集成电路工艺原理接触和互连原理.pptVIP

*/47 */47 (2) Al/Si接触中的尖楔现象 1）硅和铝不能发生化学反应形成硅化物，但是退火温度下（400-500 ?C），硅在铝中的固溶度较高（固溶度随温度呈指数增长），会有相当可观的硅原子溶解到Al中。 2）退火温度下，Si在Al膜中的扩散系数非常大——在薄膜晶粒间界的扩散系数是晶体内的40倍。 3) Al和SiO2会发生反应：4Al+3SiO2?2Al2O3+3Si Al与Si接触时，Al可以“吃掉”Si表面的天然SiO2层(～1 nm)，使接触电阻下降； 可以增加Al与SiO2的粘附性。 SiO2厚度不均匀，会造成严重的尖楔现象。 */47 铝的尖楔SEM照片 */47 合金化 合金化的目的是使接触孔中的金属与硅之间形成低阻欧姆接触，并增加金属与二氧化硅之间的附着力。 在300 oC以上，硅就以一定比例熔于铝中，在此温度，恒温足够时间，就可在Al-Si界面形成一层很薄的Al-Si合金。Al通过Al-Si合金和接触孔下的重掺杂半导体接触，形成欧姆接触 Al-Si系统一般合金温度为450-500 ?C */47 解决电迁移问题的方法 在Al中加入0.5～4％的Cu可以降低铝原子在晶间的扩散系数。但同时电阻率会增加！ 铝中加入少量Si（~1%） 利用扩散阻挡层( Diffusion Barrier）：TiN， TiW，W及难熔金属硅化物；500 ?C稳定 解决尖楔问题的方法 */47 金属硅化物作为接触材料 特点：类金属，低电阻率（0.01?多晶硅），高温稳定性好，抗电迁移能力强，与硅工艺兼容性好 常用接触和扩散阻挡 淀积 溅射 LPCVD/PECVD 退火 形成合适金属化合物 形成稳定接触界面 降低电阻率 */47 通孔—W塞 (W-stud) 电阻率介于铝和硅化物之间 1mm后，充填能力强，台阶覆盖能力强 热稳定性好 低应力 抗电迁移能力和抗腐蚀能力强 LPCVD 钨与SiO2等各种常用介质粘附不好，需要粘附层TiN；为了降低接触电阻，Si和TiN需加入Ti作为接触层 W/TiN/Ti/Si 钨塞两步法填充：硅烷法较低气压下成核生长 ＋ 氢气法快速完全填充 */47 */47 介质层（inter-metal dielectric） SiO2－CVD（SiH4源)、PECVD SiO2（TEOS），SOG… 低介电常数材料必须满足诸多条件，例如： 足够的机械强度以支撑多层连线的架构 高杨氏系数 高击穿电压（4 MV/cm） 低漏电（10-9 A/cm2 at 1 MV/cm） 高热稳定性（450 oC ） 良好的粘合强度 低吸水性 低薄膜应力 高平坦化能力 低热涨系数以及与化学机械抛光工艺的兼容性 ….. Low-k integration */47 HDPCVD 淀积（填充）介质薄膜 USG（Un-doped Silicate Glass）：SiH4+O2+Ar ? USG+挥发物 FSG（Fluorosilicate Glass）：SiH4+SiF4+O2+Ar ? FSG +挥发物 PSG（Phosphossilicate Glass）：SiH4+PH3+O2 ? PSG+挥发物 */47 low k a-C:H */47 Low k polymer */47 Airgap */47 多层布线技术（Multilevel-Multilayer Metallization） 器件制备 介质淀积 结束 金属化 平坦化 接触及通孔的形成 是否最后一层 钝化层淀积 是 否 */47 平坦（面）化技术 */47 化学机械抛光CMP 1）随着特征尺寸的减小，受到光刻分辨率的限制： R?，则l?和/或NA??DOF下降！！！ 例如： 0.25 mm 技术节点时，DOF ? 208 nm 0.18 mm 技术节点时，DOF ? 150 nm ?0.25 mm 后，必须用CMP才能实现表面起伏度200 nm 必要性 */47 2）可以减少金属在介质边墙处的减薄现象，改善金属互连性能 不平坦时的台阶覆盖问题 使用CMP之后 */47 可免除由于介质层台阶所需的过曝光、过显影、过刻蚀。 CMP的优势 使用CMP后 减少了缺陷密度，产率得到提高，给设计以更大的窗口 不使用CMP时 不使用CMP时 */47 CMP 三个关键硬件： Polishing pad Wafer carrier Slurry dispenser */47 STI（浅沟槽隔离） 形成 介质层的平面化– PMD 和 IMD 钨塞的形成 铜互连 深槽电容 CMP的应用 */47 其他平面化技术： 1、PSG/PBSG回流（reflow）— 使台阶平滑，高度未变 ~850-1000 ?C */47 2、回刻技术（etch