Двухуровневые металлические межкомпонентные соединения для ранних биполярных ИС
По мере возрастания плотности упаковки ИС с уменьшением топологических размеров появилась необходимость использования более чем одного уровня межкомпонентных соединений. В nМОП ИС материал поликремниевого затвора (в дальнейшем покрываемый силицидом для образования полицида) использовался в качестве локальных межкомпонентных соединений. Этот уровень межкомпонентных соединений мог быть покрыт одним уровнем металлической разводки (Al-Si) для формирования двухуровневой межкомпонентной системы.
В биполярной технологии структуры с поликремниевым затвором отсутствуют, следовательно, для создания двухуровневых межкомпонентных соединений необходимо использовать два уровня металлических соединений. В этих биполярных схемах с двухуровневыми межкомпонентными соединениями не предпринимались попытки планаризации диэлектрического слоя (межуровневого диэлектрика), который разделал первый и второй уровни металлических соединений. Отверстия, вскрытые в межуровневом диэлектрике, позволяли металлу-2 осуществить контакт с металлом-1. Эти контактные отверстия получили название vias – сквозные отверстия. Несмотря на то, что такой процесс формирования двухуровневых межкомпонентных соединений был успешно внедрен на биполярных ИС, степень покрытия ступеньки пленками металла-2, которые ложились над шинами металла-1, была приемлемой в самой малой степени. Таким образом, было невозможно использовать этот способ для формирования трехуровневых межкомпонентных соединений.
Подобным образом, когда КМОП ИС пришли на смену nМОП ИС (в середине 1980-х), стало невозможно использовать дальше поликристаллический кремний в качестве локальных межкомпонентных соединений, таким же образом, как он использовался в nМОП ИС. Это произошло потому, что в ранних КМОП технологиях поликристаллический кремний легировался примесью n-типа, следовательно, он не мог использоваться для создания контактов к областям сток/истока p-канального транзистора. В место этого в этих КМОП ИС стало необходимым использовать структуры двухуровневых металлических межкомпонентных соединений. К сожалению, метод формирования двухуровневых межкомпонентных соединений, использованный в ранних биполярных ИС не мог использоваться для КМОП ИС. Это происходит из-за того, что ступеньки, созданные слоем поликристаллического кремния, вместе со ступеньками, созданными первым металлом, являются слишком высокими, для того чтобы обеспечить адекватное покрытие таких ступенек пленками второго металла.
Двухуровневые металлические межкомпонентные соединения для КМОП ИС (частичная планаризация межуровневого диэлектрика)
Для создания двухуровневых металлических межкомпонентных соединений в КМОП ИС последовательность, используемая в биполярных ИС, была модернизирована. Это было сделано потому, что было необходимо обеспечить возможность частичной планаризации межуровневого диэлектрика перед осаждением второго металла. Технологии частичной планаризации, использованные в технологии КМОП ИС с конца 1980-х, включали сквозное травление фоторезиста и использование стекол, нанесенных из жидкого раствора на центрифуге. Кроме того, контактные отверстия вскрывались в двух стадийном процессе травления. На первой стадии (которая вскрывала верхнюю половину сквозного отверстия) использовался изотропный процесс травления, в то время как на второй стадии (которая вскрывала оставшуюся часть сквозного отверстия) использовался анизотропный процесс. Это двухстадийный процесс позволял получать сквозные отверстия, которые имели профиль «фужера для шампанского». Такие сквозные отверстия в достаточной мере облегчали заполнение контактных окон пленками второго металла. Отметим, что при этом использовались сплавы Al:2%Cu, потому что они имеют лучшие электромиграционные характеристики по сравнению пленками чистого алюминия. Схема структуры двухуровневой металлизации для КМОП технологии и РЭМ-фотография реальной структуры приведены на рисунках. Структуры трехуровневой металлизации в биполярных ИС также могли быть произведены с использованием этой методики. Тем не менее, эта методика не может использоваться для трехуровневой металлизации в КМОП ИС.
Poly - поликремний
PMD – диэлектрик под металлмом
IMD – диэлектрик между металлами (межуровневый)
