绝缘层 金属层

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1、绝缘层°为什么采用SiO?2•SiO在10-9Torr,T>900ºC时稳定2•SiO可能用HF蚀刻而Si不受影响2•SiO是B、P、As扩散时的阻挡层2•SiO是良好绝缘体，ρ>1016Ωcm，Εg=8eV!2•SiO的介质击穿电压较高，达到500V/µm2•SiO生长在Si上，Si/SiO的界面很整齐22绝缘层°绝缘层的形成•热氧化：将硅片置于通有氧气的高温环境内（900ºC~1200ºC）硅片表面的硅和氧气发生反应，形成SiO。2Si+O→SiO22•氧化在氧化炉管中完成•热氧化分为干氧氧化、湿氧氧化和水汽氧化绝缘层°用氰氟酸溶液清洗有机污染物的清洗槽°可以控制Si表面氧化

2、生长的氧化炉绝缘层•氧化过程中氧化剂流动示意图绝缘层•干法氧化是在纯氧中氧化•干法氧化的氧化系数绝缘层•湿法氧化是在氧和水的混合物中氧化•在氧化管中燃烧含有氧气的氢气产生热和水•右图为湿法氧化的氧化系数绝缘层°氧化物厚度与氧化时间之间的关系•氧化速率随着温度的升高而提高•氧化管中的气体类型和压力也影响氧化速率绝缘层°SiO的物理结构2•硅原子位于氧多面体的中心绝缘层°硅局部氧化（LOCOS技术）•通常的氧化是在圆片表面整个氧化成氧化物平面，然后进行刻蚀。刻蚀出来的窗口存在台阶，影响后续工艺•LOCOS是在不需要氧化的地方涂上一层氮化硅，氮化硅层下面的硅层不被氧化•LOCOS工艺在

3、大约1000ºC高温下进行绝缘层•LOCOS工艺氧化前先形成一层SiO2薄层氧化层可能会高出硅表面横向氧化生长形成鸟嘴，改变了器件性能绝缘层•未加预腐蚀和经过预腐蚀的晶体硅LOCOS工艺步骤绝缘层•标准LOCOS结构剖面图绝缘层•标准LOCOS结构剖面图金属层°金属层：互连材料某些形式的FET管栅极材料•对金属层的要求：高导电能力；对硅的接触电阻小；在氧化硅上有良好的附着强度；对各氧化物都具有良好的棱边覆盖性；适合于多层金属化；容易淀积；电子传输能力强。金属层•金属层的制作：蒸发、溅射、电镀在一定条件下将材料气化，再凝结，就形成了蒸发膜溅射是用高能离子轰击溅射材料，将材料溅射到衬

4、底表面形成薄膜电镀法通常用来加厚金属层溅射法可以形成约1µm的金属层，电镀法可以形成1µm以上的金属层金属层•蒸发工艺示意图金属层•蒸发工艺的台阶覆盖问题a)纵横比为1的结构，金属层不均匀b)在旋转并加热的衬底上形成的金属层金属层•坩埚加热蒸发台电阻源a)简单源。加热线圈必须用难熔金属做成b)带凹形舟的加热源金属层•坩埚加热感应加热坩埚。线圈中加入RF电流，通过涡流加热蒸发材料为了避免线圈本身损耗，线圈本身用水冷，使其保持在低于100ºC为了防止坩埚材料污染，常用电子束蒸发。用电子束轰击材料棒，提高材料棒末端的温度，产生蒸发原子束金属层•多组分金属薄膜a)单源蒸发b)多源同时蒸发

5、c)多源按次序蒸发金属层•溅射简介溅射是蒸发法的替代方法溅射的台阶覆盖比蒸发好，辐射缺陷远少于电子束蒸发，在制作复合材料和合金时性能更好金属层•溅射法的覆盖薄膜在高纵横比的接触孔处，台阶覆盖随时间增加而变化的截面图溅射薄膜的台阶覆盖比蒸发薄膜的覆盖更好坑底的凹口可以通过加温予以改善金属层•一个溅射系统金属层•金属导线的问题：在极小的接触窗口中金属铝和硅接触之间因为微合金化而出现问题通过420ºC温度中退火，可以使硅扩散到铝中，使得接触电阻降低或者在铝中加入0.8%~1%的硅。淀积时，铝中的硅已经饱和，不会有大量的硅从圆片表面扩散到铝中金属层•金属导线的问题加载之前的导线金属层•金

6、属导线的问题在200ºC时以10000A/mm2加载后的导线（可见针状物、小丘和断路）金属层•金属导线的问题当电流密度过大时，电迁移会导致导线中的材料向电子运动方向转移材料不均匀运动会导致断路，造成芯片报废将铜融入铝中（1%~4%），使之合金化，可以大大降低电迁移，延长导线寿命为了避免电迁移作用的影响，导线中的许可电流密度被限制为1000A/mm2，相当于1mA/µm2上述限制必须在版图设计时予以控制为此也造成版图设计规则检查成本增加