МОЩНАЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯ МИКРОСХЕМА

Областью применения данной полезной модели является микроэлектроника, а именно - конструкции современных мощных полупроводниковых микросхем с применением силовой металлизации на основе алюминия и меди.
Известна полупроводниковая микросхема, состоящая из полупроводниковой подложки, со сформированными в ней полупроводниковыми элементами, слоем тонкой металлизации на основе алюминия, диэлектрическим слоем с отверстием к первому слою металлизации и со сформированным поверх диэлектрического слоя методом электроосаждения вторым слоем толстой металлизации из меди (см, например, книгу Alan Hastings The Art of Analog layout, second edition, pp. 71-72). Толстая металлизация из меди позволяет существенно улучшить устойчивость металлизации к электромиграции, уменьшить электрическое сопротивление, повысить плотность тока металлизации и требует существенно меньшую площадь для размещения. Металлизация из меди соединена с первым слоем металлизации из алюминия через контактные окна в диэлектрическом слое с помощью адгезионного (например, титана) и затравочного слоя меди.
Наиболее близкой к предлагаемой является мощная полупроводниковая микросхема, состоящая из полупроводниковой подложки, со сформированным в ней мощным полупроводниковым прибором и схемой управления, слоем тонкой металлизации для подачи сигнала управления и коммутации, диэлектрическим слоем с отверстием к первому слою металлизации и со сформированным поверх диэлектрического слоя методом электроосаждения вторым слоем толстой металлизации из меди (см. статью Dr. Jae Song Thick copper paves way for high-current drive in high-voltage power ICs на ресурсе http://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1278747). Учитывая то, что медь имеет неудовлетворительную адгезию к диэлектрическим покрытиям, металлизация из меди, полученная методом электроосаждения, представляет собой многослойную структуру: нижний слой - Ti, Та, Cr толщиной 10-15 нм, затравочный слой из меди толщиной 0,1-0,15 мкм, нанесенные в вакууме, и собственно, слой меди толщиной обычно 5-25 мкм, полученный методом электроосаждения.
2
3
2
3
Основным недостатком данной микросхемы является то, что при нанесении адгезионных слоев Ti, Та, Cr они образуют плохой контакт со слоем из алюминия из-за наличия AlO на поверхности металлизации. Обычно AlO удаляют методом ионного распыления аргоном. Однако, при нанесении адгезионных слоев Ti, Та, Cr, которые обладают значительным сродством к кислороду и, в результате чего, между слоем металлизации из алюминия и адгезионным слоем образуется слабопроводящий окисный слой. Также Ti, Та, Cr практически не растворяются в алюминии в диапазоне температур до 600°C, что не позволяет улучшить качество контакта путем термообработки.
Целью данной полезной модели является повышение качества и надежности мощных полупроводниковых микросхем за счет улучшения электрического контакта между слоем металлизации из алюминия и адгезионным слоем.
Указанная цель достигается тем, что в отличие от известной мощной полупроводниковой микросхемы, состоящей из полупроводниковой подложки, со сформированным в ней мощным полупроводниковым прибором и схемой управления, слоем тонкой металлизации из алюминия, диэлектрического покрытия с окнами к первому слою металлизации и второго слоя толстой металлизации из меди, состоящего из адгезионного, затравочного слоев и слоя меди, полученного методом электроосаждения, адгезионный слой выполнен из ванадия толщиной 10-20 нм.
Новым в предлагаемой полезной модели является то, что адгезионный слой выполнен из ванадия, что улучшает контактирование между адгезионным слоем и первым слоем металлизации из алюминия.
Использование ванадия в качестве адгезионного слоя обеспечивает контактирование между адгезионным слоем и первым слоем металлизации из алюминия за счет минимального образования возможных окисных прослоек и достаточно высокой растворимости ванадия в алюминии - 0,1% (ат.) при 500°C.
Минимальная толщина адгезионного слоя из ванадия составляет 10 нм, что необходимо для исключения обрывов на ступеньках диэлектрического покрытия. Обрывы ухудшают адгезию затравочного слоя меди к диэлектрическому покрытию. Максимальная толщина адгезионного слоя из ванадия составляет 20 нм.
Дальнейшее увеличение толщины нецелесообразно, так как при удалении затравочного и адгезионного слоя после нанесения гальванического слоя меди величина подтрава адгезионного слоя увеличивается с увеличением толщины, что может привести к разрушению толстой металлизации из меди при механическом воздействии силы, параллельной плоскости пластины, например, при дальнейшей обработке пластин и сборке мощных полупроводниковых микросхем. При этом подтрав адгезионного слоя играет роль концентратора механических напряжений.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фигурой. На фиг. 1 приведена конструкция мощной полупроводниковой микросхемы.
Позициями на фиг. 1 обозначены:
1 - кремниевая подложка;
2 - истоки и стоки латерального МОП - транзистора, изготовленного методом двойной диффузии;
2
3
4
3 - диэлектрическое покрытие (SiO; SiN);
4 - слой металлизации из алюминия;
5 - диэлектрическое покрытие;
6 - адгезионный слой, выполненный из ванадия;
7 - затравочный слой из меди;
8 - слой металлизации из меди, полученный методом электроосаждения.
На фиг. 1 приведен разрез предлагаемой мощной полупроводниковой микросхемы. Предлагаемую мощную полупроводниковую микросхему можно изготовить, выполняя описанные ниже операции.
2
3
4
На кремниевую подложку 1 микросхемы с мощным полупроводниковым прибором (например, латеральным МОП - транзистором, изготовленным методом двойной диффузии 2) с диэлектрическим покрытием 3 (SiO, SiN) толщиной 0,4-1 мкм для формирования слоя металлизации из алюминия 4 напыляют слой алюминия толщиной 1 мкм, проводят фотолитографию этого слоя, затем формируют слой следующего диэлектрического покрытия 5 (например, низкотемпературное фосфорно - силикатное стекло толщиной 1-1,2 мкм). Далее методом фотолитографии формируют контактные окна к слою металлизации 4.
Далее методом магнетронного распыления наносится адгезионный слой из ванадия 6 толщиной 10-20 нм и затравочный слой из меди 7 толщиной 0,1 мкм. Для формирования слоя металлизации из меди, наносится слой негативного фоторезиста, например, фоторезист AZnxt-15, толщиной, равной толщине металлизации из меди (например, 12 мкм). С помощью метода фотолитографии в фоторезисте вскрывают окна для формирования слоя металлизации из меди и доступа к участкам слоя металлизации из алюминия 4.
Перед нанесением слоя толстой металлизации из меди затравочный слой 7 активируют в среде плазмы. Далее методом электрохимического осаждения формируют слой металлизации из меди 8 в следующих условиях:
2
- плотность тока 1 А/дм;
- температура 18…25°C.
Далее жидкостным травлением удаляют негативный фоторезист, адгезионный слой 6 и затравочный слой 7 из мест, свободных от слоя металлизации из меди 8. Затем проводят термообработку полученного слоя металлизации из меди 8 в условиях вакуума при температуре 450°C в течение 30 минут и получают готовую микросхему (см. фиг. 1).