最新36金属互连技术

研磨浆 ( Slurry )
转动轴 晶片保持器 ( Carrier )
研磨垫 ( Pad )
抛光台 ( Platen )
晶片 ( Wafer )
BPSG
P-井 P 衬底
N-井
抛光后
BPSG
P-井
N-井
P 衬底
作业： 集成电路工艺主要分为哪几大类？ 每一类中包括哪些主要工艺？ 并简述各工艺的主要作用。
36金属互连技术
半导体与金属线间的接触
半导体与金属线接触：欧姆接触和肖特基接触 理想欧姆接触：电流随外加电压线性变化。为了 将尽可能多的电流从器件传输给电路中的各种电 容充电，接触电阻占器件电阻的比例也必须小。 肖特基接触：接近理想的二极管，正偏时它们的 电阻应很低，而反偏时，电阻则为无穷大。
金属互连
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在集成电路片上淀积金属薄膜，并通过 光刻技术形成布线，把互相隔离的元件按 一定要求互连成所需电路的工艺。
集成电路金属层材料的要求
电阻率低； 能与元件的电极形成良好的低欧姆接触； 与二氧化硅层的粘附性要好； 便于淀积和光刻加工形成布线等。
3.6.1 常用的金属化材料
1.Al
优点
铝的电阻率低，导电性好； 铝能与N+和 P+的锗和硅同时形成良好的欧姆接触； 对二氧化硅的粘附性良好； 铝便于蒸发淀积形成薄膜和光刻腐蚀加工形成布线。
铝存在电迁移现象
铝电迁移
在集成电路中，随着集成度的提高，要求金属引 线具有越来越小的面积。当通过Al布线的电流密 度超过106A/cm2时，电流的传输将引起离子位移， 即Al 原子在导电电子的作用下，沿晶界边界向高 电位端位移，结果，金属化中高电位处出现金属 原子堆积，电位低处出现空洞，导致开路。
3.6.2 多层布线
集成电路的金属互连技术，随着集成度的提高，也 从简单向复杂、从单层向多层发展。大规模集成电路 中，两层和两层以上的金属布线已得到广泛应用。
器件制备
绝缘介质层沉积
N
生成钝化层 Y
平坦化 最后一层
结束
Leabharlann Baidu
接触孔 金属化
平坦化——化学机械抛光：是用化学和机械方法除去薄 膜平整表面的一种制造工艺。 这种工艺用于 减少晶片表面的起伏.
加载之前
加载200 ℃， 10000A/mm2
2.Al-Si-Cu合金
铝和硅间产生固-固扩散
Al
铝不能承受高温处理
铝存在电迁移现象
克服铝和硅间产生固-固扩散: 在Al中掺入1％～2％的Si, 可以防止热处理时硅向铝中的溶入。
克服铝电迁移：在Al中掺入2％～4％的Cu， Cu在晶界处 聚集，使电迁移效应减低一个数量级。
长期以来铝一直是集成电路中广泛使用的金属互连材料。
缺点
铝和硅间产生固-固扩散
集成电路封装时400～500℃的温度， Si→Al中，溶解度达0.5-1%，会使Si—Al界面出现孔穴。 Al → Si 中，硅半导体中出现铝尖峰，使电路失效。
铝不能承受高温处理
铝和硅接触的最低共熔点为577℃。布线之后，硅片的加 工温度受到限制。