第十二章 金属化.pptVIP

* 10：用CMP清除额外的铜 说明： 用CMP 清除额外的铜，这一过程平坦化了表面并为下道工序做了准备。最后的表面是一个金属镶嵌在介质内，形成电路的平面结构。 Copper * * 基本溅射步骤 在高真空腔等离子体中产生正氩离子，并向具有负电势的靶材料加速； 在加速过程中获得动量，并轰击靶； 离子通过物理过程从靶上撞击出（溅射）原子，靶具有想要的材料组分； 被撞击出（溅射）的原子迁移到硅片表面； 被溅射的原子在硅片表面凝聚形成薄膜，与靶材料相比，薄膜具有与它基本相同的材料组分； 额外材料由真空泵抽走。 * 溅射过程中从靶的表面撞出金属原子 + 0 高能 Ar+ 离子 被溅射的 金属原子 金属原子 阴极(-) 弹回的氩离子和自由电子复合形成中性原子 * 1. 具有淀积并保持复杂合金原组分的能力； 2. 能够淀积高温熔化和难熔金属； 3. 能够控制淀积均匀薄膜，台阶覆盖比蒸发方法好； 4. 能够在淀积金属前清除硅片表面沾污和本身的氧化层 (被称为原位溅射刻蚀)。 应用：淀积不同类型金属和不容易用CVD方法淀积的合金。 溅射的优点 * 溅射系统 直流溅射 射频溅射 磁控溅射 离子化的金属等离子（IMP） * 1.直流溅射 特点：靶作为一个电极，必须是导电的； 可淀积：Al、W、Ti、硅化物等金属 不可淀积：介质 用高能粒子（经电场加速的正离子）冲击作为阴极的固态靶，靶原子与这些高能粒子交换能量后从表面飞出，淀积在作为阳极的硅片上，形成薄膜。 * 2.射频溅射 特点：溅射产额不高，淀积速率低。 * 3.磁控溅射 磁控溅射系统是在靶的周围和后面装置了磁体以俘获并限制电子于靶的前面。 这种设置增加了离子在靶上的轰击率，产生更多的二次电子，进而增加等离子体中电离的速率。 更多的离子引起对靶更多的溅射，因此增加了系统的淀积速率。 * 磁控溅射系统 DC 电源 被加热的硅片吸盘 磁铁 氩气入口 真空泵 靶 阴极 * 磁控溅射特点 特点：高的淀积速率； 缺点：台阶和侧壁覆盖能力较差，侧壁和高深宽比的接触窗口及通孔的底部仅为顶部的10%或更少。 必须采取措施改善台阶覆盖和填充高深宽比孔的能力。 * 准直溅射 任何从靶上被溅射出的高角度中性核素被中断，并淀积在准直器上。 从靶上直线喷射的其他原子将通过准直器淀积在接触孔的底部。 为了在接触孔或通孔的底部和边沿取得较好的覆盖，通过利用准直溅射能够获得直接的增强。 * 准直溅射 表明溅射薄膜覆盖通孔的剖面图 Ar 靶 准直器 准直溅射系统 * 离子化的金属等离子（IMP） 淀积金属被离子化；硅片加负的偏压，正的金属离子沿垂直路径向硅片运动。 特点：使薄膜在高深宽比的间隙的底部和角落得到高度的一致性。 在0.25um或更小的器件制造中，IMP被广泛用于淀积钛和氮化钛阻挡层。 * 离子化的金属等离子体 PVD Substrate Electrode 电极 钛靶 + + RF场 高能氩 离子 钛离子 被溅射的钛原子 e- e- 离子体 DC 电源 RF 发生器 DC 场 DC 偏置 电源 电感线圈 * 金属 CVD： 由于化学气相淀积具有良好的台阶覆盖以及对高深宽比接触通孔无间隙式的填充，在金属淀积方面它的应用正在增加。当器件的特征尺寸减小到0.15μm或更小时，这些因素在硅片制造业中至关重要。在0.15μm的器件设计中，DRAM存储器通孔的深宽比被设计成7:1，逻辑电路设计成2.4:1。 氮化钛 钨 铜 * TiN淀积 用途：阻挡层 1、反应溅射 反应气体引入反应腔，加入氩等离子体中，化合物由气体元素和溅射材料结合形成。 TiN淀积：在N2气氛中溅射钛形成。等离子体使提供能量使N2分解成N原子，N原子与Ti反应生成TiN。 可以做Al互连层的TiN淀积。 2、 离子化的金属等离子（IMP） 作通孔的阻挡层使可以采用。 * 3、CVD方法 无机源和有机源 （1）无机源TiCl4+NH3 400～700oC，温度越高，薄膜电阻率越低，薄膜密度越高，薄膜氯含量越低。 LPCVD 600～650oC，可以做接触孔的淀积。 要想做Al连线上的淀积，必须降低温度，可以采用PECVD，但台阶覆盖会变差。 生成的TiN含Cl，会导致对Al连线的腐蚀。 * （2）有机源 四甲基氨基钛TDMAT （Ti[N(NCH3)2]） 四乙基氨基钛TDEAT（Ti[N(CH2CH3)2]） 方法：热分解TDMAT / TDEAT ， 或TDMAT /TDEAT+NH3 淀积温度可低于450oC 淀积薄膜含C和O * 2.钨 用途：接触孔，通孔填充。 要求有好的填充性能和台阶覆