金屬化概述和質(zhì)量測量

1、金屬化概述和質(zhì)量測量 概 述 金屬化是芯片制造過程中在絕緣介質(zhì)薄膜上淀積金屬薄膜，通過光刻形成互連金屬線和集成電路的孔填充塞的過程。金屬線被夾在兩個(gè)絕緣介質(zhì)層中間形成電整體。高性能的微處理器用金屬線在一個(gè)芯片上連接幾千萬個(gè)器件，隨著互連復(fù)查性的相應(yīng)增加，預(yù)計(jì)將來每個(gè)芯片上晶體管的密度將達(dá)到10億個(gè)。 由于ULSI組件密度的增加，互連電阻和寄生電容也會隨之增加，從而降低了信號的傳播速度。 減小互連電阻可通過用銅取代鋁作為基本的導(dǎo)電金屬而實(shí)現(xiàn)。對于亞微米的線寬，需要低K值層間介質(zhì)（ILD）。通過降低介電常數(shù)來減少寄生電容。目 標(biāo)通過本章學(xué)習(xí)，將能夠：1.解釋金屬化；2.列出并描述在芯片制造中的6種

2、金屬，討論它們的性能要求并給出每種金屬的應(yīng)用；3.解釋在芯片制造過程中使用金屬化的優(yōu)點(diǎn)，描述應(yīng)用銅的挑戰(zhàn)；4.敘述濺射的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)；5.描述濺射的物理過程，討論不同的濺射工具及其應(yīng)用；6.描述金屬CVD的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用；7.解釋銅電鍍的基礎(chǔ)；8.描述雙大馬士革法的工藝流程。 引 言 芯片金屬化是應(yīng)用化學(xué)或物理處理方法在芯片上淀積導(dǎo)電金屬膜的過程。這一過程與介質(zhì)的淀積緊密相關(guān)，金屬線在IC電路中傳輸信號，介質(zhì)層則保證信號不受鄰近金屬線的影響。 金屬化對不同金屬連接有專門的術(shù)語名稱?；ミB（interconnect）意指由導(dǎo)電材料（鋁、多晶硅或銅）制成的連線將信號傳輸?shù)叫酒牟煌糠?。互連也被用做芯片上

3、器件和整個(gè)封裝之間普通的金屬連接。接觸（contact）意指硅芯片內(nèi)的器件與第一層金屬之間在硅表面的連接。通孔（via）是穿過各種介質(zhì)層從某一金屬層到毗鄰的另一金屬層之間形成電通路的開口?！疤畛浔∧ぁ笔侵赣媒饘俦∧ぬ畛渫?，以便在兩金屬層之間形成電連接。多層金屬化層間介質(zhì)金屬互連結(jié)構(gòu)在硅中擴(kuò)散的有源區(qū)亞0.25m CMOS 剖面具有鎢塞的通孔互連結(jié)構(gòu)復(fù)合金屬互連局部互連（鎢）初始金屬接觸 層間介質(zhì)（ILD）是絕緣材料，它分離了金屬之間的電連接。ILD一旦被淀積，便被光刻成圖形、刻蝕以便為各金屬層之間形成通路。用金屬（通常是鎢 W）填充通孔，形成通孔填充薄膜。在一個(gè)芯片上有許多通孔，據(jù)估計(jì)，一個(gè)

4、300mm2單層芯片上的通孔數(shù)達(dá)到一千億個(gè)。在一層ILD中制造通孔的工藝，在芯片上的每一層都被重復(fù)。金屬化正處在一個(gè)過渡時(shí)期，隨著銅冶金術(shù)的介入正經(jīng)歷著快速變化以取代鋁合金。這種變化源于刻蝕銅很困難，為了克服這個(gè)問題，銅冶金術(shù)應(yīng)用雙大馬士革法處理，以形成通孔和銅互連。這種金屬化過程與傳統(tǒng)金屬化過程相反（見下圖）。傳統(tǒng)和大馬士革金屬化比較傳統(tǒng)互連流程氧化硅通孔2刻蝕 鎢淀積 + CMP金屬2淀積 + 刻蝕覆蓋 ILD 層和 CMP雙大馬士革流程覆蓋 ILD 層和 CMP氮化硅刻蝕終止層 (光刻和刻蝕)第二層 ILD 淀積和穿過兩層氧化硅刻蝕銅填充銅CMP 銅金屬化 金屬類型 以提高性能為目的，用

5、于芯片互連的金屬和金屬合金的類型正在發(fā)展，對一種成功的金屬材料的要求是：1.導(dǎo)電率: 要求高導(dǎo)電率，能夠傳道高電流密度。2.黏附性：能夠黏附下層襯底，容易與外電路實(shí)現(xiàn)電連接3.淀積：易于淀積經(jīng)相對低溫處理后具有均勻的結(jié)構(gòu)和組分刻印圖形/平坦化：提供高分辨率的光刻圖形5.可靠性：經(jīng)受溫度循環(huán)變化，相對柔軟且有好的延展性抗腐蝕性：很好的抗腐蝕性，層與層以及下層器件區(qū)有最 小的化學(xué)反應(yīng)。應(yīng)力：很好的抗機(jī)械應(yīng)力特性，以便減少硅片的扭曲和材 料的失效。 硅和硅片制造業(yè)中所選擇的金屬 (at 20C) 在硅片制造業(yè)中各種金屬和金屬合金可組成下列種類鋁鋁銅合金銅阻擋層金屬硅化物金屬填充塞 金 屬 鋁 在半導(dǎo)

6、體制造業(yè)中，最早的互連金屬是鋁，目前在VLSI以下的工藝中仍然是最普通的互連金屬。在21世紀(jì)制造高性能IC工藝中，銅互連金屬有望取代鋁。然而，由于基本工藝中鋁互連金屬的普遍性， 所以選擇鋁金屬化的背景是有益的。 鋁在20時(shí)具有-cm的低電阻率，比銅、金及銀的電阻率稍高。然而銅和銀都比較容易腐蝕，在硅和二氧化硅中有高的擴(kuò)散率，這些都阻止它們被用于半導(dǎo)體制造。另一方面，鋁能夠很容易和二氧化硅反應(yīng)，加熱形成氧化鋁（AL2O3），這促進(jìn)了氧化硅和鋁之間的附著。還有鋁容易淀積在硅片上?；谶@些原因。鋁仍然作為首先的金屬應(yīng)用于金屬化。鋁 互 連 歐姆接觸 為了在金屬和硅之間形成接觸，可通過加熱完成。通常在

7、惰性氣體或還原的氫氣環(huán)境中，在400500進(jìn)行，此過程也被稱為低溫退火或燒結(jié)。在硅上加熱烘烤鋁形成期望的電接觸界面，被稱為歐姆接觸（有很低的電阻）。接觸電阻與接觸面積成反比，在現(xiàn)代芯片設(shè)計(jì)中，歐姆接觸用特殊的難熔金屬（以硅化物形式出現(xiàn)的鈦），在硅表面作為接觸以減小電阻、增強(qiáng)附著（見下圖）。 在某些特殊的芯片上有上億個(gè)接觸點(diǎn)，為了獲得良好的電性能，一個(gè)可靠的具有低電阻和牢固附著的界面是非常重要的。歐姆接觸結(jié)構(gòu)Gate阻擋層金屬歐姆接觸鋁、鎢、銅等SourceDrainOxide 結(jié)“穿通”：在加熱過程中，鋁和硅之間易出現(xiàn)不希望的反應(yīng)，該反應(yīng)導(dǎo)致接觸金屬和硅形成微合金，這一過程被稱為結(jié)“穿通”。當(dāng)

8、純鋁和硅界面加熱時(shí)結(jié)尖刺發(fā)生，并導(dǎo)致硅向鋁中擴(kuò)散。結(jié)尖刺的問題可通過在鋁中添加硅和阻擋層金屬化兩種方法解決。結(jié)短路淺結(jié) 鋁銅合金：由于鋁的低電阻率及其與硅片制造工藝的兼容性，因此被選擇為IC的主要互連材料。然而鋁有眾所周知的電遷徒引起的可靠性問題。由于電遷徒，在金屬表面金屬原子堆起來形成小丘（如圖所示）如果大量的小丘形成，毗鄰的連線或兩層之間的連線有可能短接在一起。在ULIS技術(shù)、高級電路的設(shè)計(jì)中，芯片溫度會隨著電流密度而增加，兩者都會使鋁芯片金屬化更易引起電遷徒。小丘短接的兩條金屬線金屬線中的空洞 IC互連金屬化引入銅的優(yōu)點(diǎn)1.電阻率的減?。涸?0時(shí)，互連金屬線的電阻率從鋁的2.65 mW-

9、cm 減小到銅的1.678 mW-cm ；減少RC的信號延遲，增加芯片速度。2.功耗的減少：減小了線的寬度，降低了功耗。3.更高的集成密度：更窄的線寬，允許更高密度的電路集成，這意味著需要更少的金屬層。4.良好的抗電遷徒性能：銅不需要考慮電遷徒問題。5.更少的工藝步驟：用大馬士革 方法處理銅具有減少工藝步驟 20 to 30 %的潛力。 與 m 器件比較互連延遲的變化 鋁和銅之間特性和工藝的比較 對銅的挑戰(zhàn) 與傳統(tǒng)的鋁互連比較，用銅作為半導(dǎo)體互連主要涉及三個(gè)方面的挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)明顯不同于鋁技術(shù)，在銅應(yīng)用與IC互連之前必須解決：1.銅快速擴(kuò)散進(jìn)氧化硅和硅，一旦進(jìn)入器件的有源區(qū)，將會損壞器件。 2

10、.應(yīng)用常規(guī)的等離子體刻蝕工藝，銅不能容易形成圖形。干法刻蝕銅時(shí)，在它的化學(xué)反應(yīng)期間不產(chǎn)生揮發(fā)性的副產(chǎn)物，而這對于經(jīng)濟(jì)的干法刻蝕是必不可少的。 3.低溫下（200）空氣中，銅很快被氧化，而且不會形成保護(hù)層阻止銅進(jìn)一步氧化。 用于銅互連結(jié)構(gòu)的阻擋層：提高歐姆接觸可靠性更有效的方法是用阻擋層金屬化，這種方法可消除諸如淺結(jié)材料刻蝕或結(jié)尖刺的問題。阻擋層金屬是淀積金屬或金屬塞，作用是阻止層上下的材料互相混合（見下圖）。其厚度對工藝來說為100nm；對工藝來說為400600nm。阻擋層金屬銅 阻擋層金屬在半導(dǎo)體工業(yè)中被廣泛應(yīng)用。為了連接鋁互連金屬和硅源漏之間的鎢填充薄膜接觸，阻擋層金屬阻止了硅和鎢互相進(jìn)入

11、接觸點(diǎn)，也阻止了鎢和硅的擴(kuò)散以及任何結(jié)尖刺?？山邮艿淖钃鯇咏饘俚幕咎卣鳎?.有很好的阻擋擴(kuò)散作用；2.高導(dǎo)電率具有很低的歐姆接觸電阻；3.在半導(dǎo)體和金屬之間有很好的附著；4.抗電遷徒；5.在很薄的并且高溫下具有很好的穩(wěn)定性；6.抗侵蝕和氧化。 銅在硅和二氧化硅中都有很高的擴(kuò)散率，這種高擴(kuò)散率將破壞器件的性能。傳統(tǒng)的阻擋層金屬對銅來說阻擋作用不夠，銅需要由一層薄膜阻擋層完全封閉起來，這層封閉薄膜的作用是加固附著并有效地阻止擴(kuò)散。對銅來說對這個(gè)特殊的阻擋層金屬要求：1.阻止銅擴(kuò)散；2.低薄膜電阻；3.對介質(zhì)材料和銅都有很好的附著；4.與化學(xué)機(jī)械平坦化過程兼容；5.具有很好的臺階覆蓋，填充高深寬比

12、間隙的金屬層是連續(xù)、等角的；6.允許銅有很小的厚度，占據(jù)最大的橫截面積。 鉭作為銅的阻擋層金屬：對于銅互連冶金術(shù)來說，鉭、氮化鉭和鉭化硅（TaSiN）都是阻擋層金屬的待選材料，阻擋層厚度必須很?。s75埃），以致它不影響具有高深寬比填充薄膜的電阻率而又能扮演一個(gè)阻擋層的角色。銅鉭 硅化物 難熔金屬與硅在一起發(fā)生反應(yīng)，熔合時(shí)形成硅化物。硅化物是一種具有熱穩(wěn)定性的金屬化合物，并且在硅/難熔金屬的分界面具有低的電阻率（如下圖）。在硅片制造業(yè)中，難熔金屬硅化物是非常重要的，因?yàn)闉榱颂岣咝酒阅?，需要減小許多源漏和柵區(qū)硅接觸的電阻。在鋁互連技術(shù)中，鈦和鈷是用于接觸的普通難熔金屬。 如果難熔金屬和多晶硅反

13、應(yīng)。那么它被稱為多晶硅化物（見下圖）。摻雜的多晶硅被用作柵電極，相對而言它有較高的電阻率（約500-cm），正是這導(dǎo)致了不應(yīng)有的RC信號延遲。多晶硅化物對減小連接多晶硅的串聯(lián)導(dǎo)致是有益的，同時(shí)也保持了多晶硅對氧化硅好的界面特性。硅接觸上的難溶金屬硅化物鈦/鈦鉭阻擋層金屬金屬鎢鈦硅化物接觸Silicon substrate多晶硅柵鈦硅化物接觸OxideOxideSourceDrain 多晶硅上的多晶硅化物鈦多晶硅化物鈦硅化物多晶硅柵摻雜硅 硅化物的一些特性TiSi2的退火相 自對準(zhǔn)硅化物由于在優(yōu)化超大規(guī)模集成電路的性能方面，需要進(jìn)一步按比列縮小器件的尺寸，因此在源/漏和第一金屬層之間電接觸的面積

14、是很小的。這個(gè)小的接觸面積將導(dǎo)致接觸電阻增加。一個(gè)可提供穩(wěn)定接觸結(jié)構(gòu)、減小源/漏區(qū)接觸電阻的工藝被稱為自對準(zhǔn)硅化物技術(shù)。它能很好地與露出的源、漏以及多晶硅柵的硅對準(zhǔn)。許多芯片的性能問題取決于自對準(zhǔn)硅化物的形成（見下圖）。自對準(zhǔn)硅化物的主要優(yōu)點(diǎn)是避免了對準(zhǔn)誤差。與自對準(zhǔn)硅化物有關(guān)的芯片性能問題STITiSi2STISGDTiSi2TiSi2TiSi2減少的方阻減少柵的電阻減少的接觸電阻減少的二極管漏電 自對準(zhǔn)金屬硅化物的形成2. 鈦淀積Silicon substrate1. 有源硅區(qū)場氧化層側(cè)墻氧化層多晶硅有源硅區(qū)3. 快速熱退火處理鈦硅反應(yīng)區(qū)4. 去除鈦TiSi2 形成 金屬填充塞多層金屬化產(chǎn)

15、生了對數(shù)以十億計(jì)的通孔用金屬填充塞填充的需要，以便在兩層金屬之間形成電通路。接觸填充薄膜也被用于連接硅片中硅器件和第一層金屬化。目前被用于填充的最普通的金屬是鎢，因此填充薄膜常常被稱為鎢填充薄膜(見下圖)。鎢具有均勻填充高深寬比通孔的能力，因此被選作傳統(tǒng)的填充材料。鎢可抗電遷徒引起的失效，因此也被用作阻擋層以禁止硅和第一層之間的擴(kuò)散及反應(yīng)。鎢是難熔材料，熔點(diǎn)為：3417，在20時(shí)，體電阻率是-cm。鋁雖然電阻率比鎢低，但濺射的鋁不能填充具有高深寬比的通孔，基于這個(gè)原因，鋁被用作互連材料，鎢被限于做填充材料。多層金屬的鎢填充塞早期金屬化技術(shù)1. 厚氧化層淀積2. 氧化層平坦化3. 穿過氧化層刻蝕

16、接觸孔4. 阻擋層金屬淀積5. 鎢淀積6. 鎢平坦化1. 穿過氧化層刻蝕接觸孔2. 鋁淀積3. 鋁刻蝕在接觸孔 (通孔)中的鎢塞氧化硅(介質(zhì))鋁接觸孔氧化硅(介質(zhì))現(xiàn)代金屬化技術(shù) IC 中的金屬塞SiO2 金屬淀積系統(tǒng)物理氣相淀積 (PVD) 用于半導(dǎo)體制造業(yè)的傳統(tǒng)金屬化工藝歸并到被稱為物理氣相淀積（PVD）一類。PVD開始是用燈絲蒸發(fā)實(shí)現(xiàn)的，接著是用電子束，最近是通過濺射?；瘜W(xué)氣相淀積已成為淀積金屬薄膜最常用的技術(shù)。 在SSI和MSI IC時(shí)代，蒸發(fā)是主要的金屬化方法。由于蒸發(fā)臺階覆蓋的特性差，所以后來被濺射取代。被用于傳統(tǒng)和雙大馬士革金屬化的不同金屬淀積系統(tǒng)是：蒸發(fā)濺射金屬 CVD銅電鍍

17、蒸 發(fā) 在半導(dǎo)體制造的早期，所有金屬層都是通過蒸發(fā)PVD方法淀積的。為了獲得更好的臺階覆蓋、間隙填充和濺射速度，在70年代后期，在大多數(shù)硅片制造技術(shù)領(lǐng)域?yàn)R射已取代蒸發(fā)。 蒸發(fā)由待蒸發(fā)的材料放進(jìn)坩鍋，在真空系統(tǒng)中加熱并使之蒸發(fā)（見下圖）。最典型的加熱方法是利于電子束加熱放置在坩鍋中的金屬。在蒸發(fā)中保持高真空環(huán)境。蒸汽分子的自由程增加，并在真空腔里以直線形式運(yùn)動，直到它撞擊表面凝結(jié)形成薄膜。 蒸發(fā)的最大缺點(diǎn)是不能產(chǎn)生臺階覆蓋；性能上不能形成具有深寬比大于1.0:1的連續(xù)薄膜；還有對淀積合金的限制。簡單的蒸發(fā)裝置機(jī)械泵高真空閥高真空泵工藝腔(鐘罩)坩鍋蒸發(fā)金屬載片盤 濺 射： 濺射也是物理氣相淀積形

18、式之一，主要是一個(gè)物理過程，而非化學(xué)過程。在濺射過程中，高能粒子在撞擊具有高純度的靶材料固體平板，按物理過程撞擊出原子。這些被撞擊出的原子穿過真空，最后淀積在硅片上。濺射的優(yōu)點(diǎn)是：1.具有淀積并保持復(fù)雜合金原組分的能力；2.能夠淀積高溫熔化和難熔金屬；3.能夠在直徑為(200 mm 或更大的硅片上控制淀積均勻薄膜；4.具有多腔集成設(shè)備，能夠在淀積金屬前清除硅片表面沾污和本身的氧化層 (被稱為原位濺射刻蝕)。 簡單平行金屬板直流二極管濺射系統(tǒng)尾氣e-e-e-DC 直流二極管濺射裝置襯底 1) 電場產(chǎn)生 Ar+ 離子 2) 高能Ar+ 離子和 金屬靶撞擊 3) 將金屬原子 從 靶中撞擊陽極(+)陰

19、極 (-)氬原子電場金屬靶等離子體 5) 金屬淀積在襯底上 6) 用真空泵將多余 物質(zhì)從腔中抽走4) 金屬原子向襯底遷移.進(jìn)氣+ 基本濺射步驟在高真空腔等離子體中產(chǎn)生正氬離子，并向具有負(fù)電勢的靶材料加速；在加速過程中獲得動量，并轟擊靶；離子通過物理過程從靶上撞擊出（濺射）原子，靶具有想要的材料組分；被撞擊出（濺射）的原子遷移到硅片表面；被濺射的原子在硅片表面凝聚形成薄膜，與靶材料相比，薄膜具有與它基本相同的材料組分；額外材料由真空泵抽走。濺射中的物理學(xué) 濺射的一個(gè)基本方面是氬氣被離化形成等離子體。氬被用做濺射離子，是因?yàn)樗鄬^重并且化學(xué)上是惰性氣體，這避免了和生長薄膜或靶發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。如果一

20、個(gè)高能電子撞擊中性的氬原子，碰撞電離外層電子，產(chǎn)生了帶正電荷的氬離子。這個(gè)具有能量的粒子被用于轟擊帶負(fù)電的靶材料以便被濺射。 帶正電荷的氬離子在等離子體中被陰極靶的負(fù)電位強(qiáng)烈吸引。當(dāng)這些帶電的氬離子通過輝光放電區(qū)時(shí)，它們被加速并獲得動能。當(dāng)氬離子轟擊靶表面時(shí)，氬離子的動能轉(zhuǎn)移給靶材料以撞擊出一個(gè)或多個(gè)原子。被撞出的這些原子穿過等離子體抵達(dá)硅片表面。濺射過程中從靶的表面撞出金屬原子+0高能 Ar+ 離子被濺射的金屬原子金屬原子陰極(-)彈回的氬離子和自由電子復(fù)合形成中性原子 除了被濺射的原子被轟擊外，還有其它核素淀積在襯底上（見下圖）。這些核素給襯底加熱（使溫度達(dá)到350），引起薄膜淀積不均勻。

21、在鋁的淀積過程中，高溫也可能產(chǎn)生不需要的鋁氧化，這反而妨礙了濺射過程。另外如果這些核素（雜質(zhì)原子）摻雜進(jìn)正在襯底上生長的薄膜，這將引起薄膜的質(zhì)量問題。 以上介紹的濺射系統(tǒng)是一個(gè)簡單的直流二極管系統(tǒng)，它不能用于濺射介質(zhì)，因?yàn)殡姌O被介質(zhì)覆蓋，輝光放電不能夠維持。同樣也不能用于濺射刻蝕。下面介紹三類濺射系統(tǒng)：RF (射頻)磁控IMP (離子化的金屬等離子體)不同核素淀積在襯底上陽極(+)陰極 (-)電場金屬靶等離子體輝光產(chǎn)生的光子被濺射的原子Substrate高能原子中子包含雜質(zhì)的陰離子轟擊靶產(chǎn)生的X-射線陰離子e- 磁控濺射磁控濺射系統(tǒng)是在靶的周圍和后面裝置了磁體以俘獲并限制電子于靶的前面（見下圖

22、）。這種設(shè)置增加了離子在靶上的轟擊率，產(chǎn)生更多的二次電子，進(jìn)而增加等離子體中電離的速率。最后的結(jié)果是。更多的離子引起對靶更多的濺射，因此增加了系統(tǒng)的淀積速率。磁控濺射設(shè)計(jì)需要有一個(gè)能量（大約從3KW20KW），供應(yīng)給氬等離子體，以便取得最大的濺射速率。由于靶吸收了這些能量中的大多數(shù)，并且靶與陰極接觸，因此陰極的冷卻是必須的濺射淀積大面積硅片其均勻性較差。為了取得高濺射速率和膜的均勻性，需要發(fā)展能夠旋轉(zhuǎn)、裝置稀土和高強(qiáng)度永磁體的新陰極。磁控濺射系統(tǒng)DC 電源被加熱的硅片吸盤磁鐵氬氣入口真空泵 靶 陰極 準(zhǔn)直濺射為了在接觸孔或通孔的底部和邊沿取得較好的覆蓋，通過利用準(zhǔn)直濺射能夠獲得直接的增強(qiáng)（見下

23、圖）。設(shè)置的準(zhǔn)直器好像是等離子體的陰極。用這種方法，任何從靶上被濺射出的高角度中性核素被中斷，并淀積在準(zhǔn)直器上。從靶上直線噴射的其他原子將通過準(zhǔn)直器淀積在接觸孔的底部，準(zhǔn)直器在接觸孔中減少了對側(cè)墻的覆蓋。準(zhǔn)直器的應(yīng)用意味著被濺射的材料大部分將達(dá)到不了硅片，因?yàn)楸粸R射材料的大部分終止在準(zhǔn)直器上，這個(gè)結(jié)果降低了濺射的生產(chǎn)效率。如果臺階覆蓋是一個(gè)關(guān)鍵因素，那么在磁控濺射的基礎(chǔ)上用IMP或CVD淀積會更有效。準(zhǔn)直濺射表明濺射薄膜覆蓋通孔的剖面圖Ar靶準(zhǔn)直器準(zhǔn)直濺射系統(tǒng) 離子化的金屬等離子體 PVD的概念SubstrateElectrode電極鈦靶+RF場高能氬離子鈦離子被濺射的鈦原子e-e-離子體DC

24、 電源RF 發(fā)生器DC 場DC 偏置電源電感線圈 金屬 CVD： 由于化學(xué)氣相淀積具有良好的臺階覆蓋以及對高深寬比接觸通孔無間隙式的填充，在金屬淀積方面它的應(yīng)用正在增加。當(dāng)器件的特征尺寸減小到或更小時(shí)，這些因素在硅片制造業(yè)中至關(guān)重要。在的器件設(shè)計(jì)中，DRAM存儲器通孔的深寬比被設(shè)計(jì)成7:1，邏輯電路設(shè)計(jì)成2.4:1。鎢 CVD極好的臺階覆蓋和間隙填充良好的抗電遷徒特性銅 CVD極好的一致性 具有 Ti/TiN 阻擋層金屬的墊膜鎢 CVDTi2 準(zhǔn)直鈦淀積覆 蓋通孔底部間隙填充介質(zhì)鋁通孔PECVD SiO21. 層間介質(zhì)通孔刻蝕CVD TiN 等角淀積TiN4. CVD 鎢淀積鎢通孔薄膜5. 鎢

25、平坦化鎢填充薄膜 PVD 多腔集成設(shè)備 Photo Courtesy of Applied Materials, Inc.銅電鍍系統(tǒng)- 陰極+ 陽極襯底電鍍液入口出口出口銅離子 銅原子附著在硅片上+ 銅電鍍IC 制造業(yè)轉(zhuǎn)到銅金屬化對所有芯片制造商來說都只是剛剛起步。首先，高性能處理器和快速靜態(tài)存儲器正在轉(zhuǎn)向銅工藝。電鍍銅金屬的基本原理是將具有導(dǎo)電表面的硅片沉浸在硫酸銅溶液中，這個(gè)溶液包含所需要淀積的銅（見下圖）。硅片和種子層作為帶負(fù)電荷的平板或陰極電連接到外電源。固體銅塊沉浸在溶液中并構(gòu)成帶正電荷的陽極。電流從硅片進(jìn)入溶液到達(dá)銅陰極。當(dāng)電流流動時(shí)，下列反應(yīng)在硅片表面淀積銅金屬： Cu2+ + 2e- Cuo銅電鍍工具Used with permission from Novellus Systems, Inc. 雙大馬士革法的銅金屬化1: SiO2 淀積說明： 用 PECVD 淀積內(nèi)層氧化硅到希望的厚度，這里沒有關(guān)鍵的間隙填充，因此PECVD 是可以接受的。SiO2 2：Si3N4 刻蝕阻擋層淀積說明： 厚 250 的 Si3N4 刻蝕阻擋層被淀積在內(nèi)層氧化硅上。SiN需要致密，沒有針孔，因此使用 HD