半導(dǎo)體工藝(第10章)-平坦化

學(xué)習(xí)情景7

平坦化學(xué)習(xí)子情景1金屬化與平坦化布線(xiàn)概念：微電子器件有源區(qū)形成后，各個(gè)有源區(qū)通過(guò)金屬膜線(xiàn)在芯片表面經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)倪B接來(lái)實(shí)現(xiàn)器件的功能；這種通過(guò)對(duì)金屬薄膜的微細(xì)加工，實(shí)現(xiàn)各個(gè)相互隔離的器件的連接工藝稱(chēng)為布線(xiàn)；金屬化：金屬膜線(xiàn)通過(guò)蒸發(fā)或?yàn)R射的方式形成，然后通過(guò)光刻、刻蝕，把金屬膜的連線(xiàn)刻蝕出來(lái)，這是構(gòu)成器件功能的關(guān)鍵；要求：滿(mǎn)足電學(xué)性能，形成歐姆接觸；平坦化把晶片表面起伏的電介質(zhì)層加以平坦的一種工藝技術(shù)；經(jīng)過(guò)平坦化處理的介電層，無(wú)懸殊的高低落差，在制作第二層金屬內(nèi)連線(xiàn)時(shí)，很容易進(jìn)行；歐姆接觸金屬與半導(dǎo)體間的電壓與電流關(guān)系具有線(xiàn)性關(guān)系，接觸電阻小，不產(chǎn)生明顯的附加阻抗；布線(xiàn)技術(shù)對(duì)布線(xiàn)互連線(xiàn)的要求布線(xiàn)材料有低的電阻率和良好的穩(wěn)定性；布線(xiàn)材料可以被精細(xì)刻蝕，并具有抗環(huán)境侵蝕的能力；布線(xiàn)材料易于淀積成膜，粘附性要好，臺(tái)階覆蓋要好；布線(xiàn)材料具有很強(qiáng)的抗電遷移能力，并有良好的可焊性；金屬電遷移當(dāng)電流流過(guò)布線(xiàn)金屬時(shí)，導(dǎo)電電子與金屬離子發(fā)生碰撞并產(chǎn)生動(dòng)量交換，金屬離子將沿電子流的方向運(yùn)動(dòng)，形成金屬的遷移運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象稱(chēng)為電遷移；后果：導(dǎo)致金屬在靠近正極一端堆積，形成小丘或晶須，而靠近負(fù)極一端則產(chǎn)生空洞。金屬的堆積會(huì)引起布線(xiàn)金屬間的短路、空洞則會(huì)引起布線(xiàn)金屬開(kāi)路；金屬化要求：臺(tái)階覆蓋（蒸發(fā)源射向晶片表面的金屬會(huì)在臺(tái)階的陰面和陽(yáng)面產(chǎn)生很大的沉積速率差，要求晶片陽(yáng)面或陰面所得到的薄膜厚度要一致，利用多源蒸發(fā)和旋轉(zhuǎn)晶片）致密性（稀疏的金屬膜容易吸收水汽和雜質(zhì)離子，并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可降低淀積速率）粘附性（金屬膜與晶片表面應(yīng)有良好粘附）穩(wěn)定性（金屬與半導(dǎo)體間的任何反應(yīng)，都會(huì)造成對(duì)器件性能的影響）合金工藝金屬膜經(jīng)過(guò)圖形加工后，形成了互連線(xiàn)。但是還必須對(duì)金屬互連線(xiàn)進(jìn)行熱處理，使金屬牢固地附著于晶片表面，并且與半導(dǎo)體形成良好的歐姆接觸。這一熱處理稱(chēng)為合金工藝；熱處理使金屬與半導(dǎo)體界面形成一層合金層或化合物層，并通過(guò)這一層與表面重?fù)诫s的半導(dǎo)體形成良好的歐姆接觸；合金過(guò)程：

以硅-鋁合金為例將鋁放置在硅片上；當(dāng)合金溫度大于577℃時(shí)，一部分鋁熔化到硅中，一部分硅熔化到鋁中，形成鋁硅合金；當(dāng)冷凝以后，就形成了一層再結(jié)晶層，這就得到了良好的歐姆接觸；平坦化原因：多層布線(xiàn)隨著金屬層表面而產(chǎn)生高低不平的介電層沉積，因?yàn)槌练e層不平坦，將使得接下來(lái)的第二層金屬層的光刻工藝在曝光聚焦上有困難；集成電路的多層布線(xiàn)勢(shì)在必行，于是平坦化也就成了新出現(xiàn)的一種工藝技術(shù)；旋涂玻璃法（SOG）化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）SOG是目前普遍采用的一種局部平坦化技術(shù)，其原理類(lèi)似于光刻膠旋涂，即把一種溶于溶劑的介電材料以旋涂的方式涂布在晶片上；經(jīng)涂布的介電材料可以隨著溶劑而在晶片表面流動(dòng)，因此很容易填入晶片表面的凹槽內(nèi)。經(jīng)過(guò)適當(dāng)熱處理，去除這些用來(lái)溶解介電材料的溶劑以后，即完成平坦化；CMP是目前能提供超大規(guī)模集成電路制造過(guò)程中全面平坦化的一種新技術(shù)；對(duì)介電層的拋光的目的是去除光刻膠，并使整個(gè)晶片表面均勻平坦，被去除的厚度約為0.5~1μm；拋光成分構(gòu)成拋光晶片拋光墊拋光料拋光固定裝置使用CMP主要難處在于不容易保證整個(gè)晶片拋光的均勻性要達(dá)到均勻性，必須滿(mǎn)足以