集成电路制造工艺作者刘新彭勇蒲大雁主编第12章金属化课件.pptVIP

（7）用CMP清除额外的铜 用化学机械抛光（CMP）清除额外的铜。这个过程平坦化了表面并为下道工序作了准备。CMP后即形成了金属2的电路。重复以上流程可以制备金属3、金属4等。 图12-21 化学机械平坦化 第12章 金属化工艺 本章的学习目标： 1.了解金属化的概念。 2.了解金属化的应用。 3.了解常用的金属化材料。 4.掌握蒸发工艺。 5.掌握溅射工艺。 6.了解金属CVD工艺。 7.了解铜电镀原理。 8.掌握传统金属化工艺流程。 9.掌握双大马士革工艺流程。 12.1 金属化概念 金属化工艺（Metallization）就是在制备好的元器件表面淀积金属薄膜,并进行微细加工，利用光刻和刻蚀工艺刻出金属互连线，然后把硅片上的各个元器件连接起来形成一个完整的电路系统，并提供与外电路连接接点的工艺过程。 金属化中的几个专业术语： 互连指由导电材料，如铝、多晶硅或铜制成的连线将电信号传输到芯片的不同部分。互连也被用做芯片上器件与整个封装之间普通的金属连接。接触是指硅芯片内的器件与第一金属层之间在硅表面的连接。通孔是穿过各种介质从某一金属层到毗邻的另一金属层形成电通路的开口。填充塞是指用金属薄膜填充通孔，以便在两金属层之间形成电连接。 1. 金属化的作用 （1）互连 金属互连线是指在硅片上利用导电材料，如铝、多晶硅或铜制成精细导线，进行芯片的电信号传输。精细导线是通过金属薄膜的淀积、光刻和刻蚀工艺制备。根据集成电路规模的大小，金属互连线可分为单层金属互连和多层金属互连。 （2）接触 1） 扩散法是在半导体中先扩散形成重掺杂区以获得N+N或P+P的结构，然后使金属与重掺杂的半导体区接触，形成欧姆接触。 2）合金法是利用合金工艺对金属互连线进行热处理，使金属与半导体界面形成一层合金层或化合物层，并通过这一层与表面重掺杂的半导体形成良好的欧姆接触。 2. 金属化的种类 （1）铝 与硅和二氧化硅一样，铝一直是半导体制造技术中最主要的材料之一。 铝在集成电路制造中地位仍然非常重要，选择铝作为金属互连线是因为铝具有以下优势： 1）较低的电阻率。 2） 铝价格低廉。 3）工艺兼容性。 4）铝膜与下层衬底(通常是硅、二氧化硅或氮化硅)具有良好的粘附性。 （2）铝铜合金 电流是通过导体内电子的移动产生的，电子在移动的过程中会与金属原子发生碰撞。在大电流密度的情形下，大量电子对金属原子的持续碰撞，会引起原子逐渐而缓慢的移动，这就电迁徙现象。 图12-1 由电迁徙引起铝互连线断路与短路现象 （4）铜 21世纪初，铜互连技术在高性能、高集成度的集成电路中被广泛使用。铜互连技术取代铝互连已成必然，其根本原因是铜互连使芯片在性能方面取得非常明显的效果。金属化铜互连中引入铜有以下的优点： 1）更低的电阻率; 2）减少了功耗; 3）更高的互连线集成密度; 4） 良好的抗电迁徙性能; 5）更少的工艺步骤。 铜需要面对的难题包括以下几个方面： 1）铜在氧化硅和硅中的扩散率很高。 2） 铜很难被刻蚀。 3）在小于200低温的空气中，铜很快被氧化，而且这一层氧化膜不会阻止铜进一步氧化。 图11-2 多层铜互连技术 （4）阻挡层金属 很多金属与半导体接触并在高温处理时都容易相互扩散，比如铝和硅、钨和硅相互扩散。为了防止上下层材料相互扩散必须在它们中间引入阻挡层金属。 图12-3 阻挡层金属 对于铜互连技术来说，对阻挡层的要求更加严格。为了防止铜在二氧化硅和硅中扩散，必须由一层阻挡层把铜完全包装起。 图12-4 铜的阻挡层金属 （5）钨 多层金属化产生了数以十亿计的通孔（Via，也称过孔）。通孔是指两金属层之间形成电通路的介质层开口，在通孔中淀积金属后便形成孔填充塞。孔填充塞可使两层金属之间或第一金属层与器件区之间形成电通路。 目前被用于填充通孔最普遍的金属是钨，孔填充塞也称为钨塞。淀积钨最常用的是化学气相淀积方法。 12.2金属淀积 最初人们想到的是加热蒸发的方法，对金属材料进行加热使之沸腾后蒸发，然后淀积到硅片表面。 溅射是利用高能粒子去撞击金属靶材料，把金属原子从靶材料中撞击出来后淀积到硅片上。 除蒸发法和溅射法以外，另外两种方法也常用于金属淀积：金属CVD和铜电镀。 蒸发 （1）真空蒸发 真空蒸发就是在真空室中，把所要蒸发的金属加热到相当高的温度，使其原子或分子获得足够的能量，脱离金属材料表面的束缚而蒸发到真空中，淀积在基片表面形成一层薄的金属膜。 蒸发流程如下： 选择金属源、清洁 处理