随著电子工业迅速发展

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1、金屬薄膜與製程8-1.簡介隨著電子工業迅速發展，製程技術快速進步，已達到極大型積體電路（ULSI）階段。而金屬化(Metallization)為一個極為重要的關鍵步驟。在微電子工業矽晶積體電路中金屬薄膜主要用為:(1)導體接觸(OhmicContact)，(2)單向能阻接觸(SchottkyBarrierContact)，(3)低阻閘電極(GateElectrode)，(4)元件間連線(Interconnect)。隨著半導體生產技術的演進，積體電路設計與製造的最低線寬持續縮小。根據美國半導體協會（Semiconduct

2、orIndustryAssociation,SIA）於1997年發佈的藍圖（Roadmap），在0.25mm世代元件中，閘電極（Gate）寬為0.20mm，接觸窗口（ContactWindow）金屬矽化物厚度為70nm，自金屬矽化物接面深度(JunctionDepth)為100-200mm。到公元1999年，0.18mm世代元件中，這些數字將分別改變為0.14mm，55nm以及70-140nm（見表8.11997199920012003200620092012產品推出年代技術世代2501801501301007050(

3、DRAM線寬)(nm)微處理器閘極線200140120100705035寬(nm)相當Oxide厚度4-53-42-32-31.5-2<1.5<1.0(nm)側壁襯隔層厚度100-20072-14460-12052-10420-207.5-155-10(nm)汲極結構目前汲極結構墊高源/汲極墊高汲極金屬接觸接面深100-20070-14060-12050-10040-8015-3010-20度（nm）通道接面深度50-10036-7230-6026-5220-4015-3010-20（nm）金屬矽化物厚度7055454

4、045-70新結構（nm）DRAM金屬接觸5.56.37.07.5910.512縱寬比邏輯晶片金屬連66-7777-88-99線層數金屬連線有效電3.32.22.22.22.2<1.8<1.8組率（μΩ-cm）障礙層厚度1002320161186（nm）金屬連線間絕緣3.0-4.12.5-3.02.0-2.51.5-2.01.5-2.0≦1.5≦1.5層有效介電係數一方面有更多電晶體（Transistor）可以被容納在晶粒（Chip）中，另一方面，因元件的積集度增加，使得晶片的表面無法提供足夠的面積，來製作所需的內連線

5、（Interconnect）時，為了配合電晶體縮小後所增加的內連線需求，兩層以上的金屬化設計，便逐漸的成為許多積體電路所必須採用的方式。在多層金屬薄膜結構中，用以連接（Interconnect）電晶體（Transistor）之源極（Source），汲極（Drain）和閘電極（Gate）至金屬導線的接觸窗（Contact），與連接上下層金屬導線間的介層窗（Via）之孔徑縮小了許多，然而用以分開金屬導線的介電層（Dielectric）之厚度無法相對的減小，以致於接觸窗及介層窗的縱橫比（AspectRatio）增大了許多。例

6、如在0.25微米生產技術之接觸窗（Contact）在邏輯晶粒（LogicChip）的最小關鍵尺寸（CriticalDimension，CD）約為0.28μm，在動態隨機存取記憶體（DynamicRandomAccessMemory，DRAM）縱橫比（AspectRatio）約為5.5：1。在0.18mm世代元件，接觸窗/介層窗的關鍵尺寸已降到0.2μm，DRAM縱橫比尺寸，則提高到6.3。由於金屬栓塞（Plug）填入孔洞的程度影響半導體電性及可靠度（Reliability），因此，將金屬填充入小孔徑，高縱橫比的接觸窗及

7、介層窗成為次微米半導體製造的重要課題之一。另外在深次微米領域時，Al合金作為內連線（Interconnect）阻值過高也不再適用，以阻值較低的材料（如Cu），來取代鋁合金已然在積極進行中。其他發展新材料與技術，如低與高介電係數絕緣材料、墊高源/汲極矽晶等均是有待研發的課題。8-2.金屬接觸8-2-1.Al-Si合金早期積體電路金屬化製程選擇鋁為主要導電材料，是因為鋁具有低電阻值（∼2.8μΩ-cm），技術成熟，附著力強，易蝕刻，且與n+/p+易融合成很好的歐姆接觸（OhmicContact）。[2]但在元件接觸區窗口縮

8、小至微米尺寸後，金屬與下層Si接觸面積縮小，接觸電阻增加與接觸區窗口生成氧化層或污染物影響接觸品質問題變得很嚴重。一般須在鍍金屬膜時經過連續式潔淨化蝕刻(即預蝕)的步驟。由於積體電路後段製程溫度常會達到450-5000C，而在此溫度範圍Si在Al中的溶解度高達0.5-1at.%（見圖8-2）[3]，並能在Al薄膜中迅速擴散，導致在