Трудности, возникающие при металлизации

Реализация процесса металлизации требует решения ряда вопросов, относящихся к выбору сплава, метода осаждения и процесса травления. На решение этих вопросов накладываются такие факторы, как характеристики прибора, экономические показатели и надёжность.

Одной из проблем металлизации является достижение равномерного воспроизведения ступенчатого рельефа на поверхности подложки. Другой проблемой является осаждение покрытия на основе сплавов металлов заданного состава, поскольку избыток отдельных компонентов сплава может привести к нарушению функционирования прибора. Важной проблемой является получение низкого сопротивления контакта. Загрязняющие частицы, попадающие на подложку в камере осаждения, могут в значительной степени ограничить выход годных кристаллов в связи с небольшой шириной линий топологического рисунка СБИС. Образование бугорков на поверхности зависит от состава сплава, а предыдущая термообработка может ухудшить зеркальность поверхности покрытия и затруднить ведение процесса литографии и последующих операций.

К проблемам металлизации относятся также травление слоя металла, поскольку обычное травление раствором для СБИС использовать нельзя. На Рис. 12.3 показан результат изотропного травления. Так как металл подвергается травлению под маской, то необходимо вводить поправку на уменьшение ширины линий в последующем процессе литографического переноса топологического рисунка схемы из-за подгравливания металла. С уменьшением планарных размеров и сближения линий компенсация подгравливания металла становится физически невозможной. Таким образом, необходимо использовать анизотропное травление.

Рис. 12.3. Схема поперечного сечения слоя А1 под плёнкой резиста, подвергнутого травлению раствором:-граница плёнки А1 при отсутствии псретравливания,——граница плёнки А1 при псретравливании на 15…20 %, 1 — резист Проблема покрытия ступенек может быть решена несколькими способами. Во-первых, повышение температуры подложки во время осаждения покрытия (~ 300 °С) приводит к большей поверхностной подвижности молекул осаждаемого металла, за счет чего уменьшаются размеры разрывов, образующихся в углах ступенек. Другим способом является оптимизация ориентации подложек относительно источника. Проведение оптимизации ориентации особенно важно из-за появления участков геометрической тени в процессе осаждения при использовании точечных источников, таких как при электронно-лучевом или индукционном нагреве расплава.

Использование источников большей по сравнению с точечными источниками площади, например магнетрона, устраняет многие проблемы воспроизведения ступенчатого рельефа. Если подложки расположены относительно далеко от источника (20…30 см как при размещении на планетарном держателе, то зависимость количества распылённого металла от направления распыления становится более слабой. Это связано с тем, что при давлении ~ 0,5 Па значение длины свободного пробега атомов Аг равно ~ 1 см. Следовательно, плотность молекулярного потока металла, попадающего на подложку во время магнетронного распыления меньше зависит от направления, чем при испарении, однако энергия распыленных молекул меньше, так как они передают часть энергии атомам Аг. Низкая энергия осаждаемых частиц приводит к меньшему перемещению их по поверхности подложки. Уменьшение движения частиц может ограничить рост грани и упорядочение структуры.

Подложки могут быть неподвижно закреплены относительно близко к источнику или медленно перемещаться перед магнетроном, имеющим большую поверхность распыления. Эта близость к источнику позволяет достичь высокой скорости роста покрытия материала, перенос которого через аргон на порядок величины меньше. При этом может быть достигнут значительно больший нагрев подложки, что также приводит к улучшению качества воспроизведения ступенчатого рельефа поверхности.

Покрытия сплавов могут быть осаждены испарением из одного или нескольких источников. Электронно-лучевое испарение из источника с составом сплава А1 — 2 % Си, приводит к осаждению покрытия состава А1 — 0,5% Си. Обычно в состав покрытия вводят кремний путем совместного испарения, следовательно, необходимо управление испарением более чем одного источника. Точность соблюдения состава сплава является критическим параметром процесса осаждения, поскольку при выполняемом после металлизации отжиге покрытий сплавов А1 при температуре 450 °C может происходить растворение кремния из подложки, если он содержится в сплаве в недостаточном количестве. Осаждение растворенного в А1 кремния происходит при охлаждении на границе с Si в окнах, если Si содержится в твердом растворе на основе А1 в избытке. При магнетронном распылении существует возможность использования источников в виде сложных сплавов для осаждения покрытий.

Частицы загрязнений, попадающие на поверхность пластин во время процесса металлизации, могут привести к образованию дефектов ИС. При откачке рабочей камеры, поток газа может иметь турбулентный характер, в результате чего могут происходить пылеобразование и их осаждение на подложку. При напуске атмосферных газов при разгрузке подложек также должны быть исключены турбулентные потоки. Другим источником пылеобразования могут быть отслоения с подвижных элементов конструкции вакуумной камеры. Существенным фактором снижения загрязнений является очистка системы и сведение к минимуму осаждения покрытий на вращающихся и скользящих поверхностях камеры.

Кремниевые подложки перед помещением в камеру металлизации подвергаются очистке в чистом растворе HF. Раствор удаляет с поверхности подложки плёнку оксида после химической очистки. Для удаления фторидов проводится последующая отмывка подложки в деионизированной воде.