集成电路工艺基础——09_金属化与多层互连.ppt

1、Chap 9金属化和多层互连、金属化金属和金属化材料在集成电路技术中的应用作用是，根据设计将电源组件连接起来，形成完整的电路和系统，提供连接到外部电源的触点互连和金属化。不仅占据了相当大的筹码面积，而且经常成为限制电路速度的主要矛盾。(约翰f肯尼迪、Northern Exposure(美国电视电视剧)、金属材料的应用、金属材料的用途和要求：栅电极和栅氧化层之间具有良好的介面特性和稳定性，多晶硅符合NMOS和PMOS阈值电压对称性要求的优点是，通过改变掺杂类型和浓度，栅氧化层和功能以及栅氧化层良好的介面特性多晶硅栅工艺自泄漏对准特性，金属材料的应用，金属材料的用途和要求：互连材料电阻率小、积累容

2、易、易于识别的抗日电迁移特性Al Cu，金属材料的应用，金属材料的用途和要求：接触材料好的金属/半导体接触特性(良好的界面性和稳定性，减少接触电阻，减少半导体材料内的扩散系数)后续基本要求：1低电阻欧姆接触，低电阻互连引线2抗电迁移性能好3附着好4防腐5容易积累和刻蚀6容易键组合7互连层绝缘好，层间互穿扩散，扩散障碍。金属化材料特性的集成电路要求，根据晶格结构和影响外延生长的薄膜的晶格结构，可以形成电特性电阻率、TCR、协函数、肖特基势基座高度等机械特性，热力学特性和化学特性，应用集成电路铝，Al的优点：电阻率低，N、P硅或多晶硅与硅和BPSG的低电阻欧姆接触。由于易于接触和蚀刻，最常用的互连

3、金属材料、金属铝膜的制造方法(PVD)、真空蒸发方法(电子束蒸发)使用高压加速和聚焦的电子束加热蒸发源，将蒸发积累到硅表面溅射方法中。射频，磁控溅射污染少，沉积速度快，均匀。Al/Si接触的现象，Al和SiO2的反应，Al-硅互溶，Al-Si表示两种茄子成分和温度的关系，Al-Si系的低共晶特性Al-Si系的共晶温度为577，相应的组分配比为Si为11.3%，Al为88.7减少接触电阻假设Al引线与下方SiO2的粘合、Al/Si接触中的尖锐楔形现象、Al/Si接触中的尖锐楔形现象、Al/Si接触中的尖锐楔形现象、Si溶解以及Al消耗的Si体积：Si在接触孔区域A内均匀消耗。Al-Si接口氧化层

4、厚度薄的氧(尖楔浅)厚的氧(尖楔深)衬里111:水平扩展，双极集成电路100:垂直扩展，pn接头段落，MOS集成电路(尖楔现象)，Al/Si接触改进尖楔问题(威廉莎士比亚、硅、硅、硅、硅、硅、硅、硅、硅、硅、硅)未溶硅在硅单晶肿瘤欧姆接触电阻牙齿增大，引线结合困难，双层金属化-第二种解决方法，铝-中度多晶硅(P，As)在堆积铝膜之前，通常会积累重P(As)掺杂多晶硅溶于铝所需的硅原子，以抑制尖楔现象。铝-阻断层结构-第三种解决方案是在铝、硅之间堆积薄金属层，代替中的掺杂多晶硅，称为阻断层。一般使用硅化物代替金属。因为硅化物与硅表面的氧化层反应，与硅很好地附着，与低欧姆接触。电迁移现象，高电流密

5、度作用下互连引线上的金属原子沿电子运动方向移动的现象是电迁移(EM)。本质是导体原子与牙齿导体电子流相互作用，铝的情况是铝原子沿晶粒之间的边界扩散。结果：在一个方向形成孔，从而打开或打断相互连接的引线。另一个方向是铝原子的积累，形成了山丘，造成了广角难和多层布线之间的短路。中值过期时间，表示电迁移现象的物理量是互连引线的中值过期时间“中值过期时间”(Median Time to Failure，MTF)，即50%互连引线过期的时间。电迁移改进方法-第一种方法，结构的选择采用竹结构的铝引线，构成多晶硅的粒子从下向上穿过引线截面，通过晶粒间的垂直电流方向，因此晶粒间的扩散不起作用。铝薄膜的铝原子扩

6、散系数类似于单晶，因此MTF值可能会上升两个数量级。电迁移改进方法-第二种方法，铝-铜合金和铝-硅-铜合金Al- Si(1%2%)-Cu(4%)杂质在铝晶界凝固，从而降低铝原子在铝晶界的扩散系数，从而使MTF提高到1。缺点：提高了电阻率，缺点：牙齿三层金属在400退火1小时后在两层铝之间形成金属间化合物，防止孔通过整个金属引线，或者减少晶粒间铝扩散系数，使MTF提高23数量级。寻找新的互连金属材料-第四种方法、铜和低K介质、互连引线延迟常数低电阻材料(Cu)低K介质材料、使用Cu作为互连材料的工艺流程、低于0.18um的工艺要求所需的双大马士革工艺工艺流程降低互连孔成本，以及大规模集成电路和多

7、层互连、集成电路技术摩尔定律发展、零件特性尺寸减少、集成增长互连面积成为决定筹码面积的主要因素的互连延迟可以与零件语句延迟相比较。 互联系统已经成为制约集成电路技术发展的重要因素。单层金属互连不能满足需求。应使用多层金属互连技术。多层金属互连技术对VLSI的重要性可以大大提高VLSI的整合密度，从而进一步提高整合率。互连是一种互连，通过减少设备之间互连引起的延迟，可以在较小的筹码区域中实现相同的电路功能。每个附加层需要两个遮罩板，多层互连的工艺过程，平整。(a)不平坦(b)部分平坦的油田层外观(CVD SiO2后瞬间)(c)局部平坦的油田层(使用牺牲层技术)(d)具有全面平坦性的油田层(CMP

8、)，平整；硅和抛光板都以一定的速度旋转，并利用磨料提供的化学反应和硅在抛光板上承受的机械抛光，消除了硅表面的突出部分，最终实现了平整。问题：终点站检测(需要中断层)研磨产物清洗，提高楼梯复盖性的方法，补型罩原因是反应物吸附，反应时有明显的表面移动。吸附原子迁移率的元素吸附原子的种类、能量基板温度离子吸附原子的轰击反应室类型、累积环境BPSG回流、真空蒸发、行星旋转真空沉积装置使用CMP工艺、改善楼梯复盖的方法、接触和互连的现状和发展、当前互连密度(筹码总面积的7080%)连接宽度窄(电阻) 浅连接渗透等Cu工艺问题电镀或化学镀方法(包括CMOS工艺)电迁移性能下降)CVD(可靠性不好)刻蚀工艺低介电率介质材料多孔介质材料非常脆，整合工艺面临很大困难。后工序，主要工艺计划；长篇焊接引线；封装成品测试印刷包装1。切片用激光束、金钢刀、金钢轮、包装是将芯片组装在外壳支架或框架上。常用的方法有裴秀智键、共晶焊、铅锡合金焊等。筹码、框架、银浆、筹码、框架上筹码