微電子概論（第3版）課件3-7B-金屬化

目錄1．金屬化互連的作用與基本流程3.7金屬化2．常用的互連金屬材料3．電極和金屬互連結(jié)構(gòu)4．金屬層制備工藝5．表面平坦化工藝CMP4．金屬層制備工藝(1)真空蒸發(fā)在高真空蒸發(fā)工作室中使金屬原子獲得足夠能量，脫離金屬表面束縛成為蒸汽原子，在其飛行途中遇到基片就淀積在基片表面形成金屬薄膜。按提供能量的方式不同，蒸發(fā)方法分為兩種。①鎢絲加熱蒸發(fā)在鎢絲上掛有金屬材料（如Al絲），當(dāng)電流通過鎢絲時(shí)產(chǎn)生歐姆熱，使金屬材料熔化蒸發(fā)。4．金屬層制備工藝(1)真空蒸發(fā)②電子束蒸發(fā)由加熱燈絲產(chǎn)生的電子束通過電磁場(chǎng)，在電場(chǎng)加速下具有足夠高能量的電子束由磁場(chǎng)控制偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方向，使其準(zhǔn)確打到蒸發(fā)源材料中心表面上。高速電子與蒸發(fā)源表面碰撞時(shí)放出能量使蒸發(fā)源材料熔融蒸發(fā)。電子束蒸發(fā)淀積膜純度高，鈉離子污染少，已基本取代鎢絲加熱蒸發(fā)。4．金屬層制備工藝(2)真空濺射在真空濺射工作室中充入一定的惰性氣體，在高壓電場(chǎng)作用下由于氣體放電形成離子，受強(qiáng)電場(chǎng)加速轟擊靶源材料使靶源材料的原子逸出，高速濺射到硅片上淀積成需要的薄膜。用濺射方法能形成合金和難熔金屬薄層。在集成電路發(fā)展早期，廣泛采用蒸發(fā)技術(shù)形成金屬層，但目前已越來越多地被濺射技術(shù)的代替。4．金屬層制備工藝(3)制作Cu互連的“鑲嵌技術(shù)”(a)形成銅互連的基本步驟①采用等離子刻蝕等技術(shù)在介質(zhì)層（例如SiO2）上刻蝕出用于鑲嵌銅互連線的溝槽②在整個(gè)芯片表面淀積金屬銅③采用化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)去除掉表面多余的金屬層，得到平坦化的表面，同時(shí)在表面介質(zhì)層的溝槽中形成了所需要的銅互連線采用鑲嵌技術(shù)形成銅互連是IC互連技術(shù)的一次飛躍，明顯提升了金屬互連系統(tǒng)的性能。4．金屬層制備工藝(3)制作Cu互連的“鑲嵌技術(shù)”(b)同時(shí)形成銅互連和通孔的雙鑲嵌工藝①通過兩次光刻和刻蝕，在晶圓表面介質(zhì)層的下半部分刻蝕出需要的通孔/接觸孔，在介質(zhì)層的上半部分刻蝕出用于鑲嵌互連線的溝槽。上半層次介質(zhì)層只是用于鑲嵌金屬互連線。對(duì)于多層布線，帶有通孔的下半層介質(zhì)層起到相鄰兩層互連線之間絕緣層的作用。對(duì)于半導(dǎo)體表面的金屬層，通孔就是接觸孔，用于連接互連線與半導(dǎo)體4．金屬層制備工藝(3)制作Cu互連的“鑲嵌技術(shù)”(b)同時(shí)形成銅互連和通孔的雙鑲嵌工藝②首先淀積一層薄薄的TiN層，然后再填滿金屬銅。說明：銅穿過二氧化硅能力很強(qiáng)。銅進(jìn)入硅將起復(fù)合中心作用，明顯降低載流子壽命，嚴(yán)重影響器件性能。在填充銅之前先淀積一薄層TiN就是起阻擋層的作用，防止銅原子穿過二氧化硅進(jìn)入硅。4．金屬層制備工藝(3)制作Cu互連的“鑲嵌技術(shù)”(b)同時(shí)形成銅互連和通孔的雙鑲嵌工藝③采用化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)去除掉表面多余的銅以及阻擋層金屬，得到平坦化的表面。在介質(zhì)層的通孔中填滿了金屬銅，同時(shí)在表面溝槽中形成了所需要的銅互連線。4．金屬層制備工藝(4)Poly/金屬硅化物柵電極①生成多晶硅柵、生成側(cè)墻以及LDD源漏摻雜②

淀積金屬（例如Co或者Ni），并生成金屬硅化物（例如CoSi或者NiSi）。注意：未與硅接觸的金屬保持不變③腐蝕金屬，留下金屬硅化物電極。多晶硅與金屬硅化物共同構(gòu)成多層金屬柵電極源、漏位置也同時(shí)生產(chǎn)金屬硅化物電極。5．表面平坦化工藝CMP多層金屬布線的核心技術(shù)之一是采用化學(xué)機(jī)械拋光CMP(chemical-mechanicalpolishing)方法保證表面的平坦化。CMP原理是通過機(jī)械研磨和化學(xué)腐蝕的共同作用，使得晶片表面呈現(xiàn)鏡面式的平面化。C