半导体工艺(第10章)-平坦化

学习情景7

平坦化学习子情景1金属化与平坦化布线概念：微电子器件有源区形成后，各个有源区通过金属膜线在芯片表面经过适当的连接来实现器件的功能；这种通过对金属薄膜的微细加工，实现各个相互隔离的器件的连接工艺称为布线；金属化：金属膜线通过蒸发或溅射的方式形成，然后通过光刻、刻蚀，把金属膜的连线刻蚀出来，这是构成器件功能的关键；要求：满足电学性能，形成欧姆接触；平坦化把晶片表面起伏的电介质层加以平坦的一种工艺技术；经过平坦化处理的介电层，无悬殊的高低落差，在制作第二层金属内连线时，很容易进行；欧姆接触金属与半导体间的电压与电流关系具有线性关系，接触电阻小，不产生明显的附加阻抗；布线技术对布线互连线的要求布线材料有低的电阻率和良好的稳定性；布线材料可以被精细刻蚀，并具有抗环境侵蚀的能力；布线材料易于淀积成膜，粘附性要好，台阶覆盖要好；布线材料具有很强的抗电迁移能力，并有良好的可焊性；金属电迁移当电流流过布线金属时，导电电子与金属离子发生碰撞并产生动量交换，金属离子将沿电子流的方向运动，形成金属的迁移运动，这种运动现象称为电迁移；后果：导致金属在靠近正极一端堆积，形成小丘或晶须，而靠近负极一端则产生空洞。金属的堆积会引起布线金属间的短路、空洞则会引起布线金属开路；金属化要求：台阶覆盖（蒸发源射向晶片表面的金属会在台阶的阴面和阳面产生很大的沉积速率差，要求晶片阳面或阴面所得到的薄膜厚度要一致，利用多源蒸发和旋转晶片）致密性（稀疏的金属膜容易吸收水汽和杂质离子，并发生化学反应，可降低淀积速率）粘附性（金属膜与晶片表面应有良好粘附）稳定性（金属与半导体间的任何反应，都会造成对器件性能的影响）合金工艺金属膜经过图形加工后，形成了互连线。但是还必须对金属互连线进行热处理，使金属牢固地附着于晶片表面，并且与半导体形成良好的欧姆接触。这一热处理称为合金工艺；热处理使金属与半导体界面形成一层合金层或化合物层，并通过这一层与表面重掺杂的半导体形成良好的欧姆接触；合金过程：

以硅-铝合金为例将铝放置在硅片上；当合金温度大于577℃时，一部分铝熔化到硅中，一部分硅熔化到铝中，形成铝硅合金；当冷凝以后，就形成了一层再结晶层，这就得到了良好的欧姆接触；平坦化原因：多层布线随着金属层表面而产生高低不平的介电层沉积，因为沉积层不平坦，将使得接下来的第二层金属层的光刻工艺在曝光聚焦上有困难；集成电路的多层布线势在必行，于是平坦化也就成了新出现的一种工艺技术；旋涂玻璃法（SOG）化学机械抛光（CMP）SOG是目前普遍采用的一种局部平坦化技术，其原理类似于光刻胶旋涂，即把一种溶于溶剂的介电材料以旋涂的方式涂布在晶片上；经涂布的介电材料可以随着溶剂而在晶片表面流动，因此很容易填入晶片表面的凹槽内。经过适当热处理，去除这些用来溶解介电材料的溶剂以后，即完成平坦化；CMP是目前能提供超大规模集成电路制造过程中全面平坦化的一种新技术；对介电层的抛光的目的是去除光刻胶，并使整个晶片表面均匀平坦，被去除的厚度约为0.5~1μm；抛光成分构成抛光晶片抛光垫抛光料抛光固定装置使用CMP主要难处在于不容易保证整个晶片抛光的均匀性要达到均匀性，必须满足以