07微電子工藝基礎金屬淀積.ppt

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1、第7章金屬淀積工藝1第7章金屬淀積工藝本章目標：1、了解VLSI對金屬化的要求2、常見金屬特性比較3、Al-Si接觸的常見問題及解決辦法4、金屬化的實現(xiàn)第7章金屬淀積工藝一、基本概念二、VLSI對金屬化的要求三、金屬化的實現(xiàn)第7章金屬淀積工藝一、基本概念1、金屬薄膜的用途2、金屬化工藝3、抗電遷移性4、可鍵合性5、臺階覆蓋性第7章金屬淀積工藝一、基本概念1、金屬薄膜的用途（1）在微電子器件與電路中金屬薄膜最重要的用途是作為內(nèi)電極（MOS柵極和電容器極板）和各元件之間的電連接。（參閱教材P273下面）（2）在某些存儲電路中作為熔斷絲。（參閱教材P273下面）（3）用于晶圓的背面（通常

2、是金），提高芯片和封裝材料的黏合力。（參閱教材P274下面）第7章金屬淀積工藝一、基本概念2、金屬化工藝（1）定義把各個元件連接到一起的工藝稱為金屬化工藝。（P266簡介部分）第7章金屬淀積工藝一、基本概念2、金屬化工藝（2）多層金屬的框架見教材P267第7章金屬淀積工藝一、基本概念3、抗電遷移性所謂電遷移，是指金屬的個別原子在特定條件下（例如高電壓或高電流）從原有的地方遷出。第7章金屬淀積工藝一、基本概念4、可鍵合性引線連接的最關鍵問題是可鍵合性與可靠性?？涉I合性是指兩種金屬依靠一定鍵合工藝使它們結合起來的能力。連接應有一定的強度，使用較長時間后不會脫開。5、臺階覆蓋性①②③第7

3、章金屬淀積工藝二、VLSI對金屬化的要求1、要求2、常見金屬特性比較3、Al-Si接觸4、摻雜的多晶Si5、難熔金屬及其硅化物第7章金屬淀積工藝二、VLSI對金屬化的要求1、要求集成電路對金屬化的要求：①對n+硅和p+硅或多晶硅形成低阻歐姆接觸，即金屬/硅接觸電阻小②能提供低電阻的互連引線，從而提高電路速度③抗電遷移性能要好④與絕緣體（如二氧化硅）有良好的附著性⑤耐腐蝕⑥易于淀積和刻蝕⑦易鍵合，且鍵合點能經(jīng)受長期工作⑧層與層之間絕緣要好，不互相滲透和擴散，即要求有一個擴散阻擋層第7章金屬淀積工藝二、VLSI對金屬化的要求2、常用金屬薄膜比較（1）金膜用途：早期的金屬化材料缺點：與硅

4、的接觸電阻很高，下部需要一個鉑中間層；柔軟，上部需要一層鉬優(yōu)點：導電性最好；工藝：濺射第7章金屬淀積工藝二、VLSI對金屬化的要求2、常用金屬薄膜比較（2）銅膜用途：新一代的金屬化材料，超大規(guī)模集成電路的內(nèi)連線缺點：與硅的接觸電阻高，不能直接使用；銅在硅中是快擴散雜質(zhì)，能使硅中毒，銅進入硅內(nèi)改變器件性能；與硅、二氧化硅粘附性差。優(yōu)點：電阻率低（只有鋁的40-45%），導電性較好；抗電遷移性好于鋁兩個數(shù)量級；（參閱P270最上）工藝：濺射第7章金屬淀積工藝二、VLSI對金屬化的要求2、常用金屬薄膜比較（3）鋁膜用途:大多數(shù)微電子器件或集成電路是采用鋁膜做金屬化材料缺點：抗電遷移性差；

5、耐腐蝕性、穩(wěn)定性差；臺階覆蓋性較差。優(yōu)點：導電性較好；與p-Si，n+-Si（>5*1019）能形成良好的歐姆接觸；光刻性好；與二氧化硅黏合性好；易鍵合。工藝：蒸發(fā)，濺射第7章金屬淀積工藝二、VLSI對金屬化的要求3、Al-Si接觸（1）問題的提出①鋁硅共溶第7章金屬淀積工藝二、VLSI對金屬化的要求3、Al-Si接觸（1）問題的提出②鋁硅共熔（P269中間）共熔現(xiàn)象：兩種物質(zhì)相互接觸并進行加熱的話，它們的熔點將比各自的熔點低得多。鋁硅共熔形成合金點是577度；其實鋁硅共熔大概在450度就已經(jīng)開始了，而這個溫度是形成歐姆接觸所必需的。第7章金屬淀積工藝二、VLSI對金屬化的要求3、

6、Al-Si接觸（1）問題的提出③尖楔現(xiàn)象第7章金屬淀積工藝二、VLSI對金屬化的要求3、Al-Si接觸（2）解決方案①含硅1%-2%鋁合金結構（見教材P269中間）第7章金屬淀積工藝二、VLSI對金屬化的要求3、Al-Si接觸（2）解決方案①含硅1%-2%鋁合金結構由于銅的抗電遷移性好，鋁-銅（0.5-4%）或鋁-鈦（0.1-0.5%）合金結構防止電遷移，結合Al-Si合金，在實際應用中人們經(jīng)常使用既含有銅又含有硅的Al-Si-Cu合金以防止合金化（即共熔）問題和電遷移問題。（P269下面）第7章金屬淀積工藝二、VLSI對金屬化的要求3、Al-Si接觸（2）解決方案②Al-摻雜多晶

7、硅雙層金屬化結構第7章金屬淀積工藝二、VLSI對金屬化的要求3、Al-Si接觸（2）解決方案③鋁-隔離層結構（參見教材P269和P271中間）目前也常用TiW和TiN，對于銅來說常是TiN和TaN。第7章金屬淀積工藝二、VLSI對金屬化的要求4、摻雜的多晶Si（P273）可以對多晶硅摻雜以增加其導電性。通常摻磷（固溶度高），摻雜一般通過擴散、離子注入、或在LPCVD工序中原位摻雜。摻雜后的多晶硅和晶體硅形成良好的歐姆接觸，因而具有較低的接觸電阻，并且能被氧化形成絕緣層