Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования СЕ...
46 downloads
164 Views
543KB Size
Report
This content was uploaded by our users and we assume good faith they have the permission to share this book. If you own the copyright to this book and it is wrongfully on our website, we offer a simple DMCA procedure to remove your content from our site. Start by pressing the button below!
Report copyright / DMCA form
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра технологии и дизайна радиоэлектронной техники
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ
Рабочая программа Методические указания к изучению дисциплины Задание на курсовую работу и методические указания к ее выполнению
Факультет радиоэлектроники Направление и специальность подготовки дипломированного специалиста: 654300 – проектирование и технология электронных средств 200800 – проектирование и технология радиоэлектронных средств
Санкт-Петербург 2005 3
Утверждено
редакционно - издательским
советом
университета
УДК Современные методы конструирования и технологии радиоэлектронных средств: Рабочая программа, методические указания к изучению дисциплины, задание на курсовую работу. – СПб.: СЗТУ, 2005. – 40 с. Рабочая программа разработана в соответствии с государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 654300 – «Проектирование и технология электронных средств» (специальность 200800 – «Проектирование и технология радиоэлектронных средств»). Методический комплекс содержит рабочую программу, методические указания к изучению дисциплины, тематический план лекций и практических занятий, перечень основной и дополнительной литературы, задание на курсовую работу и методические указания к ее выполнению. В рабочей программе рассмотрена динамика развития и проблемы при конструировании и в технологии РЭС на БИС, новые материалы и новые технологии, применяемые для изготовления современных БИС, конструирование многослойной разводки, внешних выводов БИС и узлов РЭС. В методических указаниях к выполнению курсовой работы предложены задания по расчетной части и задания по описательной части работы. Рассмотрено на заседании кафедры технологии и дизайна радиоэлектронной техники СЗТУ 26 мая 2005 г., одобрено методической комиссией факультета радиоэлектроники 26 мая 2005 г. Рецензенты: кафедра
технологии
и
дизайна
радиоэлектронной
техники СЗТУ (В.Н. Воронцов, д-р техн. наук, проф.); Ю.М. Таиров, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой микроэлектроники СПбГЭТУ. Составитель: В.П. Цветов, канд. физ.- мат. наук, доц. © Северо – Западный государственный заочный технический университет, 2005
4
Предисловие Дисциплина «Современные методы конструирования и технологии радиоэлектронных средств (РЭС)», содержанием которой являются вопросы современного состояния в области конструирования РЭС, а также новейшие технологические методы их изготовления, преподается на пятом курсе, 10 семестре студентам очно-заочной и заочной форм обучения специальности 200800 направления 654300. Цели изучения дисциплины Основными целями изучения дисциплины являются: ●
ознакомление студентов с современными методами конструирования и технологическими процессами изготовления РЭС;
●
обеспечение
базовой
подготовки
будущих
дипломированных
специалистов для успешного освоения прикладных дисциплин и последующего решения производственных задач; ●
подготовка
студентов
конструированием
РЭС
к и
решению выбором
задач,
связанных
технологических
с
приемов
реализации РЭС. Задачи изучения дисциплины В результате изучения дисциплины студенты должны: – получить широкое представление о динамике развития уровня конструирования РЭС на БИС, о создании новых технологических методов реализации конструкций, о связи конструкторско-технологических решений с уровнем общей инфраструктуры производства: материалы, оборудование, производственные помещения и т. д.;
5
– знать основные параметры конструкций БИС, включая допустимые минимальные
размеры
элементов,
многослойную
формирование
внешних
контактных
систем,
а
металлизацию,
также
новейшие
технологические приемы реализации БИС и их предельные возможности; – уметь использовать полученные знания для лучшего усвоения смежных дисциплин специализации на этапе обучения для выбора оптимальных
конструкторско-технологических
решений
в
будущей
практической работе. Основные положения дисциплины определяют ряд необходимых для решения проблем: ● комплексный подход к выбору параметров конструкции РЭС с учетом достигнутого уровня технологии реализации изделия; ● постоянное совершенствование системы многослойной металлизации конструкции БИС, определяющей выходные частотные характеристики изготовленных изделий; ● нахождение оптимальных методов сборки РЭС, ориентированных на конкретные применения. Сферы применения знаний, полученных при изучении дисциплины, включают в себя: конструирование БИС и СБИС в тесной взаимосвязи с имеющимся уровнем технологии реализации изделий; разработка новых технологических процессов для обеспечения реализации заданных требований к конструкции и параметрам готового изделия; проектирование узлов РЭС и систем с оптимизацией конструкций, технологии,
технических
параметров
и
экономических
показателей
производства.
6
Связь с другими дисциплинами Изучение данной дисциплины опирается на комплекс общенаучных, общетехнических и ряда специальных дисциплин, которые преподавались на предыдущих курсах обучения. В первую очередь это относится к таким дисциплинам как «Электроника и электротехника», «Физические основы микроэлектроники», «Схемотехника электронных средств», «Интегральные устройства радиоэлектроники, ч.Ι», «Технология РЭС». В то же время преподавание данной дисциплины облегчает усвоение последующих учебных дисциплин, в том числе «Основы проектирования РЭС», «Схемотехника в конструкторско-технологическом проектировании». 1. СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ 1.1. Рабочая программа учебной дисциплины Введение Изучение дисциплины рассчитано на 180 часов по дневной форме обучения. Для студентов очно-заочной формы обучения объем лекций составляет 36 часов, 24 часа – на практические занятия. 120 часов предназначены для самостоятельной
работы,
включая
индивидуальные
занятия
с
преподавателем. Изучение дисциплины включает в себя выполнение курсовой работы и заканчивается экзаменом по содержанию дисциплины и зачетом по курсовой работе. Качество
подготовки
будущих
специалистов
в
области
радиоэлектроники в значительной степени определяется знаниями основных специальных дисциплин, одной из которых является «Современные методы конструирования и технологии радиоэлектронных средств». 7
Основным видом РЭС становится БИС, число элементов, в которых может доходить до миллионов транзисторов в одном кристалле. Изучение современных методов конструирования БИС и новейших методов их изготовления является основным содержанием дисциплины, выражаемым в рабочей программе. В тематическом перечне рабочей программы не указываются страницы из рекомендуемой литературы в связи с имеющимися письменными лекциями
(В.П.
Цветов
«Современные
методы
конструирования
и
технологии радиоэлектронных средств», СЗТУ, 2005 г.), где, в том числе, имеется список литературы. 1.1.1. Динамика развития и проблемы при конструировании и в технологии РЭС на БИС Основные направления развития БИС – уменьшение минимальных размеров
элементов,
увеличение
площади
кристалла
(чипа),
поиск
принципиально новых конструкторских и технологических решений. Основная проблема при повышении плотности монтажа элементов на чипе – конструирование многослойной металлической разводки. Проблемы внешнего монтажа выводов и их соединения
с узлом
аппаратуры более высокого уровня – сопутствующая задача. 1.1.2.
Характеристические
параметры
и
типовые
узлы
межсоединений при конструировании БИС Линейный размер длины канала для МОП-транзисторов – основной характеристический параметр БИС на полевых транзисторах. Регулярные
интегральные
схемы
(такие,
как
схемы
памяти)
характеризуются полушагом сетки металлизации. Типовые узлы внешних выводов конструкции БИС: матрица шариковых выводов (BGA), контактные элементы при монтаже по типу WLP
–
корпусирование на пластине. 8
1.1.3. Прогноз развития технологии полупроводников и связанного с ней совершенствования конструкции БИС Документы
ITRS
составляющей
–
прогнозы
таблицы
международной
перспективного
развития
организации, технологии
полупроводников. Предельно допустимые значения параметров БИС, характеризующих конструкцию и уровень технологии на 15-летний период развития техники. Ожидаемые электрические параметры БИС по годам. Прогноз экономических показателей производства БИС. Снижение главный
стоимости
БИС
параметр,
в
расчете
на
характеризующий
единицу
функции
–
совершенствование
конструкции и технологии БИС. 1.1.4. Новые материалы в конструкции многослойной металлизации Многослойная конфигурация структуры межсоединений – основной конструктив современных БИС. Применение медных проводников – преимущества и проблемы. Новые диэлектрические материалы для межслойной изоляции с низкой диэлектрической постоянной. Металлы для барьерных (защитных) слоев, для межслойных перемычек. 1.1.5. Новые технологии применения материалов в современных конструкциях многослойной металлизации Процесс фотолитографии при применении меди в качестве проводников межсоединений – «двойной дамаскин-процесс». Технологические методы нанесения диэлектрических слоев материалом с малой диэлектрической проницаемостью.
9
Химико-механическая полировка – основной технологический метод планаризации поверхности полупроводника при проведении процесса многослойной металлизации. 1.1.6. Конструирование многослойной разводки Роль времени задержки на RC-цепочках межсоединений в общем балансе факторов, определяющих быстродействие современных БИС. Иерархическая
система
многослойных
соединений
металлических
проводников в БИС. Глобальная и локальная разводка проводников. Схемные решения для улучшения характеристик приборов – встроенные повторители и каскадные драйверы. Интеграция этапа проектирования системы разводки металлических шин во все этапы создания топологии БИС. 1.1.7. Конструирование внешних выводов БИС Методы контактирования к выводным площадкам на кристалле. Поверхностный монтаж электронных компонентов на печатную плату. Конструкция корпусов БИС типа BGA – матрица шаров на поверхности корпуса. Формирование шаров или контактных выступов непосредственно на поверхности чипа. 1.1.8.
Интеграция
процессов
конструирования
межсоединений
и системы внешних выводов БИС Основные направления совершенствования конструкции БИС – развитие модификаций компонента BGA и конструкции типа WLP – корпусирование с созданием шаров на пластине. Преимущества и ограничения конструкции типа WLP.
10
Совместное проектирование разводки топологии БИС и корпусирования завершает интегрирование в единый комплекс проектирование всех компонент конструкции. 1.1.9. Методы контроля качества межсоединений в структуре БИС и узлах РЭС Межоперационный
контроль
качества
в
технологическом
цикле
изготовления БИС на всех основных этапах производства. Обеспечение качества межсоединений в различных слоях металлизации для перемычек с большим отношением глубины к ширине. Оптические методы контроля качества межсоединений в БИС. Рентгеновские методы контроля качества паяных соединений корпуса БИС с печатной платой при монтаже методом перевернутого кристалла (FC). Заключение Периодичность
появления
новых
технологических
поколений,
характеризующихся уменьшением минимального размера элемента БИС, обеспечивает постоянный прогресс в совершенствовании конструкции и технологи РЭС на БИС. Появление
на
рынке
систем
на
кристалле
(SOC)
и
сложных
функциональных блоков (СФ-блоков) – новый этап в развитии степени интеграции БИС и СБИС. Долгосрочные прогнозы определяют достижение физических пределов для полупроводниковых приборов классической конфигурации к середине второго десятилетия XXI в.
11
1.2. Тематический план лекций для студентов очно-заочной формы обучения (36 часов) Темы лекций
Объем, ч
1. Динамика развития и проблемы при конструировании 4
и в технологии РЭС на БИС. 2. Характеристические параметры
и типовые узлы 4
межсоединений при конструировании БИС. 3. Прогноз и
развития
связанного
конструкции
технологии полупроводников с
ней
совершенствования 4
БИС.
4. Новые материалы в конструкции многослойной 4
металлизации. 5. Новые
технологии
современных
применения
конструкциях
материалов
в
многослойной 4
металлизации. 6. Конструирование многослойной разводки.
4
7. Конструирование внешних выводов БИС.
4
8. Интеграция межсоединений
процессов и
системы
конструирования внешних
выводов 4
БИС. 9. Методы
контроля
качества
структуре БИС и узлах РЭС.
межсоединений
в 4
12
1.3. Тематический план практических занятий для студентов очно-заочной формы обучения (24 часа) Темы практических занятий
Объем, ч
1. Анализ таблиц прогноза развития конструкций и 4
технологии БИС. 2. Направления совершенствования конструкции РЭС
4
(с демонстрацией образцов). 3. Направления разработки новых технологических методов создания сложных СБИС.
4
4. Демонстрация и обсуждение видеофильмов фирмы SEMI
(США)
по
этапам
конструирования
и 4
технологии изготовления БИС. 5. Современные
сборочные
процессы
при 4
конструировании и изготовлении РЭС. 6. Методы
обеспечения
качества
БИС
(с
надежности
и
привлечением
контроль
обсуждения 4
стандартов США комитета JEDEC).
1.4. Тематика курсовой работы В
процессе
изучения
дисциплины
«Современные
методы
конструирования и технологии радиоэлектронных средств» выполняется курсовая работа на тему: «Оценка конструкторских и технологических параметров системы многослойных металлических межсоединений при разработке БИС».
13
2. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Основной: 1.
Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. – СПб.: БХВ – Петербург, 2004.
2.
Красников
Г.Я.
Конструктивно-технологические
особенности
субмикронных МОП-транзисторов. В 2-х частях. – М.: Техносфера, 2004. 3.
Конструирование
аппаратуры
на
БИС
и
СБИС
/
Под
ред.
Б.Ф. Высоцкого, В.Н. Сретенского. – М.: Радио и связь, 1989. 4.
Цветов В.П. Современные методы конструирования и технологии радиоэлектронных средств: Письменные лекции. – СПб.: СЗТУ, 2005. – 48с. Дополнительный:
5.
The International Technology Roadmap for Semiconductors, 2003 Edition. http://public/itrs.net/
6.
Solid State Technology: v. 40, №10, p. 124, 1997 v. 41, №10, p. 64, 1998 v. 44, №12, p. 28, 2001 v. 45, №1, p. 71, 2002 v. 45, №6, p. 105, 2002 v. 45, №9, s. 22, 2002 v. 45, №12, s. 3, 2002 v. 46, №4, p. 48, 2003 v. 46, №7, p. 103, 2003
7.
Монтаж на поверхность. Технология. Контроль качества / Под ред. И.О. Шурчкова. – М.: Издательство стандартов, 1991.
14
8.
Электронные компоненты, 2002. №7, с.13. №8, с.53, 2002 №1, с.114, 2003
9.
Электроника: Наука. Технология. Бизнес, 2003. №1, с.68. Средства обеспечения освоения дисциплины (ресурсы Internet):
10. Solid State Technology. www.solid-state.com 11. Surfaсe Mounting Technology. www.smtmag.com 12. Circuits Assembly. www.circuitsassembly.com 3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ Изучение учебной дисциплины начинается с установочной лекции, которую студенты слушают за несколько месяцев до основного периода изучения дисциплины. Установочная лекция включает в себя информацию о содержании учебной программы. Обращается внимание студентов на особо сложные разделы программы, поясняется связь учебной дисциплины «Современные методы конструирования и технологии РЭС» со смежными дисциплинами их предыдущего периода обучения в университете. На
установочной
лекции
комментируется
состав
технической
литературы, рекомендуемой для изучения в процессе освоения учебного материала. И, наконец, на установочной лекции предлагаются исходные данные для выполнения курсовой работы, имея в виду, что студент до начала основного периода
изучения
дисциплины
изучит
техническую
литературу,
рекомендованную для выполнения курсовой работы, а также ознакомится с непосредственным заданием и методическими пояснениями, изложенными в разделе 4 настоящего методического комплекса.
15
Основной период изучения учебной дисциплины включает в себя лекционный материал в объеме, определяемом учебным планом и практические занятия, а в конце основного периода – защиту курсовой работы и сдачу экзамена. В течение всего основного периода изучения дисциплины проводятся консультации по вопросам выполнения курсовой работы. Лекционный материал направлен, прежде всего, на изложение наиболее сложных разделов рабочей программы. В качестве самостоятельной работы студентам следует обратиться, прежде всего, к источнику [4] рекомендованной литературы, где кратко изложено содержание основных разделов дисциплины. Тестовые задания по разделам рабочей программы дисциплины представлены там же. Учитывая сжатость изложенного материала в упомянутой работе, необходимо
обратиться
и
к
другим
источникам
рекомендованной
литературы, в том числе, к подлинникам англоязычных технических статей (подборка из журнала «Solid State Technology» за период с 1997 по 2003 гг. включительно дана в источнике [6] списка дополнительной литературы). Практические занятия проводятся в аудитории, при этом привлекаются для
показа
видеофильмы,
демонстрирующие
технологические
циклы
проектирования и изготовления интегральных устройств и, прежде всего, интегральных микросхем, демонстрируются образцы БИС и СБИС, а также печатных плат и микросборок, технический уровень которых соответствует современному мировому уровню. Для
подготовки
к
экзамену
помимо
цикла
лекций,
изучения
рекомендованной литературы, студенту предлагается перечень вопросов и заданий для самоконтроля (45 вопросов по 9 пунктам рабочей программы), изложенных в источнике [4].
16
4. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЕЕ ВЫПОЛНЕНИЮ 4.1. Введение Курсовая работа по теме «Оценка конструкторских и технологических параметров системы многослойных металлических межсоединений при разработке БИС» выполняется в процессе изучения учебной дисциплины. Целью
курсовой
теоретических
знаний
работы и
является
закрепление
полученных
приобретение
инженерных
навыков
в
конструировании БИС. В процессе выполнения работы студенту необходимо использовать знания, полученные при изучении дисциплин предыдущего периода обучения в университете. Такими дисциплинами являются, прежде всего – «Физические основы микроэлектроники», «Электротехника и электроника», «Физико-химические
основы
технологии
электронных
средств»,
«Интегральные устройства радиоэлектроники». Курсовая работа состоит из пояснительной записки и графического материала. Пояснительная
записка
должна
содержать
расчетные
данные
и
описательный материал по этапам конструирования БИС. Графический материал должен включать в себя чертеж структуры многослойной металлизации и блок-схему технологического процесса ее реализации. Исходные данные для расчета задаются по вариантам индивидуально для каждого студента и представлены в соответствующих таблицах. 4.2. Тематика курсовой работы Создание многослойной структуры токопроводящих межсоединений стало
в
последние
годы
наиболее
проблемной
областью
при
конструировании и создании технологии изготовления БИС. 17
В связи с этим оценка конструкторских и технологических параметров системы многослойных металлических соединений при разработке БИС является узловым звеном при создании БИС. 4.2.1.
Особенности
формирования
системы
межсоединений
для высокочастотных ИС Радикальное повышение значимости и критичности процессов создания межсоединений произошло как в силу генеральной тенденции развития технологии ИС – снижение размеров элементов, усложнения структуры ИС, так и в связи с повышением рабочих частот полупроводниковых устройств до сотен мегагерц и переходом в гигагерцовый диапазон. Задержка элементов сигналов
распространения становится
и
начинает
сигнала
соизмеримой играть
с
существенную
на
линиях
частотой роль
в
связи
посылаемых формировании
верхнего предела рабочих частот приборов. Поскольку задержка распространения сигнала определяется параметром – постоянная времени RC (где R – сопротивление проводника, С – емкость диэлектрика), то это приводит к заключению, что алюминий не лучший материал с точки зрения максимальной электропроводности, межслойный
диэлектрик
SiO2 ,
имеющий
достаточно
высокую
диэлектрическую постоянную (ε = 3,9), не может обеспечить минимально возможное значение емкости. Ограничение по электрическим характеристикам материала проводников наступило и с другой стороны – допустимая плотность тока. При больших плотностях тока проявляется явление электромиграции вещества, особенно это характерно для алюминия (критическая плотность тока 5 ⋅108 А / м 2 при температуре 420 К), а повышение плотности тока в электрических цепях ИС неизбежно в связи с уменьшением размеров элементов во всех измерениях, в том числе и сечения токопроводящего элемента. При работе ИС в гигагерцовом режиме необходимо учитывать параметры элементов электрических цепей в СВЧ диапазоне – оценка реактивных импедансов, в том числе индуктивной связи между
18
проводниками, волновых сопротивлений, переход от дискретных параметров к оценке распределенных параметров. Это принципиально новая ситуация. Радикальные решения для гигагерцовой эры заключаются в создании новых подходов при проектировании ИС. Для реализации новых структур приборов в части межсоединений необходимо проектирование линий с малыми потерями и контролируемым импедансом, разделение разводки на слои обработки сигналов и на слои распределения питания и цепей заземления, учет длины проводников между точками соединений. Количество соединений исчисляется миллиардами, а время распространения электромагнитной волны по проводнику по длине чипа уже сопоставимо с периодом рабочих импульсов. Общая длина проводников на чипе разработки 1995 г. составляла до 400 метров, а расчетный прогноз для чипов с минимальным размером элемента ИС 70нм (2009г.) дает цифру суммарной длины проводников на всех слоях одного чипа 10 километров! Естественно, что результаты проектирования ИС гигагерцового диапазона отразятся на требованиях к технологии реализации многослойных коммуникативных связей элементов. Требования к межсоединениям со стороны электротехнических характеристик не должны заслонять исключительные проблемы перед технологией, связанные с уменьшением размеров элементов. Это – процессы нанесения слоев металлов и диэлектриков, операции травления, обеспечение очистки межслойных перемычек с большим отношением глубины колодца к линейным размерам на поверхности (иначе называемое – аспектное отношение), эффективное заполнение перемычек металлами, процессы планаризации поверхности. Реализация требований по конструкции, топологии и электрическим характеристикам ИС следующих поколений технологии невозможно без разработки и применения новых материалов. Технология любого производства по своей сути является консервативной категорией. Многофакторность взаимных влияний приводит к необходимости периода отработки технологии, а критерием достигнутого уровня является воспроизводимость процесса и его расходимость, то есть величина, пропорциональная дисперсии значений критического параметра (σ). Применительно к технологии создания межсоединений с использованием алюминия в качестве проводника и
SiO2 в качестве
диэлектрика (в дальнейшем называемой – система А1 / SiO 2 ) процесс 19
отработки и совершенствования производственных операций, использование новых методов их исполнения, оборудования, материалов привел к созданию устойчивой технологической схемы, которая удовлетворяет требованиям сегодняшнего дня. Наличие вероятности, поколениях технологии
отработанной
системы
А1 / SiO 2 ,
которая,
по
всей
будет применена еще на 1 – 2 технологических ИС, не противоречит активному развитию межсоединений с использованием меди в качестве
проводника (система Cu / SiO2 ), а также технологических приемов с использованием диэлектриков с более низким значением диэлектрической постоянной ε, чем для SiO2 . Аналогичные структуры металлизации условно называются система А1/низк. ε и Cu/низк. ε. Учитывая консервативность технологии, такие принципиальные новшества в части используемых материалов, а также связанные с этим новые методы реализации технологических процессов, будут вводиться в практику постепенно. Для большей органичности и обоснованности нововведений необходимо не только знать отлаженный технологический процесс в системе А1 / SiO 2 , но и мотивацию реализованных в этой системе технологических решений. В виде одного из возможных путей движения вперед для будущих технологий предлагается следующий вариант применяемых материалов: (180 нм – А1/низк. ε ) → (150 нм – А1/низк. ε + Cu / SiO2 ) → (130 нм –
Cu / SiO2 ) → (100 нм – Cu/низк. ε). 4.2.2. Развитие процессов металлизации с использованием алюминия Выбор алюминия в качестве материала проводников при изготовлении ИС и его широкое применение обусловлены простотой нанесения на поверхность структур, хорошей адгезией к SiO2
и к слоям боро-
фосфорносиликатных стекол, низкой величиной удельного сопротивления (2,7 мкОм·см). Основной способ нанесения пленок алюминия – физическое осаждение на пластину кремния испаренного вещества в камере глубокого вакуума. Испарение алюминия может производиться различными методами, в том числе путем высокочастотного, ионно-лучевого или магнетронного разогрева мишени. 20
Для уменьшения эффекта электромиграции атомов алюминия используется введение меди в количестве до 0,5%, хотя при этом удельное сопротивление материала увеличивается до 3,2 мкОм·см. Уменьшение линейных размеров элементов и связанное с этим увеличение аспектного отношения в межслойных перемычках обострило проблему контактов как между слоями металлизации, так и контакта: активные слои кремния – первый слой металлизации. Проблемой стало и обеспечение надежного конформного заполнения металлом глубоких, узких отверстий. Технологическим приемом, который позволяет решить эти проблемы, стало нанесение тонкого слоя титана методом химического осаждения вещества из газовой фазы в высокочастотной плазме малой мощности. В качестве рабочего вещества используется тетрахлорид титана в присутствии водорода. Скорость осаждения (100 – 150) Å/мин. Титан является великолепным восстановителем окислов кремния и металлов, обеспечивает контактирование в слоях структур, а также проявляет хорошие адгезионные свойства. Особое внимание уделяется контактированию с активными областями транзисторов непосредственно на поверхности пластины кремния. В этой зоне осажденный титан образует силицид TiSi 2 толщиной около 250 Å, дает невыпрямляющий низкоомный контакт с кремнием. Верхняя сторона пленки титана в системе Ti – TiSi 2 – Si выполняет функции адгезионного покрытия для следующих слоев структуры, поэтому нанесенный слой титана является контактным адгезионным слоем. Эти же функции пленка титана выполняет при формировании проводящих вертикальных перемычек между слоями металлической разводки. Поверх пленки титана в перемычках создается тонкий барьерный слой, который предотвращает взаимную диффузию материала проводника, выполняющего перемычку и окружающих материалов (прежде всего, диффузию металла перемычки в кремний). В качестве материала барьерного слоя используется нитрид титана TiN, который наносится методом химического осаждения из газовой фазы. В процессе используется реакция между тетрахлоридом титана и аммиаком. Температура процесса 400÷650°С. Ориентировочная толщина пленки 400 Å. Барьерный слой нитрида титана конформно облегает ниже лежащую поверхность без разрывов сплошности на дне контакта и «отвалов» у выхода отверстия перемычки на поверхность. 100% конформность получена даже 21
при соотношении высоты отверстия к ширине (аспектное отношение) – 13. Удельное сопротивление нитрида гитана