集成电路互连技术ppt课件
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集成电路互连技术
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1.2 集成电路对互连金属材料的要求
具有较小的电阻率 易于沉积和刻蚀 具有良好的抗电迁移特性
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1.3 电迁移现象：
电迁移现象 是集成电路制造 中需要努力解决 的一个问题。特 别是当集成度增 加，互连线条变 窄时，这个问题 更为突出。
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2、早期和目前应用最为广泛的 互连技术
7
2.1 早期互连技术----铝互连
在铝中加入硅饱和溶解度所需要的足量硅，形成Al-Si 合金，避免硅向铝中扩散，从而杜绝尖楔现象。
铝-掺杂多晶硅双层金属化结构 掺杂多晶硅主要起隔离作用。 铝-阻挡层结构
在铝与硅之间淀积一薄层金属，阻止铝与硅之间的作 用，从而限制Al尖楔问题。一般将这层金属称为阻挡层。
采用新的互连金属材料
解决Al/Si接触问题最有效的方法。
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3.2 碳纳米管的结构
碳纳米管是由单层或多层石墨片按一定形式卷曲形成的中空 的无缝圆柱结构，是一种石墨晶体。碳纳米管的每层都是一 个C原子通过sp2杂化与旁边另外3个C原子结合在一起形成 六边形平面组成的圆柱。
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3.3 碳纳米管的导电机制
碳纳米管的电子平均自由程约为1.6μm（室温下金属Cu的 电子平均自由程约为45nm ），如果碳纳米管长度小于这 个值，那么电子在碳纳米管中传输就可能为弹道输运，此 时碳纳米管的电阻跟管的长度无关 。
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2.4 铝互连的不足（二）：电迁移现象
电迁移现象的本质 是导体原子与通过该导 体电子流之间存在相互 作用，当一个铝金属粒 子被激发处于晶体点阵 电位分布的谷顶的时候， 它将受到两个方向相反 的作用力： （1）静电作用力， （2）“电子风”作用 力，
半导体 第十五讲 互连
铝互连的不足（二）：电迁移现象
电迁移现象的本质是导体原 子与通过该导体电子流之间 存在相互作用，当一个铝金 属粒子被激发处于晶体点阵 电位分布的谷顶的时候，它 将受到两个方向相反的作用 力：
（1）静电作用力，方向沿 着电场（电流）的方向。 （2）由于导电电子与金属 原（离）子之间的碰撞引起的相 互间的动量交换，我们称之为 “电子风”作用力，方向沿着电 子流的方向。
以Cu作为互连材料的工艺流程
刻蚀引线沟槽 去掉刻蚀停止层 淀积刻蚀停止层 淀积介质材料 光刻通孔图形 去掉光刻胶 刻蚀通孔 溅射势垒和籽晶层 光刻引线沟槽图形 金属填充通孔 去掉光刻胶 CMP 金属层
电迁移现象是集成电路 制造中需要努力解决的 一个问题。特别是当集 成度增加，互连线条变 窄时，这个问题更为突 出。
早期互连技术：铝互连
铝互连的优点：
铝在室温下的电阻率仅为2.7μΩ·cm； 与n+ 和p+ 硅的欧姆接触电阻可以低至 10E- 6Ω/cm2；与硅和磷硅玻璃的附着 性很好，易于沉积与刻蚀。由于上述优 点，铝成为集成电路中最早使用的互连 金属材料。
• 引入铜工艺技术，可以说是半导体制造业的一场 革命。由此带来了设计、设备、工艺、材料、可 靠性以及工艺线管理等方面的巨大变化。从技术 层面上来说，涉及工艺线后段从光刻、等离子刻 蚀、铜金属化、化学机械抛光、多层介质、清洗 ，直到工艺集成的所有模块。 • 随着设计的进一步缩小，金属布线层不断增加， 随之而来的互联延迟也随之加大。
三层夹心结构
在两层铝膜之间增加一个约50nm的过渡金属层（如Ti）可以改 善铝的电迁移。这种方法可以使MTF值提高2-3个量级，但工艺 比较复杂。
采用新的互连金属材料
目前应用最广泛的互连技术：铜互连
《集成电路设计》PPT课件
薄层电阻
1、合金薄膜电阻
采用一些合金材料沉积在二氧化 硅或其它介电材料表面，通过光 刻形成电阻条。常用的合金材料 有： 钽 Ta 镍铬Ni-Cr 氧化锌 ZnO 铬硅氧 CrSiO
2、多晶硅薄膜电阻
掺杂多晶硅薄膜也是一个很好的电阻 材料，广泛应用于硅基集成电路的制 造。
3、掺杂半导体电阻
不同掺杂浓度的半导体具有不同 的电阻率，利用掺杂半导体的电 阻特性，可以制造电路所需的电 阻器。
sio2
半导体
串联 C=
Ci Cs Ci +Cs
Tox
N+
P
sio2
金 属
PN金+sio属2
纵向结构
横向结构
MOS 电容电容量
ε ε Cox=
A 0 sio2
Tox
Tox: 薄氧化层厚度；A: 薄氧化层上 金属电极的面积。
一般在集成电路中Tox 不能做的太薄，所以要想提高电容量，只能增加面积。 N+层为 了减小串联电阻及防止表面出现耗尽层。
Csub s
（b）
（c）
§ 4.3 集成电路的互连技术和电感
互连线
单片芯片上器件之间互连：金属化工艺，金属铝 薄膜 电路芯片与外引线之间的连接(电路芯片与系统的 互联)：引线键合工艺
为保证模型的精确性和信号的完整性，需要对互连线的版图结构加以约 束和进行规整。
各种互连线设计应注意的问题
为减少信号或电源引起的损耗及减少芯片 面积，连线应尽量短。
第四章
集成电路设计
第四章
集成电路是由元、器件组成。元、器件分为两大类：
无源元件 电阻、电容、电感、互连线、传输线等
有源器件 各类晶体管
集成电路中的无源源件占的面积一般都比有源器件大。 所以设计时尽可能少用无源元件，尤其是电容、电感和大阻值的电阻。
集成电路互连技术
Cu互连面临的挑战
✓ 铜在硅和二氧化硅中都有很高的扩散率，这种高扩散率将破坏器件的 性能。可淀积一层阻挡层金属，作用是阻止上下层的材料互相混合。
阻挡层金属 铜
➢ 铜需要由一层薄膜阻挡层完全封闭起来，这层封闭薄膜的作用是加固附着并有效 地阻止扩散。
Cu互连面临的挑战
✓ 钽作为铜阻挡层金属：对于铜互连冶金术来说，钽、氮化钽和钽化硅 都是阻挡层金属的待选材料，阻挡层厚度必须很薄(约75Å)，以致它不 影响具有高深宽比填充薄膜的电阻率而又能扮演一个阻挡层的角色。
Cu互连面临的挑战
✓ 目前IC芯片内的互连线主要是铜材料，与原来的 铝互连线相比，铜在电导率和电流密度方面有了 很大的改进。但是，随着芯片内部器件密度越来 越大，要求互连线的线宽越来越小，铜互连的主 导地位也面临着严峻的考验。当芯片发展到一定 尺寸，在芯片内以铜作为互连线就会遇到一系列 问题。
Cu互连面临的挑战
倍的通路电阻。
Contents
集成电路互连技术简介 早期互连技术——铝互连 目前应用最广泛的互连技术——铜互连 其他互连技术——碳纳米管互连
其他互连技术——碳纳米管互连
✓ 碳纳米管（Carbon Nanotubes）于1991年发现以来, 就一直 是纳米科学领域的研究热点。
✓ 由于其超高电流密度承载能力的特性（碳纳米管上可以 通过高达1010A/cm2的电流 ），引起了集成电路器件制造领 域专家的关注。
Contents
集成电路互连技术简介 早期互连技术——铝互连 目前应用最广泛的互连技术——铜互连 其他互连技术——碳纳米管互连
目前应用最广泛的互连技术——铜互连
IBM利用亚0.25μm技术制备的 6层Cu互连表面结构的SEM图
✓ 金属铜的电阻率小于2.0μΩ·cm，使用金属铜取代传 统的金属铝，可以极大地降低互连线的电阻。 较低的电阻率可以减小引线的宽度和厚度，从而减
《集成电路封装和可靠性》培训课件：芯片互连技术
Forming/Singular (FS 去框/ 成型)
Lead Scan (LS 检测)
Packing (PK 包装)
集成电路封装测试与可靠性
1 电子级硅所含的硅的纯度很高，可 达 99.9999 99999%
1 中德电子材料公司制作的晶棒(长度 达一公尺，重量超过一百公斤)
集成电路封装测试与可靠性
debris l e f t over from the grinding process.
1 Process Methods:
1)Coarse grinding by mechanical. ( 粗磨)
2)Fine polishing by mechanical or plasma etching. ( 细磨抛光)
14
集成电路封装测试与可靠性
Wire Bonding Technology -- Die Attach Process
Purpose:
The die attach process i s to attach the sawed die in the right orientation accurately onto the substrate with a bonding medium in between to enable the next wire bond f i r s t level interconnection operation .
刀刃
集成电路封装测试与可靠性
切割设备示意图
晶圆 工作台
Dicing Blade
Silicon Wafer Flame
Flame
Blue Tape
两次进刀切割法
Wafer sawing
集成电路封装测试与可靠性
Lead Scan (LS 检测)
Packing (PK 包装)
集成电路封装测试与可靠性
1 电子级硅所含的硅的纯度很高，可 达 99.9999 99999%
1 中德电子材料公司制作的晶棒(长度 达一公尺，重量超过一百公斤)
集成电路封装测试与可靠性
debris l e f t over from the grinding process.
1 Process Methods:
1)Coarse grinding by mechanical. ( 粗磨)
2)Fine polishing by mechanical or plasma etching. ( 细磨抛光)
14
集成电路封装测试与可靠性
Wire Bonding Technology -- Die Attach Process
Purpose:
The die attach process i s to attach the sawed die in the right orientation accurately onto the substrate with a bonding medium in between to enable the next wire bond f i r s t level interconnection operation .
刀刃
集成电路封装测试与可靠性
切割设备示意图
晶圆 工作台
Dicing Blade
Silicon Wafer Flame
Flame
Blue Tape
两次进刀切割法
Wafer sawing
集成电路封装测试与可靠性
最新hdi简介ppt课件
在研究方面，HDI可以用于深入研究一个国家或 地区的经济、社会、文化等方面的发展状况，从 而为政策制定者和研究人员提供参考依据。
02 hdi技术详解
hdi技术原理
HDI技术是一种将高密度互连 (HDI)与球栅阵列(BGA)等先进 的封装技术相结合的集成电路制
造技术。
它通过将多个小芯片堆叠在一起 ，以实现更高的集成度和更小的
要点二
HDI显示器
HDI显示器是一种使用高清晰度、高 分辨率、高速度等技术来显示图像的 设备。它可以将数字信号转换成图像 ，以便观看和操作。HDI显示器具有 高清晰度、高分辨率、高速度和高对 比度等特点。
要点三
HDI连接器
HDI连模拟信号，以便传输和 显示。HDI连接器具有高清晰度、高 分辨率、高速度和高可靠性等特点。
5G技术的融合
5G技术的广泛应用将为HDI带来新的发展机遇， 使得HDI能够更好地支持高速、大容量、低延迟 的数据传输。
人工智能与机器学习的应用
人工智能和机器学习技术的不断发展，将为HDI 的设计和制造带来更多的智能化和自动化，提高 生产效率和质量。
hdi应用前景展望
01
电子产品市场的增长
随着电子产品市场的持续增长，HDI的需求也将不断增大，特别是在智
HDI不仅被广泛应用于全球范围内的发展评估，还为政策制定者提供了重要的参考 依据。
hdi应用领域
HDI被广泛应用于各个领域，例如国际比较、政 策制定、规划、研究等。
在政策制定和规划方面，HDI可以用于制定国家 和地区的发展战略和规划，从而促进经济和社会 的发展。
在国际比较方面，HDI可以用于比较不同国家或 地区的发展水平，从而为政策制定者和研究人员 提供参考依据。
体积。
02 hdi技术详解
hdi技术原理
HDI技术是一种将高密度互连 (HDI)与球栅阵列(BGA)等先进 的封装技术相结合的集成电路制
造技术。
它通过将多个小芯片堆叠在一起 ，以实现更高的集成度和更小的
要点二
HDI显示器
HDI显示器是一种使用高清晰度、高 分辨率、高速度等技术来显示图像的 设备。它可以将数字信号转换成图像 ，以便观看和操作。HDI显示器具有 高清晰度、高分辨率、高速度和高对 比度等特点。
要点三
HDI连接器
HDI连模拟信号，以便传输和 显示。HDI连接器具有高清晰度、高 分辨率、高速度和高可靠性等特点。
5G技术的融合
5G技术的广泛应用将为HDI带来新的发展机遇， 使得HDI能够更好地支持高速、大容量、低延迟 的数据传输。
人工智能与机器学习的应用
人工智能和机器学习技术的不断发展，将为HDI 的设计和制造带来更多的智能化和自动化，提高 生产效率和质量。
hdi应用前景展望
01
电子产品市场的增长
随着电子产品市场的持续增长，HDI的需求也将不断增大，特别是在智
HDI不仅被广泛应用于全球范围内的发展评估，还为政策制定者提供了重要的参考 依据。
hdi应用领域
HDI被广泛应用于各个领域，例如国际比较、政 策制定、规划、研究等。
在政策制定和规划方面，HDI可以用于制定国家 和地区的发展战略和规划，从而促进经济和社会 的发展。
在国际比较方面，HDI可以用于比较不同国家或 地区的发展水平，从而为政策制定者和研究人员 提供参考依据。
体积。
集成电路互连技术
本校对CNT研 碳纳米管互连线电特性的研究【分析了单 壁碳纳米管互连线的电特性。 壁碳纳米管互连线的电特性。并在此基础 上分析了多壁碳纳米管互连线的电特性。 上分析了多壁碳纳米管互连线的电特性。 建立了多壁碳纳米管的等效电路模型， 建立了多壁碳纳米管的等效电路模型，分 析了与单壁碳纳米管的不同之处 】 低温制备集成电路互连高密度碳纳米管的 研究 【在600℃-700℃之间成功生长出了高 ℃ ℃ 密度定向好的CNT】 密度定向好的 】
目前CNT的发展现状 目前 的发展现状
日本： 互连技术； 日本： 1000根CNTs的Via互连技术； 根 的 互连技术 美国：定向生长CNT，填充 美国：定向生长 ，填充SiO2并进行抛光实现 并进行抛光实现 的互连； 了CNTs的互连； 的互连 德国： 单根多壁CNT互连； 互连； 德国：20-60nm单根多壁 单根多壁 互连 法国：单根40nm多壁 多壁CNT互连，特征电阻为 互连， 法国：单根 多壁 互连 30K ； 国内：研究集中在CNT互连模拟领域， CNT互连 互连模拟领域， 国内：研究集中在 互连模拟领域 互连 研究处于起步阶段。 研究处于起步阶段。
微电子学与固体电子学 任 君
集成电路互连技术简介 早期互连技术： 早期互连技术：铝互连 目前应用最广泛的互连技术：铜互连 目前应用最广泛的互连技术： 下一代互联材料与互连技术： 下一代互联材料与互连技术：碳纳米管互连
集成电路互连技术简介
所谓的集成电路 互连技术， 互连技术，就是 将同一芯片内各 个独立的元器件 通过一定的方式， 通过一定的方式， 连接成具有一定 功能的电路模块 的技术。 的技术。
碳纳米管的结构
碳纳米管是由单层或多层石墨片按一定形式卷曲形成的中 空的无缝圆柱结构，是一种石墨晶体。 空的无缝圆柱结构，是一种石墨晶体。碳纳米管的每层都 是一个C原子通过 原子通过sp2杂化与旁边另外 个C原子结合在一 杂化与旁边另外3个 原子结合在一 是一个 原子通过 杂化与旁边另外 起形成六边形平面组成的圆柱。 起形成六边形平面组成的圆柱。
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2.3 Al/Si接触的改进
Al-Si合金金属化引线 在铝中加入硅饱和溶解度所需要的足量硅，形成Al-Si
合金，避免硅向铝中扩散，从而杜绝尖楔现象。 铝-掺杂多晶硅双层金属化结构
掺杂多晶硅主要起隔离作用。 铝-阻挡层结构
在铝与硅之间淀积一薄层金属，阻止铝与硅之间的作 用，从而限制Al尖楔问题。一般将这层金属称为阻挡层。 采用新的互连金属材料
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2.1 早期互连技术----铝互连
铝互连的优点： 铝在室温下的
电阻率很低，与硅 和磷硅玻璃的附着 性很好，易于沉积 与刻蚀。由于上述 优点，铝成为集成 电路中最早使用的 互连金属材料。
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2.2 铝互连的不足（一）：Al/Si接触中的尖楔现象
Al Si
Al/Si接触中的 尖楔现象
精品课件精品课件源自3.3 碳纳米管的导电机制
碳纳米管的电子平均自由程约为1.6μm（室温下金属Cu的 电子平均自由程约为45nm ），如果碳纳米管长度小于这 个值，那么电子在碳纳米管中传输就可能为弹道输运，此 时碳纳米管的电阻跟管的长度无关 。
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3.4 目前CNT的发展现状
日本： 1000根CNTs的Via互连技术； 美国：定向生长CNT，填充SiO2并进行抛光实现了 CNTs的互
解决Al/Si接触问题最有效的方法。
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2.4 铝互连的不足（二）：电迁移现象
金属为良导体时，静电作用力将减小， 电子风作用力将起主要作用。
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电迁移现象的本质 是导体原子与通过该导 体电子流之间存在相互 作用，当一个铝金属粒 子被激发处于晶体点阵 电位分布的谷顶的时候， 它将受到两个方向相反 的作用力：
由于其超高电流密度承载能力 的特性（碳纳米管上可以通过 高达1010A/cm2的电流 ），引 起了集成电路器件制造领域专 家的关注。
碳纳米管互连的研究目前主要 都集中在Via上。
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3.2 碳纳米管的结构
碳纳米管是由单层或多层石墨片按一定形式卷曲形成的中空 的无缝圆柱结构，是一种石墨晶体。碳纳米管的每层都是一 个C原子通过sp2杂化与旁边另外3个C原子结合在一起形成 六边形平面组成的圆柱。
（1）静电作用力，
（2）“电子风”作用 力，
2.5 改进电迁移的方法 “竹状“结构的选择
“竹状“结构
常规结构
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2.5 目前应用最广泛的互连技术----铜互连
IBM 6层Cu互连表面结构图
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2.6 以Cu作为互连材料的工艺流程
金属填充通孔 溅射势垒和籽晶层
淀积介质材料 CMP金属层
光刻引线沟槽图形
去掉刻蚀停止层
去掉光刻胶
光刻通孔图形 刻蚀引线沟槽
刻蚀通孔 去掉光刻胶
淀积刻蚀停止层
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2.7 Cu互连存在的问题 ✓ a 尺寸太大 ✓ b 导电能力不符合发展需求
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3、下一代互连材料与互连技术
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3.1 下一代互联材料与互连技术：碳纳米管互连
碳纳米管于1991年发现以来, 就一直是纳米科学领域的研究 热点。
此课件下载可自行编辑修改，此课件供参考！ 部分内容来源于网络，如有侵权请与我联系删除！感谢你的观看！
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1.2 集成电路对互连金属材料的要求
具有较小的电阻率 易于沉积和刻蚀 具有良好的抗电迁移特性
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1.3 电迁移现象：
电迁移现象 是集成电路制造 中需要努力解决 的一个问题。特 别是当集成度增 加，互连线条变 窄时，这个问题 更为突出。
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2、早期和目前应用最为广泛的 互连技术
连； 德国：20-60nm单根多壁CNT互连； 法国：单根40nm多壁CNT互连； 国内：研究集中在CNT互连模拟领域， CNT互连研究处于起
步阶段。
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3.5 CNT应用于互连亟待解决的问题 碳纳米管的高密度定向生长问题 碳纳米管束的低温生长问题 碳纳米管的横向生长问题
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集成电路的互连技术
2015 年 8月
精品课件
目录
✓ 1、集成电路互连简介 ✓ 2、早期和目前应用最为广泛的互连技术 ✓ 3、下一代互连材料与互连技术
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1、集成电路互连简介
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1.1 什么是集成电路互连技术
所谓的集成电路互 连技术，就是将同 一芯片内各个独立 的元器件通过一定 的方式，连接成具 有一定功能的电路 模块的技术。