3.2金屬互連技術(shù)ppt課件

1、3.6 金屬布線技術(shù)金屬材料作用：金屬材料作用：AlAlAlP SUB接觸線接觸線互連線互連線焊盤焊盤半導(dǎo)體與金屬線間的接觸半導(dǎo)體與金屬線間的接觸 半導(dǎo)體與金屬線接觸：歐姆接觸和肖特基接觸 理想歐姆接觸：電流隨外加電壓線性變化。為了將盡可能多的電流從器件傳輸給電路中的各種電容充電，接觸電阻占器件電阻的比例也必須小。 肖特基接觸：接近理想的二極管，正偏時(shí)它們的電阻應(yīng)很低，而反偏時(shí)，電阻則為無(wú)窮大。 在集成電路片上淀積金屬薄膜，并通在集成電路片上淀積金屬薄膜，并通過光刻技術(shù)形成布線，把互相隔離的元件過光刻技術(shù)形成布線，把互相隔離的元件按一定要求互連成所需電路的工藝。按一定要求互連成所需電路的工藝。

2、金屬互連金屬互連集成電路金屬層材料的要求集成電路金屬層材料的要求n電阻率低；電阻率低；n能與元件的電極形成良好的低歐姆接觸；能與元件的電極形成良好的低歐姆接觸；n與二氧化硅層的粘附性要好；與二氧化硅層的粘附性要好；n便于淀積和光刻加工形成布線等。便于淀積和光刻加工形成布線等。 3.6.1 3.6.1 常用的金屬化材料常用的金屬化材料n 鋁的電阻率低，導(dǎo)電性好；鋁的電阻率低，導(dǎo)電性好；n 鋁能與鋁能與N+和和 P+的鍺和硅同時(shí)形成良好的歐姆接觸；的鍺和硅同時(shí)形成良好的歐姆接觸；n 對(duì)二氧化硅的粘附性良好；對(duì)二氧化硅的粘附性良好；n 鋁便于蒸發(fā)淀積形成薄膜和光刻腐蝕加工形成布線。鋁便于蒸發(fā)淀積形成

3、薄膜和光刻腐蝕加工形成布線。1.Al1.Al優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)長(zhǎng)期以來(lái)鋁一直是集成電路中廣泛使用的金屬互連材料。長(zhǎng)期以來(lái)鋁一直是集成電路中廣泛使用的金屬互連材料。n鋁和硅間產(chǎn)生固鋁和硅間產(chǎn)生固- -固擴(kuò)散固擴(kuò)散n 集成電路封裝時(shí)集成電路封裝時(shí)400400500500的溫度，的溫度， n SiAlSiAl中，溶解度達(dá)中，溶解度達(dá)0.5-1%0.5-1%，會(huì)使，會(huì)使SiAlSiAl界界面出現(xiàn)孔穴。面出現(xiàn)孔穴。 n Al Si Al Si 中，硅半導(dǎo)體中出現(xiàn)鋁尖峰，使電中，硅半導(dǎo)體中出現(xiàn)鋁尖峰，使電路失效。路失效。n鋁不能承受高溫處理鋁不能承受高溫處理n 鋁和硅接觸的最低共熔點(diǎn)為鋁和硅接觸的最低共熔點(diǎn)為577

4、577。布線之后，。布線之后，硅片的加硅片的加n 工溫度受到限制。工溫度受到限制。n鋁存在電遷移現(xiàn)象鋁存在電遷移現(xiàn)象缺點(diǎn)缺點(diǎn)鋁電遷移鋁電遷移 在集成電路中，隨著集成度的提高，要求金屬引在集成電路中，隨著集成度的提高，要求金屬引線具有越來(lái)越小的面積。當(dāng)通過線具有越來(lái)越小的面積。當(dāng)通過Al布線的電流密布線的電流密度超過度超過106A/cm2時(shí)，電流的傳輸將引起離子位移，時(shí)，電流的傳輸將引起離子位移，即即Al 原子在導(dǎo)電電子的作用下，沿晶界邊界向高原子在導(dǎo)電電子的作用下，沿晶界邊界向高電位端位移，結(jié)果，金屬化中高電位處出現(xiàn)金屬電位端位移，結(jié)果，金屬化中高電位處出現(xiàn)金屬原子堆積，電位低處出現(xiàn)空洞，導(dǎo)致

5、開路。原子堆積，電位低處出現(xiàn)空洞，導(dǎo)致開路。加載之前加載200 ，10000A/mm22.Al-Si-Cu合金合金n鋁和硅間產(chǎn)生固鋁和硅間產(chǎn)生固-固擴(kuò)散固擴(kuò)散n鋁不能承受高溫處理鋁不能承受高溫處理n鋁存在電遷移現(xiàn)象鋁存在電遷移現(xiàn)象Al克服鋁和硅間產(chǎn)生固克服鋁和硅間產(chǎn)生固-固擴(kuò)散固擴(kuò)散: 在在Al中摻入中摻入12的的Si, 可以防止熱處理時(shí)硅向鋁中的溶入?？梢苑乐篃崽幚頃r(shí)硅向鋁中的溶入?？朔X電遷移：在克服鋁電遷移：在Al中摻入中摻入24的的Cu， Cu在晶界處在晶界處 聚集，使電遷移效應(yīng)減低一個(gè)數(shù)量級(jí)。聚集，使電遷移效應(yīng)減低一個(gè)數(shù)量級(jí)。3.6.2 多層布線n集成電路的金屬互連技術(shù)，隨著集成度的

6、提高，也集成電路的金屬互連技術(shù)，隨著集成度的提高，也從簡(jiǎn)單向復(fù)雜、從單層向多層發(fā)展。大規(guī)模集成電路從簡(jiǎn)單向復(fù)雜、從單層向多層發(fā)展。大規(guī)模集成電路中，兩層和兩層以上的金屬布線已得到廣泛應(yīng)用。中，兩層和兩層以上的金屬布線已得到廣泛應(yīng)用。 器件制備器件制備絕緣介質(zhì)層沉積絕緣介質(zhì)層沉積平坦化平坦化接觸孔接觸孔金屬化金屬化最后一層最后一層生成鈍化層生成鈍化層完畢完畢YN平坦化平坦化化學(xué)機(jī)械拋光：是用化學(xué)和機(jī)械方法除去薄化學(xué)機(jī)械拋光：是用化學(xué)和機(jī)械方法除去薄 膜平整表面的一種制造工藝。膜平整表面的一種制造工藝。 這種工藝用這種工藝用于于 減少晶片表面的起伏減少晶片表面的起伏.晶片晶片 ( Wafer )研磨墊研磨墊 ( Pad ) 晶片保持器晶片保持器 ( Carrier )研磨漿研磨漿 ( Slurry )轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)軸拋光臺(tái)拋光臺(tái) ( Platen )BPSGP 襯底襯底P-井井N-井井P 襯底襯底P-井井