《微电子制造工艺技术》课件第6章.pptVIP

合金工艺关键要控制好合金的温度、时间和气氛。对于铝-硅系列，一般选择合金温度为500℃左右，恒温时间10～15min，采用真空或N2-H2混合气体气氛。在500℃时，铝-硅合金中硅的质量分数约为1%。若温度超过铝-硅共晶温度577℃，则会出现铝-硅溶液，使铝膜收缩变形，同时还会加剧铝-二氧化硅界面的反应，甚至引起二氧化硅下面器件的短路。工艺上有时采用H2改善硅-二氧化硅的界面特性。在难熔金属-硅叠层系统中，只有经过一定温度和时间的热处理，才能形成金属硅化物。如果器件使用难熔金属硅化物作为布线层，控制硅化物热处理的温度、时间、气氛是十分重要的。由于金属硅化物处理温度各不相同，形成的结构也会有些差异。这种差异会引起电阻率和硅化物-硅间接电阻的差异。例如：二氧化钼在温度低于600℃，氩气氛下退火30分钟，其结晶结构为六方晶系，电阻率大于600Ω·cm；在900℃的氩气氛下退火30分钟，其结晶结构为四方晶系，电阻率低于200Ω·cm。因此，实际生产中要根据最低共熔点来选择合金或烧结温度。如烧结分立晶体管，将金片或金锑片放在硅片背面，用钼夹具与管座夹好，推入烧结炉中，再通入惰性气体，烧结炉内温度控制在400℃，恒温数分钟后，拉到炉口冷却，金硅便形成金-硅合金。这样，管芯就被牢牢地焊在管座上了。在实际的合金工艺中，尤其是铝-硅合金中，加热温度往往低于577℃，只在520～540℃之间。温度太低，合金不良，器件的饱和压降将升高；温度过高，合金过深，同时铝层会球缩在一起造成断裂，造成器件电学件能变坏。在此温度下，只要合金的时间、条件掌握得合适，同样可获得低阻的欧姆接触。合金温度是合金质量好坏的关键。硅铝的最低共熔点是577℃。当合金温度低于此温度时，铝和硅不熔化。当高于577℃时，交界面处的硅-铝原子相互熔化，并形成铝原子88.7%、硅原子11.3%的铝-硅溶液。并且，随着时间的增加，交界面处的溶液迅速增多，如果温度继续增加，铝硅熔化速度也增加，最后整个铝层变成铝硅熔体。这时，若缓缓降温，硅原子在熔液中溶解度将下降，多余的硅原子会逐渐从熔液中析出，形成硅原子结晶层，同时，铝原子也被带入结晶层中。若带入的铝原子过多，硅又是N型的，此时有可能在结晶区的前沿形成PN结。防止的办法是N型硅要具有一定的浓度。如果硅片为P型的，而铝本身也是P型的，这样就形成了纯欧姆接触。但是，如果硅片为N型硅，当N型硅片的杂质浓度远远大于铝在硅中的最大溶解度，结晶层的P型和N型互相补偿之后，结晶层仍是N型的，这样用铝做电极引线不会改变导电类型，而再结晶层仍能获得欧姆接触。6.5.2平坦化

随着集成电路的集成度的增加，晶圆表面无法提供足够的面积来制作所需的内连线，特别是一些十分复杂的产品，如微处理器等，需要更多层的金属连线才能完成微处理器内各个元件间的相互连接，这样两层以至于多层内连线就出现了。多层内连线在连接过程中，除插塞处外，必须避免一层金属线与另一层金属线直接接触而发生短路现象，金属层之间必须用绝缘体加以隔离。用来隔离金属层的这层介电材质，称为“金属间介电层”。金属间介电层的制作涉及到溅射、CVD、光刻、刻蚀等诸多工艺技术。要获得平坦的介电层是很困难的，而且容易发生孔洞现象。并且，介电层沉积随着金属层表面变得高低不平，因为沉积层不平坦，又将使得接下来的第二层金属层的光刻工艺在曝光聚焦上有困难，而影响光刻影像传递的精确度，给刻蚀也带来难度。集成电路的多层布线势在必行，于是平坦化就成为了新出现的一种工艺技术。

常用的介电层材料有硼磷硅玻璃(BPSG)、SiO2和Si3N4，其中SiO2使用得最普遍。图6-21所示为各种不同层次的平坦化结果。图6-21集成电路多重内连线剖面图平坦化方法有很多，简单介绍如下。

1.沉积超厚SiO2层

沉积超厚SiO2层是比较简单的一种平坦化方法。在晶片高低起伏悬殊的表面上沉积一层厚度超过所需很多的SiO2层，如图6-22(a)所示。然后把这层SiO2回蚀到所需厚度，如图6-22(b)所示。这种方法工艺简单，但只能在晶片表面上获得部分平坦化的结果，要想得到整个表面的平坦化还需采用其它方法。图6-22一种平坦化方法的示意图2.旋涂玻璃法

直接把沉积的介电层因表面的起伏而造成的凹槽处填平，这样得到制作下一层金属内连线时所需要的局部或整个平面的介电层平坦度的平坦化制作技术就是“旋涂玻璃法”。旋涂玻璃法简称SOG(SpinOnGlass)，是目前普遍采用的一种局部平坦化技术。旋涂玻璃法的基本原理是把一种溶于溶剂内的介电材料以旋涂的方式涂布在晶片上，类似光刻胶旋涂。经涂布的介电材质可以随着溶剂而在晶片表面流动，因此很容易填入如图6-23箭头所示的凹