接触与离子互连可编辑只是课件.ppt

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1、接触与离子互连可编辑COMS标注金属化互连：Al—Cu合金接触孔与通孔：金属W（Ti/TiN/W）Ti/TiN：焊接层、阻挡层、防反射层电极材料：金属硅化物，如TiSi2集成电路对金属化的基本要求形成低阻欧姆接触；提供低阻互连线；抗电迁移；良好的附着性；耐腐蚀；易于淀积和刻蚀；易键合；层与层之间绝缘要好。9.2金属化材料及应用常用金属材料：Al、Cu、Pt、Au、W、Mo等常用的金属性材料：掺杂的poly-Si；金属硅化物--PtSi、CoSi2、WSi2、TiSi2；金属合金--AlSi、AuCu、CuPt、TiB2、SiGe、ZrB2、TiC、MoC、TiN。9.2金属

2、化材料及应用多晶硅栅和局部互连；70s中期后代替Al作为栅极，高温稳定性；满足注入后退火的要求，Al不能自对准重掺杂，LPCVD淀积硅化物电阻率比多晶硅更低，常用TiSi2，WSi2和CoSi29.2金属化材料及应用2、硅化物自对准形成硅化钛9.2金属化材料及应用铝（Al）最常用的金属导电性第四好的金属-铝2.65μΩ-cm-金2.2μΩ-cm-银1.6μΩ-cm-铜1.7μΩ-cm1970s中期以前用作栅极电极金属9.2金属化材料及应用钛Ti：硅化钛、氮化钛Ti/TiN的作用：阻挡层：防止W扩散粘合层：帮助W与SiO2表面粘合在一起防反射涂层ARC（Anti-reflec

3、tioncoating），防止反射提高光刻分辨率9.2金属化材料及应用5、钨W接触孔和通孔中的金属塞接触孔变得越来越小和越窄PVDAl合金：台阶覆盖性差，产生空洞CVDW：出色的台阶覆盖性和空隙填充能力CVDW：更高电阻率：8.0-12mW-cmPVDAl合金（2.9-3.3mW-cm）W只用作局部互连和金属塞9.2金属化材料及应用6、铜Lowresistivity(1.7μΩ×cm)—lowerpowerconsumptionandhigherICspeedHighelectromigrationresistance—betterreliabilityPooradhesi

4、onwithsilicondioxideHighlydiffusive，heavymetalcontaminationVeryhardtodryetch—copper-halogenhaveverylowvolatility9.2.1Al的性质电阻率：Al为2.7μΩ/cm，（Au2.2μΩ/cm，Ag1.6μΩ/cm，Cu1.7μΩ/cm）Al合金为3.5μΩ/cm；溶解度：Al在Si中很低，Si在Al中相对较高，如400℃时，0.25wt%；450℃时，0.5wt%；500℃时，0.8wt%；Al-Si合金退火：相当可观的Si溶解到Al中。9.2.2Al/Si接触的物理

5、现象Al/Si互溶:Al在Si中的溶解度非常低；Si在Al中的溶解度相对较高。Si在Al中扩散：Si在Al薄膜中的扩散比在晶体Al中大40倍。Al与SiO2反应：3SiO2+4Al→3Si+2Al2O3好处：降低Al/Si欧姆接触电阻；改善Al与SiO2的粘附性最常用的材料使Al：采用溅射淀积铝互连技术Al金属化系统失效的现象Al的电迁移（Electromigration）Al/Si接触中的尖楔现象Cu正全面取代Al9.2.4电迁移现象及改进电迁移：大电流密度下，导电电子与铝金属离子发生动量交换，使金属离子沿电子流方向迁移。现象：在阳极端堆积形成小丘或须晶，造成电极间短路；

6、在阴极端形成空洞，导致电极开路。改进电迁移的方法a.“竹状”结构：晶粒间界垂直电流方向。b.Al—Cu/Al—Si—Cu合金：Cu等杂质的分凝降低Al在晶粒间界的扩散系数。c.三层夹心结构：两层Al之间加一层约500Å的金属过渡层，如Ti、Hf、Cr、Ta。d.新的互连线：Cu当器件工作室，金属互连线内有一定电流通过，金属离子会沿导体产生质量的输运，其结果会使导体的某些部位产生空洞或晶须（小丘），这就是电迁移现象。为了避免电迁移效应，可以增加连线的宽度，以保证通过连线的电流密度小于一个确定的值。（1）铝的电迁移当大密度电流流过金属薄膜时，具有大动量的导电电子将于金属原子发生

7、动量交换，使金属原子沿电子流的方向迁移，这种现象称为金属电迁移。电迁移会使金属原子在阳极端堆积，形成小丘或晶须，造成电极间短路；在阴极端由于金属空位的集聚而形成空洞，导致电路开路。9.2.3Al/Si接触的尖楔现象图9.3Al—Si接触引线工艺T=500℃，t=30min，A=16μm，W=5μm，d=1μm，消耗Si层厚度z=0.35μm。（相当于VLSI的结深）∵Si非均匀消耗，∴实际上，A*<>Z，故Al形成尖楔（2）Al/Si接触中的尖楔现象硅和铝不能发生化学反应形成硅化物，但是退火温度下（4