A. Žabkar, M. Godec, P. Panjan, B. Navinšek v prispevku je na kratko prikazana problematika di-fuzijskih zapor v mikroelektronskih vezjih VLSI in dejavnost na tem področju, ki poteka v okviru Inštituta J. Stefan. Zanesljivost mikroelektronskih vezij je eden izmed najpomembnejših parametrov v sodobnih tehnologijah, zato ji posvečamo veliko pozornost že pri načrtovanju in izdelavi. Zmanjševanje dimenzij posameznih elementov v vezjih zelo obsežne integracije (VLSI) je že poseglo v področje okrog 1 \fxm in celo manj. S tem so povezane tudi manjše debeline plasti, oz. zahteve po drugačnih lastnostih materialov za te plasti. Klasičen primer je me-talizacija silicijevih rezin z aluminijem. Tako aluminij, kot silicij odlično ustrezata vsak za svoj namen, nista pa stabilna, če sta v neposrednem stiku. Elektromigracijske probleme lahko delno ublažimo s primesmi bakra in silicija. Danes v ta namen pretežno uporabljajo zlitini AlCu (4 %) Si (1 %) in AlSi (1 %). Evtektična temperatura za sistem Al-Si je 851 K. Ze pri nizkotemperaturni toplotni obdelavi pride do reakcije . Na meji se silicij raztaplja v aluminiju. Difuzija silicija v aluminiju privede do povečanja kontaktne upornosti, do prebojev (spikes) in v končni fazi do porušitve kontaktov. Problema se lahko lotimo tudi na bolj radikalen način, s plastjo, ki naj prepreči mešanje silicijeve podlage s prevodno plastjo aluminija. Med kandidati za difuzijsko zaporo so bili v preteklosti deležni velike pozornosti razni silicidi (n.pr. PtSi, Pd Si, NiSi, TiSi, MoSi ), z ti ki pa že pri 700 K ne morejo preprečiti difuzije vzdolž meja zrn v silicidni plasti. Zadnja faza v razvoju difu-zijskih zapornih plasti za VLSI vezja so intermetalne spojine, najboljša je zlitina WTi (10 %), ki so v kombinaciji s silicidi uporabne do 770 K in spojine težko taljivih kovin. Boridi, karbidi in nitridi refraktornih kovin so kemijsko in termodinamsko zelo obstojne spojine. Odlikuje jih dobra električna prevodnost (TiN je na primer dvakrat boljši prevodnik kot čisti titan), visoko tališče, kemijska inertnost in močne atomske vezi. Njihove lastnosti so znane že dlje, šele v zadnjih letih pa je rešen problem nanašanja pl^ti. Najugodnejša tehnika je reaktivno na-prševanje. Difuzija v tankih plasteh se loči od "navadne" v več pogledih (1). Zaradi majhne velikosti zrn so vsi atomi relativno blizu proste površine. Število meja zrn in strukturnih defektov je zelo veliko. To pa so glavne poti za difuzijske procese. Pogosto so v takih plasteh mehanske napetosti in nečistoče, oboje kot posledica tehnološkega postopka. Difuzijo pospešujejo povišana temperatura, električne napetosti in velike gostote električnega toka. Kritične so majhne debeline. iM masivnih materialih lahko difuzijo do globine nekaj nm zanemarimo, v tanko-plastnih strukturah pa jo seveda moramo upoštevati. Tankoplastne strukture so torej temperaturno nestabilne in skušajo doseči ravnotežno stanje s transportom snovi in s kemijskimi reakcijami med diskretnimi plastmi. Difuzijo poganjajo koncentracijski, temperaturni in električni gradienti. Pri nizkih temperaturah prevladuje difuzija po mejah zrn in dislokacijah, pri visokih-temperaturah pa mrežna difuzija. V že omenjenem primeru me-talizacije silicija z aluminijem poteka difuzija že precej pod evtektično temperaturo. Posledica je tvorba interme-talnih spojin, puščanje tokov in kratki stiki. Da bi preprečili mešanje posameznih plasti, mora biti difuzijska zapora "gosta" in termodinamsko stabilna. Dobro se mora oprijemati plasti, ki jih loči; imeti mora dobro električno in toplotno prevodnost, enakomerno debelino in strukturo, mora biti odporna na mehanske in toplotne obremenitve. Zelo važno je dobro prekrivanje stopnice (odsotnost mikrorazpok). Za praktično uporabo je seveda pogoj tudi ustreznost za nanašanje in skladnost s tehnološkimi postopki (na primer fotolitografija) v LSI in VLSI tehnologiji. Razumljivo je torej, da vseh naštetih zahtev ne moremo izpolniti v željeni meri z enim samim materialom in moramo pristati na kompromis. Med najbolj obetavnimi materiali je titanov nitrid TiN. Uporablja se za izboljšanje Schottkyjevih kontaktov (pretežno v sistemih Al-TiN-TiSi^-Si in Al-TiN-Si), v tehnologiji Si sončnih celic (na primer shema Ag-TiN-Si namesto Ag-Pd-Ti-Si) pa tudi v najmodernejših tehnologijah na osnovi InP in GeAs (na primeru Au-TiN-InP in Ag-TiN-Pt-GaAs). Titanov nitrid je t.i. pasivna zapora (2). Takšne zapore so kemijsko inertne in imajo nizko topnost za oba materiala, ki ju ločujemo. Lastnosti TiN plasti so močno odvisne od izbranega postopka in od okoliščin med nanašanjem (3). Za praktičen uspeh je treba pri vsaki napravi določiti optimalne parametre nanašanja. Najpogosteje nanašajo TiN za difuzijske zapore z reaktivnim naprševanjem v magnetronskih sistemih. Optimalni parametri za nanašanje plasti so kljub številnim aplikacijam še vedno predmet zelo obsežnih in temeljitih raziskav (3-6). Ključne lastnosti so predvsem stabilnost, nizka kontaktna upornost in selektivnost pri jedkanju. Za difuzijsko zaporo je najustreznejši TiN s stehlometrijskb sestavo. (Olelctrična upornost ima takrat minimum. Primesi kiailra znatno [lovečajo kontalctno upornost plasti, poveča se difu/.ija skozi plast, zmanjša pa se število ofipovedi pri ciklični toplotni oliremonltvi (b). Tlačne napetosti v plasteh povzročajo največ težav; še posebno velike so, če je v plasti nekaj faze Ti^N. Na Institutu "J. Stefan" se že nekaj let ukvarjamo z nanašanjem titanovega nitrida. Predmet naših raziskav so lastnosti difuzijske zapore v metalizaciji silicijevih rezin in osnovni parametri nanašanja za doseganje optimalnih karakteristik (7,8). Osnovna tehnika nanašanja, ki jo uporabljamo, je naprševanje s plazemsko napravo Sputron. Velika fleksibilnost naprave odtehta nekoliko manjšo hitrost nanašanja (v primerjavi s pla-narnim magnetronom). Velik del raziskav poteka v tesnem sodelovanju z Iskro - Mikroelektroniko (9). SI. 1 SI. 2 pri titanu (88,7 yU