07微电子工艺基础金属淀积.ppt

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1、第7章金属淀积工艺1第7章金属淀积工艺本章目标：1、了解VLSI对金属化的要求2、常见金属特性比较3、Al-Si接触的常见问题及解决办法4、金属化的实现第7章金属淀积工艺一、基本概念二、VLSI对金属化的要求三、金属化的实现第7章金属淀积工艺一、基本概念1、金属薄膜的用途2、金属化工艺3、抗电迁移性4、可键合性5、台阶覆盖性第7章金属淀积工艺一、基本概念1、金属薄膜的用途（1）在微电子器件与电路中金属薄膜最重要的用途是作为内电极（MOS栅极和电容器极板）和各元件之间的电连接。（参阅教材P273下面）（2）在某些存储电路中作为熔断丝。（参阅教材P273下面）（3）用于晶圆的背面（通常

2、是金），提高芯片和封装材料的黏合力。（参阅教材P274下面）第7章金属淀积工艺一、基本概念2、金属化工艺（1）定义把各个元件连接到一起的工艺称为金属化工艺。（P266简介部分）第7章金属淀积工艺一、基本概念2、金属化工艺（2）多层金属的框架见教材P267第7章金属淀积工艺一、基本概念3、抗电迁移性所谓电迁移，是指金属的个别原子在特定条件下（例如高电压或高电流）从原有的地方迁出。第7章金属淀积工艺一、基本概念4、可键合性引线连接的最关键问题是可键合性与可靠性。可键合性是指两种金属依靠一定键合工艺使它们结合起来的能力。连接应有一定的强度，使用较长时间后不会脱开。5、台阶覆盖性①②③第7

3、章金属淀积工艺二、VLSI对金属化的要求1、要求2、常见金属特性比较3、Al-Si接触4、掺杂的多晶Si5、难熔金属及其硅化物第7章金属淀积工艺二、VLSI对金属化的要求1、要求集成电路对金属化的要求：①对n+硅和p+硅或多晶硅形成低阻欧姆接触，即金属/硅接触电阻小②能提供低电阻的互连引线，从而提高电路速度③抗电迁移性能要好④与绝缘体（如二氧化硅）有良好的附着性⑤耐腐蚀⑥易于淀积和刻蚀⑦易键合，且键合点能经受长期工作⑧层与层之间绝缘要好，不互相渗透和扩散，即要求有一个扩散阻挡层第7章金属淀积工艺二、VLSI对金属化的要求2、常用金属薄膜比较（1）金膜用途：早期的金属化材料缺点：与硅

4、的接触电阻很高，下部需要一个铂中间层；柔软，上部需要一层钼优点：导电性最好；工艺：溅射第7章金属淀积工艺二、VLSI对金属化的要求2、常用金属薄膜比较（2）铜膜用途：新一代的金属化材料，超大规模集成电路的内连线缺点：与硅的接触电阻高，不能直接使用；铜在硅中是快扩散杂质，能使硅中毒，铜进入硅内改变器件性能；与硅、二氧化硅粘附性差。优点：电阻率低（只有铝的40-45%），导电性较好；抗电迁移性好于铝两个数量级；（参阅P270最上）工艺：溅射第7章金属淀积工艺二、VLSI对金属化的要求2、常用金属薄膜比较（3）铝膜用途:大多数微电子器件或集成电路是采用铝膜做金属化材料缺点：抗电迁移性差；

5、耐腐蚀性、稳定性差；台阶覆盖性较差。优点：导电性较好；与p-Si，n+-Si（>5*1019）能形成良好的欧姆接触；光刻性好；与二氧化硅黏合性好；易键合。工艺：蒸发，溅射第7章金属淀积工艺二、VLSI对金属化的要求3、Al-Si接触（1）问题的提出①铝硅共溶第7章金属淀积工艺二、VLSI对金属化的要求3、Al-Si接触（1）问题的提出②铝硅共熔（P269中间）共熔现象：两种物质相互接触并进行加热的话，它们的熔点将比各自的熔点低得多。铝硅共熔形成合金点是577度；其实铝硅共熔大概在450度就已经开始了，而这个温度是形成欧姆接触所必需的。第7章金属淀积工艺二、VLSI对金属化的要求3、

6、Al-Si接触（1）问题的提出③尖楔现象第7章金属淀积工艺二、VLSI对金属化的要求3、Al-Si接触（2）解决方案①含硅1%-2%铝合金结构（见教材P269中间）第7章金属淀积工艺二、VLSI对金属化的要求3、Al-Si接触（2）解决方案①含硅1%-2%铝合金结构由于铜的抗电迁移性好，铝-铜（0.5-4%）或铝-钛（0.1-0.5%）合金结构防止电迁移，结合Al-Si合金，在实际应用中人们经常使用既含有铜又含有硅的Al-Si-Cu合金以防止合金化（即共熔）问题和电迁移问题。（P269下面）第7章金属淀积工艺二、VLSI对金属化的要求3、Al-Si接触（2）解决方案②Al-掺杂多晶

7、硅双层金属化结构第7章金属淀积工艺二、VLSI对金属化的要求3、Al-Si接触（2）解决方案③铝-隔离层结构（参见教材P269和P271中间）目前也常用TiW和TiN，对于铜来说常是TiN和TaN。第7章金属淀积工艺二、VLSI对金属化的要求4、掺杂的多晶Si（P273）可以对多晶硅掺杂以增加其导电性。通常掺磷（固溶度高），掺杂一般通过扩散、离子注入、或在LPCVD工序中原位掺杂。掺杂后的多晶硅和晶体硅形成良好的欧姆接触，因而具有较低的接触电阻，并且能被氧化形成绝缘层