п -слоя. Так как этот участок имеет заметное сопротивление (3...5 Ом), вносит дополнительную паразитную емкость и занимает сравнительно боль­шую площадь (он должен быть обязательно помещен в отдельную изолиро­ванную область), диффузионной перемычкой пользуются в исключительных случаях. Диффузионные перемычки неприемлемы в цепях питания, так как по ним протекают достаточно большие токи.

В микросхемах с коллекторной изолирующей диффузией нижняя полупро­водниковая шина пересечения может быть сформирована на основе скрытого слоя и диффузионного n⁺-слоя, создающегося на этапе изолирующей диффу­зии (рис. 16). В таких схемах можно создать конструкции не только пересе­чений проводников, но целую систему разводки, размещающуюся в припо­верхностном слое кремниевой пластины под защитным окислом и содержа­щую шины питания и шины межэлементных соединений. Причем при формировании в процессе коллекторной изолирующей диффузии происходит их самоизоляция, что приводит к существенной экономии площади, отводимой под разводку. Такая конструкция разводки очень хорошо подходит для соз­дания матричных БИС, так как некоторые необходимые соединения элемен­тов матрицы могут быть созданы в полупроводниковой пластине, а алюми­ниевая металлическая разводка для формирования необходимых функций матричных БИС может быть выполнена по заказу потребителя БИС или даже самим потребителем.

Рис. 15. Система соединений с алюминиевыми дорожками, диффузионной перемычкой, контактной площадкой, термокомпрессионным соединением и крестообразной отметкой (ключом контактной площадки):

1 — диффузионная перемычка; 2 — контактная площадка; 3 — ключ

Рис. 16. Конструкция пересечений и полупроводниковых шин коммутации в схемах с коллекторной изолирующей диффузией элементов:

1 — проводник, сформированный на основе скрытого слоя и слоя коллекторной изолирующей диффузии; 2 — слой термически выращенного SiO₂; 3— металлические проводники.

К недостаткам алюминиевой металлизации относятся:

- низкая прочность, пластичность, ведущие к механическим поврежде­ниям пленки;

- низкая температура рекристаллизации, приводящая при нагревах к росту одних зерен алюминиевой пленки за счет других, к появлению на пленке бугорков и к повреждению лежащего поверх пленки защитного ди­электрического слоя;

- существенное различие коэффициентов термического расширения алюминия, кремния и окисла кремния, приводящее к возникновению меха­нических напряжений в микросхемах при их нагревах и охлаждениях;

- способность алюминия образовывать хрупкие интерметаллические со­единения в месте присоединения к алюминиевой пленке золотых проволоч­ных выводов;

- склонность к коррозии в электролитах.

Рис. 17. Многоуровневая коммутация:

1 — слой SiO₂; 2 — первый слой металлизации; 3 — второй слой металлизации; 4 — защитный слой стекла; 5 — третий слой металлизации; 6 — диэлектрическая изоляция.

Существенным недостатком алюминия как материала коммутационных пленочных проводников является подверженность его атомов электромигра­ции, т. е. их направленному перемещению под действием носителей тока («электронного ветра») при высоких плотностях тока (более А/см) и повышенных температурах (100...150°С). Это приводит к возникновению бу­горков, холмиков, усов в пленке в области контакта с более высоким поло­жительным потенциалом и пустот в области контакта с отрицательным по­тенциалом, к резкому снижению надежности микросхемы. Недостатком алюминиевой металлизации является нерешенность до конца проблемы по­лучения хорошего контакта между двумя пленками алюминия, что очень важно для структур с несколькими уровнями металлизации (рис. 17), и рас­творимость алюминия в растворах для протравливания окон в диэлектрических пленках, вызванная его амфотерностью. Последнее обуславливает опре­деленные технологические трудности при вскрытии окон в защитном ди­электрике для доступа к контактным площадкам и протравливания окон в межслойном диэлектрике при создании структур с несколькими уровнями металлизации (рис. 17).

Дата добавления: 2014-01-15