IC工艺技术8-金属化

合集下载

ic制造工艺金属

ic制造工艺金属
IC制造工艺涉及到金属的使用和加工，常见的金属材料有：
1. 硅（Si）：硅是IC制造中最常用的材料之一。

它具有良好
的电子特性和热传导性能，可以用于制造半导体器件。

2. 铝（Al）：铝通常用于制造IC的电极和引线。

它具有良好
的导电性能和可焊接性。

3. 铜（Cu）：铜被广泛用于制造IC的金属导线。

它具有良好
的导电性能和热传导性能。

4. 金（Au）：金通常用于IC的连接器和引脚，因为金具有优
良的电导率和耐腐蚀性。

5. 铁（Fe）：铁可以用于制造IC的封装外壳，因为它具有较
高的机械强度和耐腐蚀性。

6. 钨（W）：钨具有良好的热传导性能和高熔点，通常用于制造高功率和高温环境下的器件。

7. 锡（Sn）：锡通常用于焊接IC的引脚和连接器。

它具有低
熔点和良好的可焊性。

8. 镍（Ni）：镍常用于制备IC的防蚀层，可以有效防止金属
表面氧化和腐蚀。

这些金属材料在IC制造过程中会经历不同的工艺步骤，如薄
膜沉积、光刻、蚀刻、电镀等，以实现电路芯片的制造和封装。

芯片制造中的金属化工艺

芯片制造中的金属化工艺
芯片制造中的金属化工艺是指在芯片制造过程中对芯片表面进行金属涂附和电镀处理的工艺。

金属化工艺主要包括以下几个步骤：
1. 清洗和预处理：在芯片加工之前，需要对芯片表面进行清洗和预处理，以去除表面的杂质和污染物，确保金属能够牢固地附着在芯片表面。

常用的清洗方法包括溶液清洗、超声波清洗等。

2. 金属蒸发或溅射：在清洗之后，通过蒸发或溅射等方法将金属材料沉积在芯片表面。

蒸发是指将金属材料加热至高温，使其蒸发并沉积在芯片表面；而溅射则是将金属材料通过离子轰击等方法使其离开并 deposition 在芯片表面。

3. 形成金属层：在金属材料沉积之后，需要经过化学处理或热处理等步骤，使金属材料能够形成均匀、致密的金属层。

这可以提高金属层的导电性和耐腐蚀性。

4. 图案化：根据芯片的设计，通过光刻和蚀刻等工艺将金属层进行图案化处理，形成电路和元件。

5. 电镀：在图案化之后，还可以进行电镀处理，使金属层更加致密和耐腐蚀。

电镀是指在金属表面通过电解的方式沉积一层金属。

常用的电镀材料包括铜、镍、锡等。

通过金属化工艺，可以在芯片表面形成一层均匀、致密的金属层，用于电路的导线、连接器、电极等部分。

这些金属化结构在芯片的功能和性能方面起着重要作用，同时也能提高芯片的稳定性和可靠性。

金属化

蒸发
• 蒸发是将待蒸发的材料放置进坩埚，在真空系统中加热并使之蒸发，淀积在硅片表面。最典型的方法是利用电子束加热放置在坩埚中的金属，在蒸发器中通过保持真空环境，蒸气分子的平均自由程增加，并且在真空腔里以直线形式运动，直到它撞到表面凝结形成薄膜。 • 蒸发的最大缺点是不能产生均匀的台阶覆盖，逐渐被拥有很好台阶覆盖的溅射所取代。 • 另一缺点是对淀积合金的限制，为了淀积由多材料组成的合金，蒸发器需要有多个坩埚，这是因为不同材料的蒸气压是不同的
阻挡层金属
• 阻挡层金属是淀积在硅和金属塞之间的一层金属。可以阻止上下层材料互相混合，消除浅结材料扩散或结尖刺的问题，提高欧姆接触可靠性。常规的阻挡层金属有钨，钛，钼，铂，钽。
可接受的阻挡层金属的基本特性
• • • • • • 1、很好的阻挡扩散特性。 2、高电导率具有很低的欧姆接触电阻。 3、在半导体和金属之间很好的附着。 4、抗电迁移。 5、在很薄并且高温下具有很好的稳定性。 6、抗侵蚀和氧化。
铝互连
欧姆接触
• 概念：金属和半导体的接触，其接触面的电阻值远小于半导体本身的电阻，使得组件操作时，大部分的电压降在活动区(Active region)而不在接触面。
• 在改进欧姆接触早期工作遇到的困难是：在加热过程中，铝和硅之间出现了不希望出现的反应，该反应导致接触金属和硅形成微合金，这一过程被称为结“穿通”。同时硅向铝中扩散，在硅中留下了空洞，当纯铝和硅界面被加热时结尖刺发生，导致结短路，
金属填充塞
• 多层金属化生产了对数以十亿计的通孔用金属填充塞的需要，以便在两层金属之间形成电通路，接触填充塞也被用与连接硅片中硅器件和第一层金属化，目前被用于填充的最普遍的金属是钨，钨具有均匀填充高深宽比通孔的能力，钨可以抗电迁移引起的失效，因此也被用于做阻挡层以禁止硅和第一层金属之间的扩散反应，钨是难熔材料，熔点 3417°。

第7章金属化

综上所述，在硅IC制造业中，铝和它的主要过程是兼容的，并且成本相对低廉，从IC制造的早期开始就选择它作为金属化的材料。然而，由于硅片上电路集成度的增加，金属布线层数的增加，线宽划分得越来越细，金属化工艺已经从简单的单层发展到多层金属布线。由于铜具有更低的电阻率，因此它有望取代铝成为主要的互连金属材料。
传统上认为，在芯片上淀积金属薄膜的过程是物理过程，另一方面淀积绝缘和半导体层的过程涉及CVD化学反应过程。随着新的IC金属化技术引入，这种物理和化学过程的分界线变得越来越模糊。 1
7.1 引言
芯片金属化是应用化学或物理处理方法在芯片上淀积导电金属薄膜的过程。这一过程与介质的淀积紧密相连，金属线在IC电路中传导信号，介质层则保证信号不受邻近金属线的影响。金属和介质都是薄膜处理工艺，在某些情况下金属和介质是由同种设备淀积的。
8
7.2 金属类型
但用铝作为金属化材料存在下述问题。 (a)电迁移现象：金属化铝是一种多晶结构，有电流通过时，铝原子受到运动的导电电子作用，沿晶粒边界向高电位端迁移，结果金属化层高电位处出现金属原子堆积，形成小丘、晶须，导致相邻金属走线间短路。低电位处出现金属原子的短缺而形成空洞导致开路。 (b)铝硅互溶问题：硅在铝中有一定的固溶度，随着接触孔处硅向铝中溶解，在硅中形成深腐蚀抗。铝也向硅内部渗透，某些位置渗透较深。当渗入硅中的铝到达结面时引起PN结漏电增加甚至短路。对浅PN结，此问题比较严重。因此在大规模集成电路中要采用其他金属化材料。
由于需要减小信号的传播延迟，对于未来集成电路的性能来说微芯片的互连技术已经成为关键的挑战。由于超大规模集成电路组件的密度增加，互连电阻和寄生电容也会随之增加，因此降低了信号的传播速度。
在芯片制造技术中，目前刚刚起步的明显变化是减小金属互连的电阻率ρ，这种减小通过用铜取代铝作为基本的导电金属而实现。对深亚微米的线宽，需要低k层间介质（ILD）。电容导致信号延迟，降低介电常数将减少寄生电容。

电子工艺之金属化-电子3131班麻思源24解析

陕西国防工业职业技术学院微电子产品开发与应用题目IC制造各主要工艺技术之金属化班级电子31313姓名麻思源学号 31313124教师张喜凤老师二○一五年IC制造各主要工艺技术之金属化一.金属化的概念及作用在硅片上制造芯片可以分为两部分：第一，在硅片上利用各种工艺（如氧化、CVD、掺杂、光刻等）在硅片表面制造出各种有源器件和无源元件。

第二，利用金属互连线将这些元器件连接起来形成完整电路系统。

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。

金属化的作用金属化在集成电路中主要有两种应用：一种是制备金属互连线，另一种是形成接触。

1.金属互连线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。

二.分类半导体制造中对金属材料的要求金属化技术在中、小规模集成电路制造中并不是十分关键。

但是随着芯片集成度越来越高，金属化技术也越来越重要，甚至一度成为制约集成电路发展的瓶颈。

早期的铝互连技术已不能满足高性能和超高集成度对金属材料的要求，直到铜互连技术被应用才解决了这个问题。

硅和各种金属材料的熔点和电阻率见表1。

为了提高IC性能，一种好的金属材料必须满足以下要求：1)具有高的导电率和纯度。

2)与下层衬底(通常是二氧化硅或氮化硅)具有良好的粘附性。

3)与半导体材料连接时接触电阻低。

4)能够淀积出均匀而且没有“空洞”的薄膜，易于填充通孔。

5)易于光刻和刻蚀，容易制备出精细图形。

6)很好的耐腐蚀性。

7)在处理和应用过程中具有长期的稳定性。

表1.硅和各种金属材料的熔点和电阻率(20°C)表1 硅和各种金属材料的熔点和电阻率(20°C)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。

IC制备工艺技术

IC制备工艺技术IC制备工艺技术是指利用微纳米加工技术将电子器件集成到半导体材料上的过程。

IC制备工艺技术是当前先进电子技术中的关键技术之一，具有广泛的应用领域和重要的经济价值。

IC制备工艺技术的一般过程包括光罩制备、晶圆制备、光刻、薄膜沉积、雾化蚀刻、离子注入、扩散、金属化、测试和封装等步骤。

首先是光罩制备，在IC制备工艺技术中，光罩是通过光刻技术在光刻胶上形成的图案。

光罩中的图案决定了最终器件的形状和功能。

然后是晶圆制备，晶圆是IC制备的基础材料。

晶圆可以是硅、砷化镓、砷化磷等材料，在制备过程中需要对晶圆进行清洗、研磨和抛光等处理。

接下来是光刻，光刻是通过使用光刻机将光罩上的图案转移到光刻胶上的过程。

光刻胶是一种特殊的光敏材料，通过照射和显影等处理，将光罩上的图案转移到晶圆上。

薄膜沉积是指将需要的金属、氧化物或其他材料以一定的方式沉积在晶圆表面的过程。

薄膜可以用于制备晶体管和电容等器件。

雾化蚀刻是指利用酸或碱等溶液腐蚀晶圆表面的工艺。

通过控制蚀刻液的浓度和蚀刻时间，可以实现刻蚀深度的控制，从而形成所需的结构。

离子注入是指将需要的杂质离子注入到晶圆内部的过程。

离子注入可以改变晶圆内部的导电性能，用于制备电阻、电容等器件。

扩散是指将一种物质通过加热使其在晶圆内部扩散的过程。

扩散可以改变晶圆内部的杂质浓度分布，从而实现所需的结构和功能。

金属化是指在晶圆上沉积金属层，并通过光刻和蚀刻等工艺形成金属导线和连接结构。

金属化是制备IC中非常重要的一步，影响着器件的性能和可靠性。

最后是测试和封装，测试是对制备好的IC进行电性能测试，以确保IC的质量和性能。

封装是将IC芯片封装到塑料或陶瓷等包装材料中，并连接引脚和线路，以实现与外部电路的连接。

综上所述，IC制备工艺技术是一门复杂而精细的技术，涉及到多个工艺步骤。

随着科技的不断发展，IC制备工艺技术将继续不断创新和进步，为各个领域的电子器件提供更先进、更高性能的解决方案。

八个基本半导体工艺

八个基本半导体工艺半导体工艺是指将材料变成半导体器件的过程，其重要程度不言而喻。

在现代电子技术中，半导体器件已经成为核心，广泛应用于计算机、通讯、能源、医疗、交通等各个领域。

这里我们将介绍八个基本的半导体工艺。

1. 晶圆制备工艺晶圆是半导体器件制造的关键材料，其制备工艺又被称为晶圆制备工艺。

晶圆制备工艺包括：单晶生长、切片、去除表面缺陷等。

单晶生长是指将高纯度的半导体材料通过熔融法或气相沉积法制成单晶，在这个过程中需要控制晶体生长速度、温度、压力等因素，以保证晶体质量。

切片是指将单晶切成厚度为0.5 mm左右的晶片，这个过程中需要控制切割角度、切割速度等因素，以保证晶片质量。

去除表面缺陷是指通过化学机械抛光等方式去除晶片表面缺陷，以保证晶圆表面平整度。

2. 氧化工艺氧化工艺是指将半导体器件表面形成氧化物层的过程。

氧化工艺可以通过湿法氧化、干法氧化等方式实现。

湿法氧化是将半导体器件置于酸性或碱性液体中，通过化学反应形成氧化物层。

干法氧化是将半导体器件置于高温气氛中，通过氧化反应形成氧化物层。

氧化工艺可以提高半导体器件的绝缘性能、稳定性和可靠性。

3. 沉积工艺沉积工艺是指将材料沉积在半导体器件表面形成薄膜的过程。

沉积工艺包括物理气相沉积、化学气相沉积、物理溅射沉积等。

物理气相沉积是将材料蒸发或溅射到半导体器件表面，形成薄膜。

化学气相沉积是将材料化学反应后生成气体，再将气体沉积到半导体器件表面，形成薄膜。

物理溅射沉积是将材料通过溅射的方式，将材料沉积在半导体器件表面，形成薄膜。

沉积工艺可以改善半导体器件的电学、光学、机械性能等。

4. 电子束光刻工艺电子束光刻工艺是指通过电子束照射对光刻胶进行曝光，制作出微米级别的图形的过程。

电子束光刻工艺具有高分辨率、高精度和高速度等优点，是制造微电子元器件的必要工艺。

5. 金属化工艺金属化工艺是指将金属材料沉积在半导体器件表面形成导电层的过程。

金属化工艺包括：电镀、化学镀、物理气相沉积等。

晶圆制造十大工艺

晶圆制造十大工艺
晶圆制造是集成电路（IC）制造的关键步骤之一。

下面是晶圆制造中的十大工艺步骤：
1.晶圆生长（Czochralski Process）：
•将单晶硅从熔融硅中拉出，形成长而纯净的单晶圆柱，用于后续的加工。

2.切割（Wafering）：
•将长的单晶圆柱切割成薄片，形成晶圆。

这些薄片通常有200毫米或300毫米的直径。

3.化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing，CMP）：
•对晶圆表面进行机械磨削和化学腐蚀，以获得平整的表面。

4.清洗（Cleaning）：
•使用特殊的清洗过程去除晶圆表面的杂质，确保表面干净。

5.氧化（Oxidation）：
•在晶圆表面形成氧化层，通常是二氧化硅（SiO2），用于隔离不同的区域。

6.光刻（Photolithography）：
•利用光学光刻技术在晶圆表面敷设光阻，然后使用光掩模形成图案。

7.蚀刻（Etching）：
•使用化学或物理方法将光刻过程中未被保护的区域去除，形成所需的图案结构。

8.离子注入（Ion Implantation）：
•将离子注入晶圆，改变晶体结构，用于形成电子器件的特定区域。

9.金属化（Metallization）：
•在晶圆表面涂覆金属层，用于连接电子器件和形成电路。

10.封装（Packaging）：
•将晶圆上的芯片封装在塑料或陶瓷封装中，以提供电气和机械保护。

这些步骤是在晶圆制造的不同阶段进行的，最终形成成熟的集成电路芯片。

这些步骤的每一步都需要高度精密和精确的设备和工艺控制，以确保最终产品的性能和可靠性。

半导体制造工艺第章金属化

半导体制造工艺第章：金属化在半导体制造过程中，金属化是一个至关重要的步骤。

在这个过程中，金属被用来建立电路中的连线，使芯片能够进行电气连接。

本文将介绍半导体制造工艺中的金属化过程，包括种类、步骤、材料和要点。

金属化种类半导体制造中的金属化可以分为两种类型：全金属化和部分金属化。

全金属化是指整个芯片表面都被金属覆盖。

这种方法会消耗大量金属，但能够提高芯片的电性能，例如在高频和高速应用中使用。

部分金属化是指仅在需要的位置上涂覆金属，这种方法会减少金属的使用量，但这也会导致电性能不如全金属化。

因此，部分金属化常常被用在较低的频率和速度应用中。

金属化步骤金属化的步骤大致可以分为以下几个：1.陶瓷氧化物底片准备：第一步是将金属蒸发到陶瓷氧化物底片上。

在这之前，必须将底片表面彻底清洁，以确保金属与底片能够连接。

2.准备光刻胶：将光刻胶涂在底片表面上，这种胶质稳定且可以保护底片表面。

3.照相排版：使用照相版，将图案转移到底片表面上。

这个过程可以用来确定哪些区域需要涂金属。

4.以金属充电：将金属塔蒸发到底片表面上，确保金属已经完全充电。

5.除去光刻胶：将光刻胶除去，只剩下金属图案。

6.沉积门电极：将金属导线或电路图案分别与门电极一起沉积在甲烷基硅酸锑膜上，然后就可以使用了。

金属化要点1.放热吸附一定要彻底：在金属化过程中，要确保金属与陶瓷氧化物底片的相互作用足够强大，这样才能达到良好的连接。

因此，放热吸附这个步骤必须要彻底，以确保任何潜在污染的消除，其目的是创造一个适合在其上沉积电极材料的表面。

2.光刻过程：光刻过程需要立即消除不需要的区域。

如果光刻胶不符合或者在时间不够的情况下被卸载，则会予以保护，以避免在接下来的沉积过程中产生污染。

3.导线线宽和间距：导线线宽和间距不仅影响芯片的电性能，而且还会影响制造成本。

因此，在金属化步骤中，必须仔细控制导线线宽和间距。

4.金属选择：不同的金属具有不同的电学和物理特性，它们的选择会直接影响芯片的电性能。

集成电路ic--芯片制造工艺的八大步骤

集成电路ic--芯片制造工艺的八大步骤集成电路（Integrated Circuit，IC）是现代电子技术的核心组成部分，广泛应用于计算机、通信、消费电子等领域。

IC的制造工艺涉及多个步骤，以下将详细介绍其八大步骤。

第一步，晶圆制备。

晶圆是IC制造的基础，它通常由高纯度的硅材料制成。

首先，将硅材料熔化，然后在石英坩埚中拉制出大型硅棒。

接着，将硅棒锯成薄片，形成晶圆。

第二步，沉积。

沉积是指在晶圆表面上沉积一层薄膜，用于制作电路的不同部分。

常用的沉积方法包括化学气相沉积和物理气相沉积。

通过这一步骤，可以形成绝缘层、导体层等。

第三步，光刻。

光刻是一种利用光敏物质的特性进行图案转移的技术。

首先，在晶圆表面涂覆光刻胶，然后使用掩膜板将光刻胶进行曝光，形成所需的图案。

接着，用化学液体将未曝光的部分去除，留下所需的图案。

第四步，蚀刻。

蚀刻是指将多余的材料从晶圆表面去除，以形成所需的结构。

蚀刻方法主要有湿法蚀刻和干法蚀刻两种。

通过这一步骤，可以制作出电路的导线、晶体管等元件。

第五步，离子注入。

离子注入是将特定的杂质离子注入晶圆表面，以改变材料的导电性能。

通过控制离子注入的能量和剂量，可以形成导电性能不同的区域，用于制作场效应晶体管等元件。

第六步，金属化。

金属化是将金属材料沉积在晶圆表面，形成电路的导线和连接器。

常用的金属化方法包括物理气相沉积和电镀。

通过这一步骤，可以形成电路的互连结构。

第七步，封装测试。

封装是将晶圆切割成独立的芯片，并封装到塑料或陶瓷封装中，以保护芯片并便于安装和使用。

测试是对封装好的芯片进行功能和可靠性测试，以确保芯片的质量。

第八步，成品测试。

成品测试是对封装好的芯片进行全面测试，以验证其功能和性能是否符合设计要求。

测试包括逻辑测试、温度测试、可靠性测试等。

通过这一步骤，可以筛选出不合格的芯片，确保只有优质的芯片进入市场。

以上就是集成电路IC制造工艺的八大步骤。

每个步骤都至关重要，缺一不可。

金属化

铝铜合金
• 由铝和铜形成的合金，当铜的含量在0.5%到4%之间时，其连线中的电迁移得到控制，通过减少铝
中颗粒之间界面的扩散效果，使得形成的合金从
根本上增加了传输电流的能力。
铜
IC互连金属化引入铜的优点：
• 1、电阻率的减少：在20°时，互连金属线的电阻率比铝在20°时的电阻要小，减少了信号延迟，增加芯片的速度。
铜阻挡层金属
• 铜在硅和二氧化硅中都有着很高的扩散率，这种高扩散率将破坏器件的性能，传统的阻挡层金属对铜来说阻挡作用不够，铜需要一层薄膜阻挡层完全封装起来，这层金属薄膜的作用就是加固附着并有效的阻止扩散，对铜来说这个特殊的阻挡层金属要求如下： • 1、阻止铜扩散 • 2、低薄膜电阻 • 3、对介质材料和铜都有很好的附着 • 4、与化学机械平坦化过程兼容
简单的蒸发装置
溅射
• 溅射是一个物理过程，在溅射过程中，高能粒子撞击具有高纯度的靶材料固体的平板，按物理过程撞击出原子，这些被撞击出的原子穿过真空，最后淀积在硅片上。 • 溅射的优点： • 1、具有淀积并保持复杂合金原组份的能力 • 2、能够淀积高温熔化和难熔金属 • 3、能够在直径200毫米或更大的硅片上控制淀积均匀的薄膜 • 4、具有多腔集成设备，能够在淀积金属前清除硅片表面玷污和本身的氧化层。
比接触和通孔无间隙的填充，在金属淀积方面得到了深入
研究。 • 钨CVD 钨薄膜淀积特性取决于硅片表面的化学反应，通常是采用WF6 和H2之间的反应，产生钨和氟化氢气体。
• 在淀积薄膜钨过程中的第一步是淀积钛/氮化钛阻挡层，
在氮化钛淀积之前，以便它和下层材料反应，降低接触电阻，氮化钛作为钨的阻挡层金属和附着加固剂，可以有效
• 5、描述结尖刺并列出两种解决的主要办法 • 6、描述电迁移 • 7、列出铜金属化的优点 • 8、什么是阻挡层金属？阻挡层材料的基本特性？那些金属常被用做阻挡层金属？ • 9、为什么蒸发作为金属淀积系统被取代？ • 10、描述溅射的工作方式

第7章金属化

7.1 引言
芯片金属化是应用化学或物理处理方法在芯片上淀积导电金属薄膜的过程。这一过程与介质的淀积紧密相连，金属线在IC电路中传导信号，介质层则保证信号不受邻近金属线的影响。金属和介质都是薄膜处理工艺，在某些情况下金属和介质是由同种设备淀积的。金属化对不同金属连接有专门的术语名称。互连意指由导电材料，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和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层从某一金属层到毗邻的另一金属层形成电通路的开口。“填充薄膜”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。这些连接在下图中阐明。
7
7.2 金属类型
2．常用的金属化材料 (1)铝与硅以及二氧化硅相同，铝是用于硅片制造中最主要的材料之一。在制造硅片时，铝以薄膜的形式在硅片中连接不同器件。同时，铝是淀积在硅片上的最厚的薄膜之一，第一层金属厚约5000Å。在硅片上，上层非关键层（例如，具有焊接区的金属层）其厚度能达到 20000Å。铝在20℃时具有2.65uΩ-cm的低电阻率，但比铜、金、银的电阻铝稍高。然而铜和银都比较容易腐蚀，而且在氧化膜上附着不好。金在硅片制造的初期有时被应用，但由于与硅的高接触电阻使得它需要有一层铂作为过渡层。另一方面，铝能够很容易和氧化硅反应，加热形成氧化铝（Al3O3），这促进了氧化硅和铝之间的附着。铝能够轻易淀积在硅片上，可用湿法刻蚀而不影响下层薄膜。基于这些原因，铝作为首选的金属应用与金属化。综上所述，在硅IC制造业中，铝和它的主要过程是兼容的，并且成本相对低廉，从IC制造的早期开始就选择它作为金属化的材料。然而，由于硅片上电路集成度的增加，金属布线层数的增加，线宽划分得越来越细，金属化工艺已经从简单的单层发展到多层金属布线。由于铜具有更低的电阻率，因此它有望取代铝成为主要的互连金属材料。

集成电路生产工艺

集成电路生产工艺
集成电路（Integrated Circuit，简称IC）是由多个电子器件
（如晶体三极管、电阻器、电容器等）和互连线路，通过某种工艺（即集成电路生产工艺）集成到一个硅片上的电子器件。

集成电路的生产工艺是将电子器件制造和互连线路形成的过程。

集成电路生产工艺主要包括以下几个步骤：
1.晶圆制备：晶圆是指用高纯度的单晶硅片制成的圆片状基片。

晶圆制备是集成电路制造的第一步，通常通过晶体生长、切割、抛光等工艺步骤完成。

2.杂质掺入：为了改变硅片的电学性能，需要通过掺入杂质元
素来实现。

这一步骤通常通过扩散、离子注入等工艺完成。

3.光刻：光刻是将电路图形投射到硅片上的过程。

通过镀上一
层光刻胶，然后使用光刻机将光刻胶光刻成电路图形，最后使用化学溶解胶液去掉未曝光的部分。

4.沉积：沉积是在硅片表面涂覆材料的过程。

常用的沉积方法
有化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）等。

5.蚀刻：蚀刻是将沉积的材料刻蚀掉的过程，用来形成电路的
结构。

蚀刻方法主要有湿蚀刻和干蚀刻两种。

6.金属化：金属化是通过电镀等方法在硅片上加上一层金属，
用来形成电路的互连线路。

7.封装测试：最后一步是将制成的芯片进行封装，形成最终的
集成电路产品。

封装工艺通常包括焊接、封装、测试等步骤，以确保芯片的质量和可靠性。

集成电路生产工艺是一项非常精密和复杂的工艺，需要高水平的工程技术和设备。

随着科技的不断进步，集成电路的生产工艺也在不断改进和创新，以满足不断增长的集成电路市场需求。

第八章：金属化

30
解决结穿刺问题的方法： 1. 采用铝－硅（1~2%）合金或铝－硅（1~2%）－铜（2~4%）合金替代纯铝； 2. 引入阻挡层金属化以抑制硅扩散。

电迁徙现象当金属线流过大电流密度的电流时，电子和金属原子的碰撞引起金属原子的移动导致金属原子的消耗和堆积现象的发生，这种现象称为电迁徙现象。
41
硅化物的基本特性 1. 电阻率低（Ti：60 μΩ－cm ， TiSi2 ：13～ 17μΩ－cm ） 2. 高温稳定性好，抗电迁徙性能好 3. 与硅栅工艺的兼容性好常用的硅化物 1. 硅化钛TiSi2 2. 硅化钴CoSi2 （0.25um及以下）

42

CMOS结构的硅化物
43

28
6. 抗腐蚀性能好，因为铝表面总是有一层抗腐蚀性好的氧化层（Al2O3） 7. 铝的成本低铝的缺点 1. 纯铝与硅的合金化接触易产生PN结的穿刺现象 2. 能出现电迁徙现象
29

结穿刺现象：在纯铝和硅的界面加热合金化过程中（通常450～500℃），硅将溶解到铝中，特别是在几个点上大量溶解，使铝像尖刺一样刺入硅中，甚至造成PN结的短路失效。
2. 铜在硅和二氧化硅中扩散很快，芯片中的铜杂质沾
污使电路性能变坏 3. 抗腐蚀性能差，在低于200℃的空气中不断被氧化

克服铜缺点的措施
1. 采用大马士革工艺回避干法刻蚀铜 2. 用金属钨做第一层金属解决了电路底层器件的铜沾污
36

大马士革工艺大马士革是叙利亚的一个城市名，早期大马士革的一位艺术家发明了在金银首饰上镶嵌珠宝的工艺，该工艺被命名为大马士革。集成电路的铜布线技术
17
离子产生
简化成三步

硅集成电路工艺——金属化与多层互连

预清洗刻蚀沟槽或通孔 PVD淀积阻挡层（Ta或者淀积阻挡层（或者或者TaN）淀积阻挡层） PVD或者或者CVD淀积铜籽晶层或者淀积铜籽晶层电化学镀制备铜体相层，电化学镀制备铜体相层，填满通孔或沟槽热退火提高电导率 CMP去除沟槽或通孔之外的铜去除沟槽或通孔之外的铜
天津工业大学
天津工业大学
多层互连工艺流程
多层互连的基本结构多层互连的基本结构: 基本结构金属层 PMD IMD 接触孔(contacts) 接触孔通孔(Via) 通备
介质淀积
平坦化否是否最后一层
接触及通孔形成
是生长钝化层
金属化
结束
天津工业大学
多层互连工艺流程
天津工业大学
电迁移现象及其改进方法
电迁移现象的物理机制：电迁移现象的物理机制：物理机制大电流密度通过导体时，大电流密度通过导体时，导体原子将收到导电电子的碰撞，从而导致导体原子沿电子流的方向迁移。碰撞，从而导致导体原子沿电子流的方向迁移。结果在一个方向上形成空洞，一个方向上形成空洞，而在另一个方向则由于铝原子的堆积而形成小丘，从而会造成断路和短路失效现象。堆积而形成小丘，从而会造成断路和短路失效现象。
铝作为互连金属材料的缺点：作为互连金属材料的缺点：缺点
Al/Si接触的尖楔现象接触的尖楔现象在较大的电流密度下的电迁移现象
天津工业大学
Al/Si接触中的几个物理现象
Al-Si相图：相图：相图 Al在 Si中的溶解度非常低，而Si在Al中的溶解度却比较在中的溶解度非常低中的溶解度非常低，在中的溶解度却比较高，因而硅会向铝中迁移 Si在Al中的扩散系数：在中的扩散系数中的扩散系数： Si在Al膜内的扩散系数远大于在晶体铝内的扩散系数，在膜内的扩散系数远大于在晶体铝内的扩散系数膜内的扩散系数远大于在晶体铝内的扩散系数，扩散距离远，扩散距离远，单位面积消耗大 Al与SiO2的反应：与的反应： 3SiO2+4Al 3Si+2Al2O3 消耗掉表面氧化膜，增加黏附性消耗掉表面氧化膜，

集成电路制造工艺-金属化与多层互连资料共44页

谢谢你的阅读
Байду номын сангаас❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
集成电路制造工艺-金属化与多层互连资料
26、机遇对于有准备的头脑有特别的亲和力。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力量泉源之一，也是成功的利器之一。没有它，天才也会在矛盾无定的迷径中，徒劳无功。- -查士德斐尔爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯潘。

IC工艺技术8-金属化

ic制造工艺金属

芯片制造中的金属化工艺

金属化

第7章 金属化

电子工艺之金属化-电子3131班麻思源24解析

IC制备工艺技术

八个基本半导体工艺

晶圆制造十大工艺

半导体制造工艺第章金属化

集成电路ic--芯片制造工艺的八大步骤

金属化

第7章 金属化

集成电路生产工艺

第八章：金属化

硅集成电路工艺——金属化与多层互连

集成电路制造工艺-金属化与多层互连资料共44页

第7章金属化

第7章金属化